高邊坡綜合防護(hù)及滑坡治理分析

李 斌

(中鐵十八局集團(tuán) 第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

長(zhǎng)期以來(lái),路基高邊坡綜合防護(hù)施工都是高速公路施工的薄弱環(huán)節(jié)。20世紀(jì)80年代以前,我國(guó)主要以低等級(jí)公路建設(shè)為主,交通量比較小,深挖高填少,投資也比較小。邊坡防護(hù)并不是高速公路建設(shè)的主體工程,邊坡問(wèn)題造成的影響和損失比較小,因此在實(shí)際施工中并沒有得到高度重視。20世紀(jì)80年代以后,我國(guó)高速公路建設(shè)飛速發(fā)展,對(duì)高速公路路基高邊坡防護(hù)成效提出了更高的要求,但高速公路路基高邊坡防護(hù)技術(shù)系統(tǒng)化經(jīng)驗(yàn)依然缺乏,其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)理論還不夠成熟,經(jīng)常出現(xiàn)邊坡坍塌問(wèn)題[1],導(dǎo)致交通中斷,引發(fā)系列安全問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。為避免這些問(wèn)題的頻繁發(fā)生,對(duì)高速公路路基高邊坡綜合防護(hù)技術(shù)及滑坡治理技術(shù)研究已經(jīng)迫在眉睫,早日提出有效的解決方法,是促進(jìn)我國(guó)高速公路事業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。

1 工程概述

廣東省云浮羅定至茂名信宜(粵桂界)高速公路是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“九縱線”羅陽(yáng)高速公路與“十縱線”包茂國(guó)家高速公路的聯(lián)絡(luò)線,貫通廣東西北區(qū)域與廣西壯族自治區(qū)的東部,東接在建的羅陽(yáng)高速公路,西接廣西壯族自治區(qū)規(guī)劃的浦北至北流(清灣)高速公路。本合同段位于信宜市平塘鎮(zhèn)及錢排鎮(zhèn),起訖樁號(hào)為K52+650—K59+825,全長(zhǎng)7.175 km。筆者以K57+020—K57+200段高邊坡防護(hù)為背景進(jìn)行分析,其防護(hù)形式有客土噴播、三維網(wǎng)植草、錨桿格梁、錨索框梁,此高邊坡共分6級(jí),坡高56 m,分段長(zhǎng)度180 m,位置靠段落右側(cè),具體各級(jí)坡率及坡高等數(shù)據(jù)如見表1所示。

表1 K57+020—K57+200段落高邊坡路塹工程表

高邊坡處于低緩丘陵帶,地形起伏較大,坡體地面標(biāo)高約450～520 m,右邊坡設(shè)計(jì)坡向175°,設(shè)計(jì)坡角約45°。山體植被發(fā)育較好,生長(zhǎng)松樹、三華李及各種灌木、蕨類植物。

根據(jù)地質(zhì)鉆探及測(cè)繪結(jié)果,邊坡覆蓋層主要由第四系坡殘積粉質(zhì)黏土、碎石組成,基底由加里東期花崗巖及其風(fēng)化層組成。邊坡坡體范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造形跡,該邊坡為土巖混合邊坡,坡體第四系覆蓋層及全-強(qiáng)風(fēng)化較厚,植被發(fā)育,坡體范圍內(nèi)測(cè)得部分節(jié)理裂隙產(chǎn)狀數(shù)據(jù)。Z201-X1為順傾不利結(jié)構(gòu)面/楔形體,易發(fā)生滑動(dòng)破壞;Z201-X1-Z201-X2為順傾不利結(jié)構(gòu)面/楔形體,易發(fā)生滑動(dòng)破壞。區(qū)內(nèi)氣候溫和,雨量充足,地表徑流對(duì)坡面及坡腳的沖刷較大。地下水主要來(lái)源為大氣降水。

2 高邊坡綜合防護(hù)

由于本工程地形地貌和地質(zhì)水文條件比較復(fù)雜,不同路段、不同結(jié)構(gòu)需要采取與之相適應(yīng)的高邊坡防護(hù)技術(shù),才能提升高速公路路基高邊坡防護(hù)效果。根據(jù)設(shè)計(jì)要求將邊坡挖至設(shè)計(jì)位置后,再刷坡。按照自上至下,由兩側(cè)向中間的順序進(jìn)行分級(jí)分段施工,每開挖1級(jí),緊跟1級(jí)防護(hù),綠化1級(jí)。防護(hù)工作開始前,具體檢查邊坡坡體地質(zhì)情況,邊坡平面位置及坡率,各級(jí)平臺(tái)標(biāo)高和寬度,經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可開始施工。對(duì)于穩(wěn)定的挖方路基邊坡,主要采用噴播植草、三維網(wǎng)植草等予以防護(hù);對(duì)于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定的挖方路基邊坡,主要采用錨桿或錨索框梁、客土噴播等措施進(jìn)行加固防護(hù)。

