山區(qū)高速公路深挖路塹邊坡處置技術(shù)分析

楊 帥，袁 鑫，李士兵，王美蓮，王詩超5

（1.山東高速濟(jì)南發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 250098；2.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3.中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195；4.招遠(yuǎn)市政府投資工程建設(shè)服務(wù)中心，煙臺(tái) 招遠(yuǎn) 265400；5.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

山區(qū)高速公路地形復(fù)雜多變，對(duì)沿線山體不可避免地要進(jìn)行削坡、開挖等作業(yè)，從而形成各種人工開挖邊坡，為保證公路施工、運(yùn)營安全及減少生態(tài)破壞，需要進(jìn)行綜合治理[1-3]。我國對(duì)邊坡總結(jié)出繞避、排水、支擋、減重、反壓等治理邊坡的原則和方法。目前巖質(zhì)邊坡工程處置方案主要有錨桿、錨索支護(hù)[4-6]等防護(hù)措施及抗滑樁支擋措施。本文將結(jié)合都勻至香格里拉高速公路守望（滇黔界）至紅山段（滇川界）實(shí)例，選取K34+725～K 35+160深挖路塹邊坡，為確保高路塹邊坡施工中安全，并提出路塹高邊坡坡腳抗滑樁擋墻支擋及坡面錨桿格構(gòu)梁聯(lián)合處置措施。

1 項(xiàng)目概況

都勻至香格里拉高速公路是國家高速公路網(wǎng)重要組成部分之一。項(xiàng)目起點(diǎn)位于昭通市守望鄉(xiāng)，接都香高速貴州段，路線走向總體由東向西偏北布設(shè)。K33+300～K44+355路段全長11.055 km，其中K34+725～K35+160深挖路塹段總長435 m，施工開挖后將在路線左側(cè)形成高20 m的巖質(zhì)邊坡。K34+725～K35+160深挖路塹段邊坡全貌如圖1所示。

圖1 深挖路塹段工程平面圖Fig.1 Project plan of deep cutting section

2 工程地質(zhì)概況

2.1 場地位置及地形地貌

深挖路塹段K34+725～K35+160位于埡巴地附近。深挖路塹段高程介于1 670～1 705 m之間，相對(duì)高差35 m；屬構(gòu)造侵蝕低—中山地貌，地形較為起伏，微地貌為山地、斜坡。

2.2 氣候

深挖路塹段K34+725～K35+160屬于云南省魯?shù)榭h，降雨量較大，常年濕度較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，該地區(qū)常年平均降水量約為940 mm，雨季多集中在夏季秋季；區(qū)內(nèi)冬季低溫，霜雪冰凍較重，霧大，且時(shí)段較長，陰雨連綿，夏季雨水充沛，對(duì)路線建設(shè)及營運(yùn)有不利影響。因此在保證施工安全及構(gòu)筑物安全的前提下，應(yīng)合理安排項(xiàng)目的建設(shè)周期，完善各構(gòu)筑物的排水措施及防水措施，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 巖土體工程特性

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，K34+725～K35+160深挖路塹段范圍內(nèi)主要地層有人工填土、第四系、三疊系，按照地質(zhì)特征主要?jiǎng)澐譃?個(gè)工程地質(zhì)單元層，其自上而下分述如下，其地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 K34+900深挖路塹地質(zhì)剖面圖Fig.2 K34+900 Geological Profile of Deep Cutting

素填土（Q4el）：紅褐色，稍濕，稍密；主要由強(qiáng)-中風(fēng)化粉砂巖組成，黏性土充填。

粉質(zhì)黏土（Q4dl）：暗紫色，硬塑狀，稍濕；含20%～30%碎石、角礫，粒徑一般為10～20 mm，成分為全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖，土質(zhì)均勻性差，厚度較薄。

強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：暗紫色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)；中厚層狀構(gòu)造，巖層極軟，風(fēng)化節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，夾泥巖互層。

中風(fēng)化粉砂巖：暗紫色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)；中厚層狀構(gòu)造，巖層軟，風(fēng)化節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較完整，巖芯呈柱狀、短柱狀，節(jié)長10～50 cm，夾泥巖互層。

