潮州彩東線巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性及安全控制關(guān)鍵技術(shù)研究

廖若超

（梅州市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 梅州 514021）

0 引言

公路工程建設(shè)中，在對巖石圈表層改造中容易形成巖質(zhì)高邊坡。巖質(zhì)高邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較弱，很容易出現(xiàn)變形問題，控制不當(dāng)將發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，不僅延誤工期，還會(huì)增加建設(shè)成本，并且對已經(jīng)建成的工程帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，為了打造高質(zhì)量的公路工程項(xiàng)目，為后續(xù)施工活動(dòng)安全有序進(jìn)行提供保障，應(yīng)該做好巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析，并尋求合理有效的安全控制技術(shù)，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并降低安全事故發(fā)生概率，創(chuàng)造安全、可靠的作業(yè)環(huán)境。

1 工程概況

該項(xiàng)目彩東公路（彩塘鎮(zhèn)至東山湖公路）位于潮州市潮安區(qū)境內(nèi)，起點(diǎn)K0+000起于省道S233線K67+020處，終點(diǎn)K4+118接G78汕梅高速公路潮安沙溪互通立交匝道，終點(diǎn)處線形交叉于X078鸛蕉線K10+140，途經(jīng)彩塘鎮(zhèn)和沙溪鎮(zhèn)并穿過桑埔山，全長4.118 km。彩東公路改建采用一級公路60 km/h設(shè)計(jì)車速標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道布置，全線采用水泥混凝土路面。路線起點(diǎn)K0+000至K1+760處為平原地帶，兩側(cè)經(jīng)過紅旗村委；K1+760～K3+620路段為低山地形，多處被開辟為采石場。縱斷面設(shè)計(jì)最大縱坡為5.5%，全線最大邊坡開挖高度21.2 m，山體土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

2 巖質(zhì)邊坡破壞模式分析

2.1 巖石力學(xué)參數(shù)

巖體力學(xué)特性具有鮮明的隨機(jī)性特點(diǎn)，容易受到多種因素影響，在長期工程實(shí)踐中總結(jié)出了相應(yīng)的參數(shù)取值方法，形成了相對完善的理論體系，主要方法如下：

（1）系數(shù)折減法。綜合分析地質(zhì)條件的代表性、時(shí)間效應(yīng)等因素，結(jié)合不同系數(shù)折減計(jì)算，得到最終的綜合值。

（2）類似經(jīng)驗(yàn)法。結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)來應(yīng)用到相似研究中，結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)推理計(jì)算，剖析地質(zhì)因素之間的異同點(diǎn)。

（3）理論方法。優(yōu)定斜率法、隨機(jī)-模糊分析法、局部平均離散法等[1]。

2.2 巖質(zhì)邊坡分類

（1）千枚巖邊坡。此類巖質(zhì)邊坡多處于中低山構(gòu)造剝蝕區(qū)或低山緩坡與河谷結(jié)合區(qū)域，邊坡地區(qū)具有較強(qiáng)的地形切割特點(diǎn)，山體斜坡基巖大面積裸露，表面上有一層薄層的坡積角礫，由于長期的風(fēng)化作用致使該區(qū)域巖體破碎，強(qiáng)度下降，如果未能及時(shí)支護(hù)或封閉，可能出現(xiàn)坡體變形破壞，局部開裂，誘發(fā)安全事故[2]。

（2）片麻巖邊坡。此類邊坡多是在河谷基座階地和中低山構(gòu)造剝蝕區(qū)，邊坡所處區(qū)域淺表層覆蓋一層薄薄的粉質(zhì)黏土，山體斜坡存在部分的裸露情況，在風(fēng)化作用下節(jié)理裂隙發(fā)育，降低了巖體結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。此類巖體的云母含量高，巖體破碎表現(xiàn)為顆粒狀，遇水后轉(zhuǎn)化為粉末狀，支護(hù)不到位則會(huì)導(dǎo)致邊坡垮塌[3]。

（3）板巖邊坡。此類多處于河谷地帶和中低山緩坡地帶結(jié)合區(qū)域，當(dāng)?shù)赜胁糠只鶐r裸露，在風(fēng)化作用下導(dǎo)致基層破碎，整體強(qiáng)度下降，區(qū)域風(fēng)化層厚度在20 m以上。地層區(qū)域邊坡開挖后，如果缺少及時(shí)有效地防護(hù)開挖面，受到降雨作用下導(dǎo)致應(yīng)力釋放，巖層剝落，巖體結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)坡體彎曲、變形，嚴(yán)重情況下造成重大的安全事故。