2.1 客土噴播防護(hù)

K57+020—K57+200路塹邊坡路段地處低緩丘陵,地形起伏較大,坡體地面標(biāo)高約459～520 m,右設(shè)計(jì)坡向約175°,設(shè)計(jì)坡角45°。邊坡主要由第四系坡殘積粉質(zhì)黏土和加里東期花崗巖及其風(fēng)化層組成,滿足各類植物生長(zhǎng)發(fā)育的要求。因此,此路段適宜采用噴播植草防護(hù)技術(shù),從而為后續(xù)各級(jí)邊坡施工打好基礎(chǔ)。

掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)是先將土工格柵網(wǎng)(鍍鋅鐵絲網(wǎng))沿坡面縱向鋪蓋在邊坡上,然后將客土、種子及綠化料、長(zhǎng)效肥料等按比例配合,并放入專用設(shè)備內(nèi)充分混合后,通過(guò)空氣壓縮機(jī)噴射到坡面上[2]。

1) 對(duì)邊坡進(jìn)行清理,清除雜物及巖塊,修整坡面轉(zhuǎn)角處及坡頂?shù)睦饨浅驶⌒?平整作業(yè)面,以便于進(jìn)行客土噴播施工及增強(qiáng)綠化效果。對(duì)于光滑巖面,可在作業(yè)面上每隔一定高度開一個(gè)橫向槽,以增加作業(yè)面的粗糙度,使客土對(duì)作業(yè)面的附著力加大,避免客土下滑[3]。

2) 截、排水溝施工。在平臺(tái)設(shè)置排水溝,在邊坡適當(dāng)位置設(shè)置踏步式急流槽。

3) 掛網(wǎng)施工,6 cm客土噴播采用土工格柵網(wǎng)、8 cm客土噴播采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)。土工格柵網(wǎng)采用GSL20/PE雙向拉伸土工格柵網(wǎng)。鍍鋅鐵絲網(wǎng)的鐵絲直徑為2.2～2.4 mm,網(wǎng)眼尺寸一般為(5～5.6) cm×(5～5.6) cm。

圖1 掛網(wǎng)客土噴播平面圖(單位:cm)

4) 客土噴播時(shí)要盡量采用適合當(dāng)?shù)刈匀粭l件和氣候條件的草種,根據(jù)實(shí)際情況添加0%～20%的灌木種子。為保證混噴厚度和草籽分布的均勻性,在進(jìn)行噴播時(shí),把控好風(fēng)壓,盡量在穩(wěn)定的風(fēng)壓下自上而下進(jìn)行兩次噴播,先噴播3 cm厚,待客土穩(wěn)定10～20 min后,再噴至設(shè)計(jì)厚度。若遇硬坡或巖性破碎段可適當(dāng)增加噴層厚度,具體客土噴播護(hù)坡厚度見表2。

5) 完成噴播之后,按30 g/m2及時(shí)覆蓋上土工膜,以防止雨水沖刷。要及時(shí)做好灑水、病蟲害防治及補(bǔ)播等養(yǎng)護(hù)工作[5]。

2.2 三維網(wǎng)植草防護(hù)

K57+020—K57+200路塹邊坡坡體范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造形跡,該邊坡為土巖混合邊坡,坡體第四系覆蓋層及全-強(qiáng)風(fēng)化較厚,植被發(fā)育,坡體范圍內(nèi)測(cè)得部分節(jié)理裂隙產(chǎn)狀數(shù)據(jù),區(qū)內(nèi)氣候溫和,雨量充沛,地表徑流對(duì)坡面坡腳的沖刷較大。為解決雨水對(duì)邊坡沖刷造成的影響,確保高邊坡路基的穩(wěn)定,6級(jí)邊坡采用三維網(wǎng)植草防護(hù)技術(shù),具體做法:人工清除路基邊坡上的雜物及塊石,并于路基邊坡頂部和底部沿著邊坡走向分別開挖出一條矩形溝槽。三維植被網(wǎng)在坡面縱向全覆蓋鋪設(shè)。在鋪網(wǎng)操作時(shí),首先將三維網(wǎng)伸出80 cm鋪設(shè)于坡頂溝槽內(nèi)并用方木樁固定,然后在溝槽內(nèi)回填土進(jìn)行人工夯實(shí),再順坡自上而下鋪設(shè)。相鄰三維網(wǎng)搭接重疊寬度不低于10 cm,U型鋼筋梅花形布置,相隔200 cm,坡面用U型釘進(jìn)行固定,鋪設(shè)坡底時(shí),將其伸出80 cm,埋入坡腳溝槽內(nèi),用方木樁固定三維植草網(wǎng),并填土夯實(shí)[6]。等三維網(wǎng)全部鋪設(shè)完成,再用機(jī)械設(shè)備噴播草種,分層覆土,灑水潤(rùn)濕,噴播完成后及時(shí)覆蓋上無(wú)紡布。

