关于高边坡治理技术的探讨

李辉

摘 要：在该边坡坡顶出现裂缝并处于临界状态时，及时采取有效措施进行治理，此时治理工程易于施工，也较为经济。如任其发展成整体滑动，必将造成巨大的经济损失。结合边坡实际地形及地质情况，深入分析边坡破坏的形成机制并进行稳定性分析，按照“防治结合、一次根治、不留后患”的原则，采用技术先进、经济合理、安全可靠的工程措施对该边坡进行综合治理。

关键词：高边坡设计 施工

一、工程概况

某高速公路是国家重点干线的组成部分，也是省会连接旅游的交通要道。该路中的汤口互通立交A 匝道AK3+698～AK3+888 段右侧路堑边坡位于山脚下，原设计为五级，每级高8m，最大坡高42m。该坡坡顶坡口线外沿倾向线路方向发现一弧形拉裂缝，自下向上裂缝宽度约10～45cm，其中裂缝最高位置位于AK3+785，距开挖坡口线平距约62m，高差约45m。根据现场情况分析，该边坡处于暂时稳定的临界状态，如任其发展导致整体滑动将直接损坏在建的高速公路和堵塞其下的河道，必将造成巨大的经济损失，且无法保证高速公路的如期建成。为确保下一步施工及运营阶段的安全，必须对该坡出现的裂缝进行治理。

二、边坡的地质环境及结构特征

1．边坡的地质环境

该边坡属于构造侵蚀中山区，山势陡峭，地形复杂，植被发育。边坡两侧均发育有小冲沟，其下逍遥溪沿线流过，河谷深切呈“V”字形，边坡自然坡度一般在20°～53°。该边坡大地构造单元属地台之下，次级构造为褶皱束。外围主要发育有断裂，断裂发育方向55°，发育长度33KM，倾向南东，倾角55°～77°，属压性断层，而汤口断裂，发育长度12KM，走向310°，倾向北东，倾角80～90°，具张扭性，属配套断裂。受上述地质构造影响，边坡内节理极发育。该边坡上覆第四系全新统残坡碎石土（Qel+dl4 ），下伏基岩为震旦系休宁组下段（ 1 1 Z X ）硅化粉砂岩，粉砂岩间夹有薄层的泥岩，泥岩层厚0.2m 左右，泥质砂岩和石英砂岩呈韵律式出现。地层产状变化较大，总体上为NWW/NE∠35～40°。

2．边坡的结构特征

该边坡为一顺倾向岩质边坡，倾向NNE，为小夹角的顺向坡。经人工开挖后坡面坡度为50°～53°，岩层的产状为N10～20°E/SE∠50～53°。岩体结构特征十分复杂，呈块状、次块状、镶嵌及碎裂状，结构面有断层、软弱带、层间错动带等。边坡内节理裂隙密集，结构面相互切割岩体呈碎裂结构，多为压扭性，局部为张性，裂缝宽1～3mm，个别达100mm，裂隙中充填有岩屑、粘土、粉砂、裂面上多为硅质、泥质或锰质氧化薄膜，其岩体结构多表现为碎块状岩体、块状～裂块状岩体。

三、变形破坏的形成机制及稳定性评价

1．变形破坏的形成机制

（1）坡面表层第四系残坡积层较厚，结构松散，孔隙度大；下伏强风化粉砂岩风化强烈，岩质松软，且风化层厚度大，受外界因素影响时易失稳。

（2）受构造切割的影响，岩体节理裂隙极发育，岩体被切割呈棱形块状，目前强风化层岩体均为破碎结构和块裂结构，稳定性差。

（3）岩层倾向与边坡坡面小倾角斜交，有利于顺向滑移，后期的构造运动（错动）、卸荷风化等地质作用的改造，破坏了岩体的原有结构。

（4）开挖切坡，形成临空面，改变了原自然坡体的应力状态，为块体失稳提供了滑移崩落空间。

（5）降雨渗入，浸润软弱结构面也是诱发因素之一。

2．邊坡的稳定性评价

（1）坡体的物理力学性质

表1 计算参数综合取值表

物理力学参数是影响坡体稳定性评价的重要因素。要获得符合坡体工程特性的参数难度较大，选择强度参数时应考虑到坡体的岩性、应力应变历史和时间效应。该边坡的物理力学参数在考虑上述因素后，通过现场直接进行大剪、便携剪切等剪切试验实测，同时辅以反算和工程类比，得出的结果如表1。