2.3 巖質(zhì)高邊坡破壞模式

邊坡失穩(wěn)破壞有兩個(gè)前提條件，即：坡體內(nèi)部已經(jīng)形成了貫穿式的穿滑動(dòng)面、坡體下滑力高于抗滑力。通常情況下，自然邊坡未受作用力擾動(dòng)影響下，受力保持均衡狀態(tài)。受到地震、人工開挖等活動(dòng)影響下，坡體原本自然平衡狀態(tài)被打破，出現(xiàn)應(yīng)力重分布和應(yīng)力松弛情況，部分巖層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大下降。如果巖土體應(yīng)力變形大，超出允許范圍則會(huì)出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)破壞，巖質(zhì)高邊坡破壞模式具體如表1所示。

表1 巖質(zhì)高邊坡破壞模式

3 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀和問題

3.1 高邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

邊坡變形破壞是內(nèi)部作用的具體表現(xiàn)，也是影響邊坡穩(wěn)定性的多種因素集合表現(xiàn)，形成貫通性破壞面，進(jìn)而誘發(fā)邊坡結(jié)構(gòu)變動(dòng)。邊坡變形破壞主要包含滑坡、倒塌、錯(cuò)開、崩塌和全面傾塌。坡面變形包含坡體邊緣變形、坡面變形和坡體變形。坡體邊緣變形，邊緣并未處在同一水平線上，容易滑坡事故；坡面變形強(qiáng)調(diào)邊坡整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表層出現(xiàn)一定的風(fēng)化剝落和沖溝等現(xiàn)象；坡體變形是變形范圍延伸拓展到邊坡開挖范圍，范圍大，后期邊坡治理成本高[4]。早期的邊坡穩(wěn)定性研究主要是基于極限平衡原理來計(jì)算極限狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性，對比分析現(xiàn)有邊坡條件，包括穩(wěn)定影響因素、水文條件、失穩(wěn)程度等，很多重點(diǎn)工程項(xiàng)目建設(shè)中出現(xiàn)了一系列高邊坡穩(wěn)定性問題，配套理論研究中取得了較為可觀的成果，如可靠性分析理論、非線性理論和計(jì)算機(jī)理論等[5]。

3.2 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究中的問題

（1）配套標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并不統(tǒng)一。巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究中，關(guān)于具體邊坡設(shè)計(jì)和安全防護(hù)等內(nèi)容，多是借鑒國內(nèi)各行業(yè)部門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但不同部門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范側(cè)重點(diǎn)有所不同，盲目選用可能出現(xiàn)相悖的問題，影響到邊坡安全防護(hù)合理性和有效性[6]。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)。為了維護(hù)巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性，在具體邊坡設(shè)計(jì)中應(yīng)該在實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。通常情況下，巖質(zhì)高邊坡普遍較長，施工過程耗費(fèi)的時(shí)間較多，而且施工過程中參與的單位、人員數(shù)量多，彼此之間交叉協(xié)調(diào)容易出現(xiàn)沖突，影響到相關(guān)技術(shù)人員對巖石結(jié)構(gòu)了解程度。因此，在具體的參數(shù)選擇方面，并未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)參數(shù)選擇較為盲目，在不同程度上影響后期巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性。

（3）邊坡穩(wěn)定性分析方法不合理。在巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析中，主要分析方法是楔形體法和剛性限值法，但無論哪種方法都沒有考慮水因素，存在很大局限性。地質(zhì)條件不同，所采用的計(jì)算方法和安全標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，因此最終的計(jì)算結(jié)果存在一定偏差，難以客觀、全面地反映巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性情況。另外，邊坡穩(wěn)定性分析中，使用的跟蹤監(jiān)測設(shè)備并不完備，在施工后未能獲取真實(shí)可靠的邊坡穩(wěn)定性數(shù)據(jù)信息。