2.4 深挖路塹段工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

（1）深挖路塹坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

深挖路塹位于低中山，研究區(qū)內(nèi)上覆的殘坡積土體較薄，下伏基巖以粉砂巖為主。斜坡較穩(wěn)定，除由于修建水渠人工開挖，形成巖層表部溜滑崩塌外，無其他不良地質(zhì)作用發(fā)育，無特殊巖土。

（2）深挖路塹段地基均勻性評(píng)價(jià)

深挖路塹段地層巖性主要以砂巖為主，地形較為起伏，水平方向延伸穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致各土層的不均勻性，綜合判定為不均勻地基。

（3）深挖路塹段工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

該深挖路塹段中樁最大挖方深度為2.8 m，上部覆蓋4.5 m厚的強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，其下以中風(fēng)化粉砂巖為主。根據(jù)赤平投影分析，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)可知，邊坡與巖層產(chǎn)狀呈小交角，對(duì)邊坡影響不利；巖層產(chǎn)狀傾角約32°，故巖層產(chǎn)狀對(duì)邊坡穩(wěn)定不利；1號(hào)、2號(hào)主節(jié)理裂隙與巖層產(chǎn)狀均呈較大交角相交，對(duì)邊坡穩(wěn)定影響小。由于分析僅考慮了主要節(jié)理，巖體內(nèi)還有零星其他節(jié)理，誘發(fā)邊坡變形破壞的可能性較小，其中巖層產(chǎn)狀與邊坡呈順向坡，邊坡開挖方式為臺(tái)階式，并在中部設(shè)置寬度不小于2 m的邊坡平臺(tái)，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹醮胧?，設(shè)置截排水措施。

3 邊坡處置及生態(tài)修復(fù)技術(shù)

3.1 邊坡防護(hù)方案

K34+725～K35+145路段左側(cè)高邊坡上部清方減載，坡面采用錨桿框格梁加固，坡腳采用樁板墻支護(hù)至坡頂，最大墻高11 m。左側(cè)高邊坡分三級(jí)開挖，第一級(jí)邊坡坡率為1：0.75，第二級(jí)、第三級(jí)邊坡坡率為1：1，坡率控制在1：0.5～1：1.25之間，但相鄰邊坡坡率變化不超過1：0.25；錨桿框格梁豎向肋柱、橫向Ⅰ型、Ⅱ型肋柱柱身均采用C30混凝土，肋柱邊坡均平行于路線布設(shè)，肋柱平均間距3.4 m，設(shè)計(jì)采用鋼筋為HPB300和HRB400兩種，錨桿具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Bolt design parameters

樁板墻路段總長420 m，抗滑樁間距5 m，樁截面2.5 m×2.0 m，共設(shè)85根抗滑樁，根據(jù)地質(zhì)條件使用抗滑樁樁長為14～28 m，其相應(yīng)的占比見圖3；K35+145～K35+150采用路塹擋土墻進(jìn)行支護(hù)。

圖3 各樁長抗滑樁占比圖Fig.3 Proportion diagram of anti-slide piles of each pile length

以K34+900抗滑樁為例，樁長22 m，樁截面2.5 m×2.0 m，抗滑樁樁身配筋示意圖如圖4所示，其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ剖面鋼筋構(gòu)造圖分如圖5a、5b、5c所示。

圖4 抗滑樁樁身配筋圖（單位：cm）Fig.4 Reinforcement drawing of anti-slide pile body （unit: cm）

圖5 抗滑樁各剖面處鋼筋構(gòu)造圖Fig.5 Steel bar structure diagram of each section of anti-slide pile

3.2 邊坡施工方案

路塹邊坡土石方施工時(shí)應(yīng)遵循“自上而下，逐級(jí)開挖”的原則，切實(shí)做到開挖一級(jí)、防護(hù)加固一級(jí)，待上一級(jí)加固工程完成并正常發(fā)揮加固作用后，方能進(jìn)行下一級(jí)土石開挖作業(yè)。對(duì)于樁前土石方，應(yīng)采取分層開挖，每層開挖高度控制在2.5～3 m。

