典型頁巖地層高邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)實(shí)例

馮龍飛，葛 梁

（1、廣東省工程勘察院 廣州 510510；2、廣東中煤江南工程勘測設(shè)計(jì)有限公司 廣州 510440）

0 引言

頁巖是由黏土脫水膠結(jié)而成的巖石。以黏土類礦物（高嶺石、水云母等）為主，具有明顯的薄層理構(gòu)造。浸水后易發(fā)生軟化和膨脹，變形模量較小，抗滑穩(wěn)定性極差。頁巖夾層往往成為邊坡的不利結(jié)構(gòu)面或潛在滑動(dòng)面，對(duì)邊坡穩(wěn)定性極為不利，極易引起滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

針對(duì)頁巖地層高邊坡，諸多學(xué)者及工程技術(shù)人員進(jìn)行了深入的理論研究和工程實(shí)踐，內(nèi)容涉及方案優(yōu)選、數(shù)值模擬、病害整治、滑坡分析、降雨影響等方面［1-5］，但針對(duì)典型頁巖邊坡的設(shè)計(jì)實(shí)例介紹則相對(duì)較少。本文分別選取了炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖兩種典型地層的高邊坡工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了支護(hù)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，以期為類似工程提供參考。

1 頁巖的分類及結(jié)構(gòu)特性

頁巖按成分不同，可分為炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖等；強(qiáng)度方面以硅質(zhì)頁巖稍大，其余都較軟弱。

其中，炭質(zhì)頁巖是一種強(qiáng)度低、易風(fēng)化、易崩解的膨脹性軟巖，開挖的炭質(zhì)頁巖高邊坡在空氣中暴露時(shí)，隨著時(shí)間的推移和水的侵蝕，巖體初始力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，在工程建設(shè)中極易造成滑坡或崩塌等失穩(wěn)現(xiàn)象［6-7］。泥質(zhì)頁巖主要呈片狀碎屑，因膠結(jié)物質(zhì)和風(fēng)化程度的差異，強(qiáng)度變化較大。多數(shù)泥質(zhì)頁巖在挖掘或爆破出來后易風(fēng)化，具有明顯的遇水崩解、失水干裂等性質(zhì)［8］。

2 炭質(zhì)頁巖邊坡設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 工程簡介

某項(xiàng)目為滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程，擬治理邊坡位于廣州市白云區(qū)某學(xué)院內(nèi)，總長約222 m，坡高約20 m；邊坡坡腳北段約2 m 處即為學(xué)校焊工車間（1 層框架結(jié)構(gòu)），其余范圍緊鄰一條現(xiàn)狀道路，道路外側(cè)即為技能訓(xùn)練中心（1 層框架結(jié)構(gòu)），坡腳與技能訓(xùn)練中心之間的最小水平距離約6 m。

坡體及外圍植被不發(fā)育，出露大多為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖，巖質(zhì)軟、風(fēng)化強(qiáng)烈，呈黑色、黑灰色等色，具有典型的煤系地層特征。強(qiáng)、中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖巖層受褶皺構(gòu)造影響，局部產(chǎn)狀差異較大，總體走向基本與邊坡坡向垂直。

該邊坡在2016 年6 月曾發(fā)生過滑坡，滑坡段長約23 m，前后緣相對(duì)高差約16 m，平均坡度約42°，體積約1 200 m3。災(zāi)害發(fā)生后，校方對(duì)邊坡進(jìn)行了分級(jí)放坡的應(yīng)急處理，如圖1所示。但由于坡面裸露，截排水系統(tǒng)不完善，高差大，處理后依然存在再次滑坡的可能。通過對(duì)已發(fā)生滑坡及現(xiàn)場巖層產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析，確定滑動(dòng)面為炭質(zhì)頁巖內(nèi)傾角10°～16°的外傾結(jié)構(gòu)面。本邊坡于2019年6月重新進(jìn)行了勘查設(shè)計(jì)并治理。

圖1 應(yīng)急處理后邊坡Fig.1 Slope after Emergency Treatment

2.2 設(shè)計(jì)方案

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查情況，本邊坡可采取的治理方案主要有以下3種：

方案1：削坡卸荷+抗滑樁樁錨+坡面生態(tài)恢復(fù)+截排水；本方案支護(hù)結(jié)構(gòu)擬采用φ1.0 m@2.5 m抗滑樁結(jié)合1道錨索，樁間設(shè)鋼筋混凝土擋板，樁后邊坡坡面采用自然放坡，坡面植草綠化。

方案2：重力式擋土墻+錨桿格構(gòu)+坡面生態(tài)恢復(fù)+截排水，如圖2 所示。本方案采用重力式擋土墻作為阻滑結(jié)構(gòu)，擋土墻基礎(chǔ)擬采用1.2 m×2.0 m@4.0 m矩形短樁，樁長4 m，兼作承載和抗滑，擋土墻墻高3.5 m，墻頂以上分兩級(jí)放坡，一級(jí)坡坡率緩于1∶3.0，覆土后對(duì)坡面進(jìn)行噴播植草綠化，二級(jí)坡采用1∶1.5的坡率，削坡卸荷后采用錨桿格構(gòu)加固，框格內(nèi)采用三維網(wǎng)噴播植草。