4 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 清危整形施工

針對巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性問題，可以通過鉆鑿法進(jìn)行施工，清理干凈邊坡面上局部楔形體、塊體；然后使用手風(fēng)鉆鉆鑿清理邊坡面上破碎巖體；最后，使用推土機(jī)和挖掘機(jī)等設(shè)備充分清理干凈邊坡面和臺(tái)階面上的巖體殘?jiān)?。通過此種方式可以有效規(guī)避或降低巖質(zhì)高邊坡局部崩塌或是落石等地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)，并依托于實(shí)際情況對巖質(zhì)高邊坡破壞整形處理，提升邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.2 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)工程

在對邊坡清危整形后，可以采用系統(tǒng)錨桿+SNS主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行邊坡防護(hù)處理，可以有效清理坡面危巖，避免后期遭受雨水強(qiáng)烈沖刷和風(fēng)化作用下嚴(yán)重的邊坡崩塌事故出現(xiàn)。主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)可以選擇GPS2型SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)，其中包括橫向支撐繩、系統(tǒng)錨桿、格柵網(wǎng)、縱向支撐繩、縫合繩、鋼繩網(wǎng)和扎絲等。通過與錨桿張拉工藝結(jié)合，促使主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)和巖質(zhì)高邊坡坡體盡可能貼合，遏制局部巖體移動(dòng)，將其束縛、控制在原邊坡體上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)邊坡加固的作用。主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是采用φ16和φ12的橫向、縱向支撐繩交錯(cuò)布設(shè)，然后同邊坡體的系統(tǒng)錨桿聯(lián)結(jié)與張拉，間距4.5 m×4.5 m；格柵網(wǎng)鋪設(shè)鋼絲繩網(wǎng)，與支撐繩之間使用縫合繩縫合拉緊，然后使用系統(tǒng)鋼筋錨桿將主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在巖質(zhì)高邊坡面上固定。

系統(tǒng)錨桿設(shè)計(jì)，可以選擇HRB400型φ20鋼筋系統(tǒng)錨桿，長度為4.0 m，在主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)中合理布設(shè)。各錨桿間距4.5 m×4.5 m，布設(shè)角度為15°，使用M30砂漿錨固。支護(hù)錨桿采用HRB500型φ32熱軋鋼筋帶肋錨桿，同時(shí)在錨桿表面上涂抹一層防銹油充當(dāng)保護(hù)層，起到防腐蝕效果。錨桿先注漿、后插筋施工，在孔底插入注漿管，隨著注漿進(jìn)行逐步提升注漿管，并且將錨桿插入到孔中心，確保注漿飽滿，漿液凝固前禁止拉拔，否則會(huì)產(chǎn)生損壞。

4.3 鋼花管注漿

鋼花管注漿是一項(xiàng)前沿的注漿技術(shù)，其原理是借助鋼管加注漿方式來支護(hù)，選擇預(yù)成孔插管壓降法施工，在提前鉆好孔洞中置入鋼花管，上部密封后壓入水泥砂漿到鋼管中，經(jīng)由鋼管溢漿孔外部翻漿，在壓力作用下砂漿逐漸朝著周圍土層滲透，并通過擠壓、固化方式來實(shí)現(xiàn)加固土體的作用，在提升邊坡穩(wěn)定性方面具有積極作用。鋼花管注漿方式相對傳統(tǒng)的支護(hù)方式而言，施工操作過程較為簡單，注漿成孔后直接放置鋼花管和注漿管即可，操作重難點(diǎn)則是注漿壓力的控制。優(yōu)點(diǎn)是鋼花管材料成本低，工期短，不會(huì)破壞路基，加固效果理想。有微型抗滑樁抗滑作用和加固作用，因此適合廣泛應(yīng)用在巖質(zhì)高邊坡加固施工中。

鋼花管注漿包括注漿管、封閉帽、鋼花管、注漿花孔、定位鋼筋、封閉板以及U型固定鋼筋等，沿著鋼管徑向旋轉(zhuǎn)45°螺旋狀鉆孔，使用凝膠密封。鋼花管材料以高抗張力無縫鋼管為主，使用焊接和絲扣連接方式進(jìn)行處理，可以滿足深度支護(hù)需要。前側(cè)設(shè)置U型固定鋼筋，末端設(shè)置注漿閥門，部分情況下末端還需要澆筑橫梁，以此來全方位提升結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。桿體內(nèi)設(shè)置注漿孔和定位鋼筋，所采用的注漿管是PVC材質(zhì)。一般情況下，桿體直徑大概是90～150 mm左右，基于機(jī)械鉆進(jìn)方式作業(yè)。鋼花管注漿方式可以增強(qiáng)邊坡抗滑力，滑動(dòng)體的下滑力傳遞到樁體底部穩(wěn)定巖體，樁體產(chǎn)生抗滑力來實(shí)現(xiàn)維護(hù)邊坡穩(wěn)定性的作用。