樁前土開挖采用層挖法，安排兩臺(tái)挖機(jī)分別在邊坡坡面上采用退挖法向中心挖土，裝車外運(yùn)至指定區(qū)域，每段開挖長度小于12 m，每挖完一小段立即支護(hù)，直至挖完。在臨近開挖底層時(shí)，使用小型挖掘機(jī)結(jié)合人工修土方式，分塊開挖。嚴(yán)格控制每層開挖高度，切忌超挖、全段一次開挖。施工中各級(jí)邊坡之間設(shè)置邊坡平臺(tái)，寬度2～3 m。

路基挖方前應(yīng)做好截水溝和臨時(shí)排水設(shè)施。路基開挖后，如發(fā)現(xiàn)有地下滲水，應(yīng)加深邊溝并及時(shí)設(shè)置盲溝，將地下水引出路基范圍。在整個(gè)施工期間，始終保持路基排水暢通，采取有效措施排除降水、施工用水，且應(yīng)盡可能避開雨季施工。雨季開挖土質(zhì)路段時(shí)，宜分層開挖，每層底面應(yīng)設(shè)大于1%的縱坡，挖方邊溝宜沿邊坡預(yù)留30 cm厚，待雨季后再修整到設(shè)計(jì)坡線，開挖路塹距路床頂30 cm時(shí)宜停止開挖，并在兩側(cè)挖排水溝，待雨季后再挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.3 邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

本項(xiàng)目地形起伏較大，填挖變換頻繁，構(gòu)造物眾多，經(jīng)比選論證，充分利用泡沫輕質(zhì)土小比重、高強(qiáng)度（相比一般路基填料）、自找平、無側(cè)壓的技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用于陡坡路堤、臺(tái)背填筑等部位和路段，有效減少了占用土地、高陡填方工程，改善了橋臺(tái)受力條件。結(jié)合項(xiàng)目沿線的氣象、水文等自然條件以及路基邊坡采用的防護(hù)形式，采用植生袋對(duì)錨桿、錨索框架梁的空白區(qū)進(jìn)行碼砌填充，簡便、快速，且后期維護(hù)極為便利，取得了較佳的環(huán)保、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論及建議

通過地質(zhì)勘察資料、現(xiàn)場調(diào)研成果、設(shè)計(jì)施工圖紙的收集整理，對(duì)依托深挖路塹段調(diào)研分析，深入分析K34+725～K35+160路段左側(cè)高邊坡沿線的工程地質(zhì)、水文環(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)等，得出以下結(jié)論：

（1）K34+725～K35+160深挖路塹段邊坡與巖層產(chǎn)狀呈小角度斜交，路塹順層邊坡開挖如遇到軟弱夾層時(shí)容易發(fā)生順層坍塌，建議加強(qiáng)邊坡防護(hù)。

（2）K34+725～K35+160深挖路塹段左側(cè)高邊坡采用錨桿框格梁進(jìn)行支護(hù)，坡腳采用樁板墻支護(hù)至坡頂，共設(shè)85根抗滑樁，樁長以24 m和28 m為主，樁截面2.5 m×2.0 m，樁間距5 m。

（3）K34+725～K35+160深挖路塹段左側(cè)高邊坡開挖順序從上到下，坡率分別為1：1.00、1：1.00、1：0.75，開挖后呈臺(tái)階式邊坡，中部設(shè)置的邊坡平臺(tái)寬度不宜小于2 m，坡率控制在1：0.5～1：1.25之間，但相鄰邊坡坡率變化不超過1：0.25；對(duì)于樁前土石方，建議采取分層開挖，且開挖高度控制在2.5～3 m。

（4）K34+725～K35+160上覆硬塑狀粉質(zhì)黏土，應(yīng)加強(qiáng)邊坡防護(hù)和截排水，施工時(shí)應(yīng)分臺(tái)開挖，逐級(jí)防護(hù)，避免全面開挖，坡面長時(shí)間暴露發(fā)生滑塌。且在框格梁及拱形護(hù)坡骨架內(nèi)填充生態(tài)袋進(jìn)行植草防護(hù)，綠化植物宜選擇耐旱型。