方案3：削坡卸荷+格構(gòu)錨固+坡腳護(hù)腳擋墻+坡面生態(tài)恢復(fù)+截排水；本方案主要為格構(gòu)錨固。削坡卸荷后分級(jí)放坡，坡腳采用護(hù)腳擋墻進(jìn)行加固和阻滑，格構(gòu)梁框格內(nèi)采用三維網(wǎng)植草綠化；本方案邊坡坡腳平臺(tái)較寬，土石方挖方量較大。

2.2.1 安全性比選

方案1 受力條件最好，且抗滑樁穿過潛在滑裂面并進(jìn)入穩(wěn)定巖層一定深度，可以起到較好的阻滑作用。方案2 基于本工程淺層滑坡的特點(diǎn)，采用重力式擋土墻結(jié)合其樁基礎(chǔ)共同組成阻滑結(jié)構(gòu)，并盡可能放緩坡率，減小擋土墻所承受的側(cè)向土壓力，消除滑坡隱患［9］。方案3 坡腳部分土石方挖方量較大，開挖過程可能對(duì)坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)性比選

方案1 預(yù)估工程造價(jià)約550 萬元，方案2 約330 萬元，方案3 約300 萬元，從經(jīng)濟(jì)性方面看，方案2與方案3工程造價(jià)相當(dāng)，且方案2的阻滑結(jié)構(gòu)較方案1具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.3 施工復(fù)雜程度比選

方案1土石方挖方量較小，施工較復(fù)雜，由于場地條件所限，不利于機(jī)械設(shè)備安放，導(dǎo)致機(jī)械成孔難度大；若采用人工挖孔，則需考慮巖土體裂隙較發(fā)育、地下水位較高、次生滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)等可能導(dǎo)致塌孔的不利因素，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。方案2施工簡單，土石方挖方量最小。方案3施工最為簡單，但土石方挖方量最大。

綜上，本著“技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，施工方便，環(huán)境協(xié)調(diào)”的設(shè)計(jì)原則，本工程治理方案采用方案2，治理設(shè)計(jì)典型平面及剖面如圖2所示。

圖2 滑坡治理典型平面及1-1剖面圖Fig.2 Typical Plane and Section 1-1 of Landslide Treatment

2.3 工程重難點(diǎn)

⑴開挖擋土墻基礎(chǔ)及施工擋土墻過程中，應(yīng)做好有效的支擋措施，以防次生災(zāi)害發(fā)生；且應(yīng)將擋墻后坡體削坡至臨時(shí)穩(wěn)定的坡度，確保施工作業(yè)面安全。

⑵炭質(zhì)頁巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，錨桿成孔困難，必要時(shí)可采用跟套管鉆進(jìn)。錨孔注漿須嚴(yán)控注漿質(zhì)量，確保錨桿受力滿足設(shè)計(jì)要求。

⑶本邊坡地層含養(yǎng)分較少，綠化種植不易成活，可考慮采用蟛蜞菊或其他耐旱、耐澇、耐貧瘠的草種。

⑷本工程炭質(zhì)頁巖中礦物成分復(fù)雜，富含硫、鐵等礦物元素，施工完成后擋墻泄水孔排出大量的硫、鐵礦物水，污染擋墻外立面，應(yīng)定期做好清潔工作。

3 泥質(zhì)頁巖邊坡設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程簡介

本項(xiàng)目為建筑邊坡支護(hù)工程，位于惠州市惠陽區(qū)沙田鎮(zhèn)，項(xiàng)目北側(cè)為自然邊坡，邊坡高度約25～40 m，平面長度約141 m。邊坡周邊環(huán)境較復(fù)雜，坡腳場地?cái)M建4 棟17 層塔樓，設(shè)1 層地庫。地庫外邊線與用地紅線之間最小水平凈距僅為5 m，地庫覆土完成面標(biāo)高為71.30 m，地庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為砌塊填充墻，側(cè)壁擬做結(jié)構(gòu)空腔，地庫挖深范圍內(nèi)邊坡均按永久邊坡設(shè)計(jì)。

邊坡類型為土質(zhì)與巖質(zhì)混合邊坡，坡面植被一般發(fā)育，坡體主要由粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖構(gòu)成。其中，頁巖層主要呈褐黃色、灰黑色、灰色、淺紫色等色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較好，巖體較破碎，風(fēng)化裂隙發(fā)育，遇水易軟化。邊坡潛在滑動(dòng)面可能在其內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面或土巖接觸部位，自然邊坡未見明顯的軟弱滑動(dòng)面，通過坡面與巖層層面極射赤平投影圖分析，認(rèn)為巖層傾向未對(duì)其穩(wěn)定性造成不利影響。但因建設(shè)場地需要在人工開挖后會(huì)破壞這種穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合地質(zhì)條件及強(qiáng)降雨因素，邊坡存在失穩(wěn)的可能性，須及時(shí)進(jìn)行邊坡支護(hù)。