（2）坡体滑动面的确定

滑面的确定是稳定性评价中极为重要的问题，对坡体的

稳定性评价应选用最危险的破坏面来进行。对较为破碎的岩

土体，如考虑C 值的影响，滑面一般呈圆弧状。从几何角度

来看，圆弧是由圆心和半径构成的圆的一部分弧段，所以确

定最危险的滑面实际上就是确定滑面所在的圆弧的圆心和半

径。直接搜索法先给出圆心可能出现的区域，并找出该点与

坡体边界点的最大和最小距离，然后从最小距离开始以一定

的步长增量为半径，计算边坡的稳定性系数，最后找出稳定性系数最小的圆心位置和半径，以此来评价坡体的稳定性。通过对现场的地形及地质情况分析，确定AK3+799 处为边坡的主滑断面，则选该主滑断面进行滑面搜索，结果见下图图3：AK3+799－3 计算剖面所示；同时结合该边坡出现裂缝的位置、该边坡的地质勘察报告以及按设计进行开挖后的边坡情况，推出其可能的滑面分别如下图图1：AK3+799－1 计算剖面（滑体剪出口位于第一级边坡中部）和图2：AK3+799－2 计算剖面（滑面剪出口位于第一级边坡底部）所示，并采用有限元搜索其可能的滑面（见下图AK3+799－1 计算剖面）。通过对AK3+799－1、2、3 三个剖面进行稳定性计算，从而得出该边坡的稳定性结果。

图1 AK3+799－1 计算剖面

图2 AK3+799－2 计算剖面

图3 AK3+799－3 计算剖面

（3）边坡稳定性计算及结果分析结合该边坡的结构特征及其各种荷载情况，尤其是该地区降雨丰富的特点，拟定以下三种计算工况。工况①：天然状态。仅仅考虑边坡的自重力，计算时采用

最危险的破坏面上的天然c、φ 值，容重采用坡体的天然容重；工况②：天然＋饱水。在工况①的基础上，再加上地下水的作用，坡体变形后在坡体的后缘和中部均产生了许多和滑面贯通的拉张裂隙，在计算时应考虑静水压力的影响；工况③：天然＋饱水＋地震。在工况②的基础上，再加水平地震力的影响（a 取为0.005）。根据该边坡的物理力学参数，采用AK3+799－1、2、3所示的三个计算剖面，利用极限平衡的基本理论和方法，得

到的计算结果如下表2。从计算结果可看出，在工况①的情况下，AK3+799-1、2 两个计算剖面边坡处于稳定状态，AK3+799-3 计算剖面边坡稳定性差；在降雨或者暴雨的影响下，坡体稳定性系数降低，坡体失稳可能性非常大。从目前该边坡坡口外缘已出现裂缝的情况分析，AK3+799-2 计算剖面得出的计算结果与现场情况十分吻合，同时说明目前该边坡处于临界稳定状态，必须及时对其进行治理以确保施工及运营阶段安全。

表2 边坡稳定性计算结果表

四、边坡治理工程方案设计

1．推力计算

为确保治理工程安全可靠，必须正确选择设计工况。结合该边坡坡体的地质条件、结构特征及各种可能出现的荷载情况，采用工况②为设计工况。鉴于该边坡的复杂性及破坏后后果非常严重，将该边坡的设计等级确定为一级，其安全系数取1.2。

表3 AK3+799－2 剖面推力计算结果

采用规范推荐的不平衡推力传递系数法对该边坡的推力进行计算， 参数采用和稳定性评价时相同的参数。因AK3+799-2 计算剖面较AK3+799－1、3 两个计算剖面更为不利，且其与现场情况十分吻合，故重点对AK3+799-2计算剖面进行计算，其推力计算情况见表3，其AK3+799-2剖面推力曲线图如图4。据此得出该边坡设计工况下的推力为2573.33KN/m。

2．工程治理方案设计

通过深入分析该边坡失稳的形成机制、边坡现今所处变形破坏状态以及边坡未来将经受的环境条件变化等特征，同时结合该边坡的现状，拟定以下两种治理方案：

方案一：锚拉抗滑桩+预应力锚索+排水+坡面局部防护；

方案二：预应力锚索+排水+坡面局部防护；

方案一中因有锚拉抗滑桩，使施工难度增大且工期延长，

但有利于边坡的长期安全；方案二施工较为简便快捷，但随着时间的推移和受外界因素的干扰，施加预应力的锚索会出现不同程度的松弛，不利于边坡的长久稳定。因该段A 匝道左侧为高边坡，右侧下方下挖8m 后为主线路基，目前尚未开挖，但进一步施工必会对A 匝道左侧高边坡产生影响。故从该边坡的复杂性、重要性及长久的安全角度出发，选取方