2.3 錨桿格梁防護(hù)

高邊坡每開挖一級(jí)后根據(jù)圖紙要求,采用錨桿格梁護(hù)坡、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁護(hù)坡等方式及時(shí)進(jìn)行加固,再向下開挖,每施工一段加固一段。K57+020—K57+200的2級(jí)坡在開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)巖層極破碎,且經(jīng)過(guò)多天大雨沖刷,2級(jí)坡出現(xiàn)了不同程度的滑塌,情況較嚴(yán)重,僅憑植草技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的有效加固。案例工程對(duì)2級(jí)邊坡采用錨桿格梁防護(hù)技術(shù)。

1) 檢查坡面的穩(wěn)定情況,清除不穩(wěn)定的石塊或其他雜物,對(duì)坡面極為不平整處進(jìn)行平整,凹陷處采用石塊進(jìn)行填補(bǔ),對(duì)于光滑巖面需要通過(guò)挖掘橫溝等方式進(jìn)行加糙處理。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將錨桿位置放出,并做清晰標(biāo)識(shí)。

2) 鉆孔時(shí)根據(jù)確定好的每個(gè)孔的位置,控制孔位誤差低于±2 cm,傾斜度不能超過(guò)5%。在鉆孔施工中采用空壓機(jī)供風(fēng),淺水鉆無(wú)水干鉆成孔,鉆孔深度要大于設(shè)計(jì)深度50 cm以上。鉆桿與水平夾角呈20°,鉆機(jī)及其安放操作平臺(tái)均牢固穩(wěn)定。鉆孔深度大于設(shè)計(jì)深度0.5 m以上。鉆孔傾角和方向符合設(shè)計(jì)要求,傾角允許誤差±1.0°,利用高壓風(fēng)將鉆孔中的巖粉和積水清除,并對(duì)鉆孔質(zhì)量進(jìn)行檢查,檢查合格后灌入M30水泥砂漿。

圖2 錨桿主筋結(jié)構(gòu)(單位:cm)

安裝前,需保證每根鋼筋順直、無(wú)銹、無(wú)油污。先核對(duì)錨孔編號(hào)無(wú)誤后,再安裝錨桿體,接著用高壓風(fēng)吹孔,利用人工緩慢將錨桿體放入孔內(nèi),并用鋼尺量測(cè)露出孔外的錨桿長(zhǎng)度,推算孔內(nèi)的錨桿長(zhǎng)度,確保錨固長(zhǎng)度滿足要求。

4) 采用M30水泥漿通過(guò)孔底返漿法進(jìn)行注漿,注漿壓力控制在0.6～1.0 MPa范圍內(nèi)。注漿結(jié)束時(shí),由孔底緩慢抽出注漿管,在孔口冒漿至少10 s后可停注,并且注漿量不得少于計(jì)算量。在此期間嚴(yán)禁拔出注漿管,注漿完畢待漿液收縮后,采用M30水泥漿對(duì)孔口進(jìn)行補(bǔ)漿,且需在水泥漿中添加阻銹劑。注漿結(jié)束后,清洗干凈注漿管、注漿套管及注漿槍,并做好注漿記錄[8]。

5) 最后進(jìn)行錨梁施工,邊坡高度為10 m,邊坡坡率分別為1∶1,1∶0.75,錨桿格梁尺寸為30 cm×30 cm,錨桿縱橫梁間距均為3 m,按照設(shè)計(jì)圖紙尺寸,側(cè)放出框架縱梁、橫梁位置及施工起始范圍?？屯羾姴ブ膊莞窳呵度胪翆由疃葹?0 cm,噴播植草格梁嵌入土層深度為25 cm。按框架豎梁、橫梁尺寸及模板厚度精確挖出單根梁肋輪廓,采用人工及風(fēng)鎬等小型機(jī)具進(jìn)行開挖。開挖完成后修整梁肋輪廓,要求線型平直順滑,基底密實(shí)無(wú)浮土,然后用2 cm厚水泥砂漿對(duì)基底進(jìn)行找平。