3.2 設(shè)計(jì)方案

本邊坡開挖高度大，巖體軟弱，多具層狀結(jié)構(gòu)，且坡腳距離擬建建筑物較近，須嚴(yán)格控制邊坡對(duì)擬建建筑物及地庫的影響。

因地質(zhì)調(diào)查中未見明顯的軟弱滑動(dòng)面，且?guī)r層傾向未有明顯順層，認(rèn)為自然邊坡穩(wěn)定，削坡開挖后可采取的支護(hù)方案有以下兩種：

方案1：削坡卸荷+抗滑樁樁錨+錨桿（索）格構(gòu)+坡面綠化+截排水；本方案支護(hù)結(jié)構(gòu)擬采用φ1.2 m@2.2 m 抗滑樁結(jié)合2 道錨索，樁間設(shè)鋼筋混凝土擋板，樁后留設(shè)2 m寬平臺(tái)后采用1∶1.0放坡至頂，放坡段采用錨桿（索）格構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，本方案優(yōu)勢在于邊坡削方量較小，支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，受力明確，但施工復(fù)雜，工程造價(jià)較高。

方案2：削坡卸荷+錨桿（索）格構(gòu)+坡腳護(hù)腳墻+坡面綠化+截排水，如圖3?所示。本方案主要分三級(jí)坡進(jìn)行削坡卸荷，每級(jí)坡高約10 m，坡率1∶1～1∶0.8，坡體采用錨桿（索）格構(gòu)進(jìn)行支護(hù)［10］；地庫挖深4.5 m范圍內(nèi)同樣采用削坡結(jié)合錨桿格構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，坡率1∶0.75，框格內(nèi)采用三維網(wǎng)噴播植草。本方案削坡土石方量較大，但施工相對(duì)簡單，工程造價(jià)較低，預(yù)估本方案比方案1節(jié)約造價(jià)約200萬元。

通過對(duì)方案技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和施工便捷性等方面的綜合比選，本工程最終采用方案2，邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)平、剖面如圖3所示。

圖3 邊坡支護(hù)典型平面及剖面Fig.3 Typical Plan and Sectionof Slope Support

3.3 工程重難點(diǎn)

⑴因建設(shè)單位擬將坡腳地庫側(cè)墻與外側(cè)邊坡體隔斷，地庫側(cè)壁擬做結(jié)構(gòu)空腔，如圖3?所示。側(cè)壁不允許覆土回填，僅頂板以上部分進(jìn)行回填處理，故本項(xiàng)目基坑挖深的4.5 m 削坡范圍連同外側(cè)邊坡體一起按永久支護(hù)考慮，基坑深度范圍內(nèi)的坡體采用錨桿格構(gòu)加固。

⑵泥質(zhì)頁巖邊坡在未有明顯不利結(jié)構(gòu)面的條件下，可考慮采用錨索格構(gòu)支護(hù)方案，根據(jù)邊坡高度及地質(zhì)條件可將錨桿和錨索在豎向間隔布置，以節(jié)約工程造價(jià)。

⑶本工程整體施工順序應(yīng)先進(jìn)行邊坡開挖與支護(hù)再進(jìn)行坡腳擬建建筑施工，嚴(yán)禁為了搶建筑工期而改變施工順序；同時(shí)邊坡應(yīng)從上至下分級(jí)削坡與支護(hù)，嚴(yán)禁整體削坡完成后再整體做支護(hù)。

4 結(jié)論

⑴頁巖地層邊坡層理結(jié)構(gòu)明顯，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查其地層產(chǎn)狀、不利結(jié)構(gòu)面等信息，分析其抗滑穩(wěn)定性，以采取經(jīng)濟(jì)合理的抗滑加固方案。

⑵頁巖巖性較軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育，錨孔注漿效果較差，設(shè)計(jì)采用錨桿格構(gòu)時(shí)應(yīng)對(duì)錨固體摩阻力進(jìn)行適當(dāng)折減，以確保加固效果。

⑶擬建建筑須確保在邊坡支護(hù)施工完成后再進(jìn)行施工，邊坡支護(hù)須嚴(yán)格遵守邊開挖邊支護(hù)的原則，嚴(yán)禁超挖，切忌盲目追求施工進(jìn)度而整體削坡完成后再進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

⑷邊坡綠化應(yīng)因地制宜，選用抗逆性較強(qiáng)的草種；可采用三維網(wǎng)噴播植草、植生袋等進(jìn)行綠化，必要時(shí)可采用客土植草、種植爬藤等綠化方式。

⑸本文工程案例整體實(shí)施效果良好，消除了安全隱患，達(dá)到了預(yù)期的加固效果，可為類似工程提供借鑒和積累經(jīng)驗(yàn)。