4.4 錨桿格梁與客土噴播

錨桿格梁與客土噴播是一項(xiàng)成熟又相對經(jīng)濟(jì)的邊坡處理施工工藝，格梁內(nèi)采用掛網(wǎng)客土噴播綠化更能使開挖裸露的邊坡融入自然，提升公路沿線風(fēng)景。錨桿鉆孔前需測量放樣，在邊坡上根據(jù)格梁交叉位置準(zhǔn)確放出錨桿位置，鉆孔后進(jìn)行清孔、驗(yàn)孔，自上而下，然后逐個(gè)封堵。清孔后仔細(xì)檢查，將錨桿孔位、孔深偏差控制在5 cm左右。插入錨桿階段，在作業(yè)前應(yīng)該精準(zhǔn)定位支架焊接，使用φ6鋼筋材料制作，確保每根錨桿插入到對應(yīng)孔位中。使用壓漿機(jī)灌入M30水泥砂漿到錨孔中，如果空洞無法增加壓力，則保持0.4 MPa的壓力注漿，將注漿管置于孔底5～10 cm區(qū)域，緩慢拔出注漿管，確保注漿飽滿為止。制作格梁，格梁放樣后，現(xiàn)場綁扎焊接鋼筋，錨桿彎頭要與格梁主筋焊接牢固，嚴(yán)格控制格梁鋼筋保護(hù)層厚度在50 mm或不小于設(shè)計(jì)要求。格梁模板定位要準(zhǔn)確，縱橫搭接要順滑。澆筑混凝土后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，然后掛網(wǎng)，最后將各種合適的植物籽種與黏土、肥料等混合材料按比例配制后由專業(yè)噴播機(jī)在鐵絲網(wǎng)上噴播，厚度在2～8 cm左右。

4.5 植物防護(hù)抗?jié)B

地表水滲漏對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，大量地表水滲入邊坡巖土體后可導(dǎo)致巖土體黏聚力、內(nèi)摩擦角減小，抗剪強(qiáng)度下降，使巖土體抵抗下滑能力降低，邊坡穩(wěn)定性及安全性下降。適當(dāng)提高邊坡植被覆蓋率可達(dá)到良好的防護(hù)及抗?jié)B效果，植被長成后降水沿葉片下落，進(jìn)而有效保護(hù)邊坡土體表面區(qū)域。同時(shí)，植被根莖可緩沖降水，避免雨水直接沖擊土壤表面，減小地表徑流，保持土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。植物防護(hù)抗?jié)B措施具體應(yīng)用過程中，需將邊坡防護(hù)與邊坡綠化有效結(jié)合，在邊坡開挖后需依據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整綠化方案，以節(jié)約資金，并在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上改善公路環(huán)境。在實(shí)施植物防護(hù)抗?jié)B的過程中，需適當(dāng)增加綠化面積，確保各個(gè)邊坡均呈現(xiàn)綠色，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高行車舒適度。同時(shí)，植物防護(hù)抗?jié)B過程中需積極應(yīng)用新技術(shù)，以促進(jìn)邊坡治理的整體水平不斷提高?，F(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的植物防護(hù)技術(shù)主要包括噴混植草、客土噴播、三維植被網(wǎng)植草等技術(shù)，施工人員可結(jié)合實(shí)際情況合理選用，以提高應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

綜上所述，巖質(zhì)邊坡在施工中可能受到外部作用力擾動(dòng)，影響邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如果防護(hù)不及時(shí)可能會(huì)誘發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故。因此，應(yīng)在了解到巖質(zhì)高邊坡破壞機(jī)理基礎(chǔ)上，尋求合理經(jīng)濟(jì)可靠的安全防護(hù)技術(shù)手段并將其落實(shí)到實(shí)體工程邊坡防護(hù)中，以保障公路工程施工質(zhì)量與安全。