2.4 錨索框梁施工

K57+020—K57+200的1級(jí)坡在開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)巖層破碎,又經(jīng)過(guò)大雨,出現(xiàn)了不同程度的滑塌,必須采取緊急措施予以邊坡加固處置:修整滑塌部位,對(duì)土體進(jìn)行反壓,之后用C20混凝土修整坡面。邊坡的穩(wěn)定性比較差,需要采用錨索框架梁+客土噴播等加固措施進(jìn)行防護(hù)。錨索框架梁施工流程大部分與錨桿格梁施工相同。不同處為錨索注漿采用二次高壓劈裂注漿,錨固段和自由張拉段要同步灌注M40水泥砂漿,一次性注漿完成,控制注漿壓力為0.6～1.0 MPa。灌漿結(jié)束的標(biāo)志為孔口冒漿持續(xù)10 s以上。在進(jìn)行張拉鎖定之前,需要對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。為保證鋼絞線張拉時(shí)受力的均勻性,在成束張拉之前,要保證錨索體處于平順狀態(tài)。先用小型千斤頂對(duì)單根進(jìn)行張拉,確保鋼絞線平順及受力均勻后,提升張拉力至設(shè)計(jì)張拉力的0.1～0.2倍,并進(jìn)行1或2次預(yù)張拉,保證錨固體各部分接觸密實(shí);分別以25%,50%,75%,100%,120%分級(jí)張拉,前4級(jí)每級(jí)張拉完成后持荷2～5 min,5級(jí)張拉完成后需要持荷20～30 min。張拉完成后應(yīng)及時(shí)開展封錨操作,接著進(jìn)行框梁澆筑,先用厚度為3～5 cm的水泥砂漿進(jìn)行基底找平,對(duì)超挖較大懸空處采用漿砌片石嵌補(bǔ)邊坡?；炷翝仓r(shí)用振動(dòng)棒振搗密實(shí),尤其對(duì)錨孔周圍,需仔細(xì)振搗。澆筑完成后,及時(shí)采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)生至張拉齡期。在澆筑錨索框梁混凝土前,將錨具中的螺旋筋、錨墊板和鋼套管按要求固定在縱梁鋼筋上,與錨孔同向,平整擺放。橫梁每12～18 m設(shè)一道伸縮縫,伸縮縫寬2 cm,用瀝青麻筋填塞[9]。施工結(jié)束后,進(jìn)行錨索框梁拉拔試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)量不小于總錨索的5%。錨索框架立面見圖3。

3 高邊坡滑坡治理優(yōu)化

K57+020—K57+200高邊坡共分6級(jí),坡高56 m,在高邊坡施工中對(duì)產(chǎn)生的滑塌情況進(jìn)行變形機(jī)理分析,其原因主要體現(xiàn)為:1) 線路因深挖方形成路塹高邊坡,開挖方量較大,致使坡體開挖后地應(yīng)力調(diào)整大,易形成較大的松弛區(qū),從而導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低。2) 構(gòu)成本邊坡的主要巖土體為粉質(zhì)黏土和全—強(qiáng)中風(fēng)化花崗巖。二元結(jié)構(gòu)邊坡,存在巖土界面失穩(wěn)的可能。3) 邊坡開挖后,在水的作用下容易沿結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)巖體崩塌、沖溝等災(zāi)害。4) 該段邊坡右側(cè)為垃圾填埋場(chǎng),主要成分為生活垃圾,欠壓實(shí),易失穩(wěn),易產(chǎn)生污水。5) 開挖后巖層極破碎,且該地區(qū)臺(tái)風(fēng)暴雨頻發(fā),是產(chǎn)生滑塌的主要誘因。同時(shí),需根據(jù)其變形原因,提出針對(duì)性的治理優(yōu)化措施。

3.1 3級(jí)坡滑塌情況分析及治理優(yōu)化

開挖揭示巖層極破碎,3級(jí)坡施工時(shí)土質(zhì)邊坡右側(cè)出現(xiàn)了滑塌,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,邊坡沿3級(jí)平臺(tái)垮塌到2級(jí)平臺(tái),邊坡傾向175°,3級(jí)坡傾角53°,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到兩組結(jié)構(gòu)面200°∠38°,148°∠40°,結(jié)構(gòu)面連續(xù)、光滑,角度較緩且與邊坡小角度斜交,為不利結(jié)構(gòu)面,兩組結(jié)構(gòu)面組合178°∠36°,是導(dǎo)致邊坡滑塌的主要因素。采取如下處置措施:3級(jí)坡按原設(shè)計(jì)坡形坡率進(jìn)行反壓+四排錨索框梁(防護(hù)范圍加長(zhǎng)、錨索長(zhǎng)度加長(zhǎng))+6 cm客土噴播+C20混凝土修復(fù)坡面施工。