案一为本边坡的治理方案。

3．具体的工程治理措施

该边坡共五级，原设计为锚杆框架防护。现自下而上数第四、五级边坡已防护完毕；第二、三级边坡已开挖完毕，锚杆框架也已部分施工；第一级边坡部分开挖，尚未防护。则根据边坡现状，具体治理措施如下。

（1）在坡口线外再增设一道截水沟，每级平台设一排水沟，将坡面内的水引至截水沟排走；在第一、三级边坡每片框架内设一20m 长仰斜排水孔将坡体内的裂隙水排走。

（2）第五级边坡维持原设计不变；对第四、三、二级边坡已施工锚杆框架的部分，在每片框架3X3m 格内增设一根锚索，每排两根；在第三、二级边坡未施工锚杆框架的部分改锚杆框架防护为锚索框架防护，每排3 根。第四级锚索长40m；第三级锚索长35m；第二级锚索长30m。锚索倾角均为25°，纵竖向间距3X3m。每根锚索由7 束φs15.24 高强度低松弛无粘结钢绞线组成，锚索设计荷载为800KN，锚固段长为10m。

（3）AK3+714～834 段第一级边坡顶平台顶处每6m设一根断面尺寸为1.8mX2.6m 锚索抗滑桩，抗滑桩长20m，共21 根，桩顶设两根锚索，锚索长25m，上排锚索倾角为28°，下排锚索倾角为20°，每根锚索由7 束φs15.24 高强度低松弛无粘结钢绞线组成，锚索设计荷载为800KN，锚固段长为10m。

（4）第一级边坡仍采用锚杆框架防护不变，锚杆长度调整为6m。

五、边坡治理工程的施工

1．施工工序与施工方法

在该边坡的工程治理方案確定以后，如何组织实施并使加固措施及时发挥作用就成为首要问题，确定合理的施工工序和施工方法最为关键。

水是影响边坡稳定的重要因素之一，对本边坡的影响更十分明显。所以首先进行截水沟、平台水沟及边坡内仰斜排水孔的施工，使之形成完整的边坡排水系统，将坡面水及坡体内的裂隙水及时排走，将水对边坡的影响减至最小。

由于该边坡处于暂时的临界稳定状态，任何外界的干扰都可能导致边坡的再次失稳，所以在进行加固措施的施工过程中应尽量少扰动边坡。本边坡在进行排水工程施工后，立即进行第四、三级边坡的锚杆框架内的锚索施工，再依次进行第三、二级锚索施工，最后进行抗滑桩施工。因为锚索的施工对边坡扰动较小，张拉锚固后能立即发挥作用，为后面的施工提供有力的保障，而抗滑桩的施工对边坡的扰动较大，特别是桩进入锚固深度后需放炮开挖，对边坡的扰动更大，所以应在第四、三和二级边坡锚索施工完成后方可进行抗滑桩的施工。如为抢工程进度，在上面锚索工程未发挥作用前，即进行抗滑桩施工是得不偿失的。

为减少对边坡的扰动，在抗滑桩施工时，要求先从两端开始，每隔两根挖一根分批跳槽开挖，依次向中间汇合，当基坑开挖进入锚固段必须放炮时，要求“短进尺、弱爆破”，严格控制炸药用量和钻眼深度。

2．动态施工尽管在治理工程实施之前，对该边坡进行了详细的地质勘察，但也无法彻底了解其地质情况，所以在治理方案确定以后，对其后的施工过程进行跟踪，并请有专业资质的单位对该边坡进行监测。通过仔细分析每个钻孔钻出的芯样、钻机的钻进速度和抗滑桩基坑揭示的地质情况，并结合监测单位反馈的信息，对锚索及抗滑桩的长度做合理调整；对边坡的防护范围也做了一定的调整；对施工工序也实行动态调整，如监测反映边坡变形情况稳定，且在第四、三级锚索已部分发挥作用的前提下，为加快工程进度，同意其施工两端的抗滑桩，当情况不利时立即调整。另外，根据边坡现场的出水情况将仰斜排水孔的位置及数量也作了相应调整，使之更符合实际排水要求。总之，在监测单位的配合下，施工和设计紧密结合，做到“动态设计、信息化施工”。

六、结语

根据高边坡的地质环境条件，在对边坡结构特征详细调查的基础上，分析评价其变形破坏的形成机制，利用极限平衡的基本理论和方法对边坡稳定性进行计算和分析，对该边坡的动态设计和信息化施工进行阐述，采用锚拉抗滑桩+预应力锚索+排+坡面局部防护的治理方案，使边坡变形得到控制，整个边坡已趋于稳定。

参考文献

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