3.2 2級(jí)坡滑塌情況分析及治理優(yōu)化

K57+020—K57+200的2級(jí)坡在開挖過(guò)程中出現(xiàn)巖層極破碎現(xiàn)象,又經(jīng)過(guò)連續(xù)多天的大雨,2級(jí)坡出現(xiàn)了不同程度的滑塌,情況較嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)邊坡傾向和不利結(jié)構(gòu)面跟3級(jí)邊坡相似,以3級(jí)邊坡治理方式修整滑塌部位,對(duì)土體進(jìn)行反壓,再用C20混凝土修整坡面。2級(jí)坡改為使用錨索框架梁防護(hù)技術(shù)(圖4)。

圖4 2級(jí)滑坡治理立面(單位:m)

3.3 1級(jí)坡滑塌情況分析及治理優(yōu)化

K57+020—K57+200的1級(jí)坡現(xiàn)場(chǎng)開挖揭示,該邊坡為順層坡,巖層極破碎。在開挖過(guò)程中該坡面局部多次發(fā)生滑塌,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查邊坡傾向和不利結(jié)構(gòu)面與2～3級(jí)邊坡相似,修整滑塌部位,對(duì)土體進(jìn)行反壓,之后用C20混凝土修整坡面。為提高滑坡治理效果,將1級(jí)坡改為錨索框架梁并增加泄水孔(圖5)。

圖5 1級(jí)滑坡變更后邊坡立面(單位:m)

3.4 綜合邊坡防護(hù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

K57+020—K57+200高邊坡在施工時(shí),從3級(jí)坡開始,邊坡圍巖變差,巖質(zhì)破碎,出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象。對(duì)邊坡防護(hù)形式及時(shí)進(jìn)行了調(diào)整,之后又由于多天的大雨及臺(tái)風(fēng)天氣帶來(lái)的影響,2級(jí)坡及1級(jí)坡出現(xiàn)了不同情況的滑塌現(xiàn)象,情況比較嚴(yán)重,給施工帶來(lái)了不小的影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn),及時(shí)調(diào)整施工,由于4～6級(jí)邊坡已完成施工,坡率無(wú)法調(diào)整,則3級(jí)坡按原設(shè)計(jì)坡形坡率進(jìn)行反壓+四排錨索框梁+6 cm客土噴播+C20混凝土修復(fù)坡面施工;2級(jí)坡改用錨索框架梁+8 cm客土噴播防護(hù);1級(jí)坡改為采用錨索框架梁+8 cm客土噴播防護(hù)。施工完成后,采用全站儀、水準(zhǔn)儀及應(yīng)力計(jì)對(duì)位移監(jiān)測(cè)樁及錨桿測(cè)力計(jì)進(jìn)行邊坡監(jiān)測(cè),平均位移速率不大于2.5 mm/d;累計(jì)沉降量及位移量都控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),防護(hù)成效良好。實(shí)踐證明:經(jīng)過(guò)對(duì)滑塌部位進(jìn)行以上優(yōu)化調(diào)整后,高邊坡滑塌部位得到了及時(shí)治理,成效顯著,達(dá)到了長(zhǎng)期防護(hù)的效果,確保了施工質(zhì)量,有利于維護(hù)生態(tài)平衡,值得大力推廣?；轮卫砬昂髮?duì)比見圖6。

圖6 滑塌防護(hù)技術(shù)治理前后對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

高速公路高邊坡防護(hù)施工具有較強(qiáng)的綜合性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)決定了其施工的復(fù)雜性。高邊坡防護(hù)效果決定著高速公路運(yùn)行的安全性能。在高邊坡滑塌防護(hù)技術(shù)中,需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及區(qū)域地質(zhì),及時(shí)調(diào)整防護(hù)措施。3級(jí)坡在按原設(shè)計(jì)坡形坡率的條件下進(jìn)行反壓,并采用4排錨索框梁,以6 cm客土和C20混凝土進(jìn)行坡面的噴播防護(hù)和修復(fù);2級(jí)坡采用錨索框架梁,以8 cm客土噴播防護(hù);1級(jí)坡采用錨索框架梁,以8 cm客土噴播防護(hù)。施工過(guò)程及時(shí)治理滑塌部位,以確保長(zhǎng)期有效的防護(hù)效果與施工質(zhì)量,提升高邊坡的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)與周邊環(huán)境相互融合的生態(tài)景觀,體現(xiàn)人與自然和諧的生態(tài)理念。