山区公路高边坡复合支护方案确定

陈鹏，周进

（1重庆市设计院，重庆 400015；2重庆大学土木工程学院，重庆 400045）

1 山区公路高边坡的形成及支护意义

山区公路在进行设计时，作为线性工程要穿越不同的区域构造和地质环境，线型的采用复杂多变，在通过向斜核部和背斜翼部时，区域构造应力使岩土体更加复杂，更多的受到地形的限制，往往需要对坡体进行开挖和坡脚回填，因此高边坡的形成改变了原有地质平衡，从而导致公路高边坡一系列的地质灾害。西南地区，由于雨季较长，降雨量集中，大量的边坡失稳灾害频频发生，造成阻断交通甚至危害生命。由于地质问题是不可见的，需要通过地下勘探和钻孔开挖，这些手段只能反映局部岩土性质，必然导致在施工中出现突发意外的情况，所以，更多的加强高边坡的支护措施是复合型的，也是随具体问题而变动的[1]。

2 高边坡的变形破坏类型

岩土体的性质是决定边坡破坏类型的主要因素，岩体结构和水文地质影响边坡失稳的规模和破坏持续时间。岩土体在形成过程中经历大量构造运动，构造痕迹明显使坡体失稳时规模更大，而降雨和地下水的丰富充沛与否，则加速了坡体的运动，对于人工开挖时坡体高度的确定和坡角大小的变化，一方面直接决定开挖量的大小，另一方面，形成高陡边坡，后期的治理费用高，因此合理确定边坡高度和坡角的范围，综合考虑工程造价和后期的治理防护是公路高边坡形成与防护的必有理念[1]。

通过大量的资料收集和总结，高边坡开挖后形成的人工边坡，出现多种多样类型变形破坏，按边坡滑动特点主要分为契形滑坡和顺层滑动[2]。

⑴楔形滑坡:针对于碎裂性岩质高边坡，这类滑坡主要是地应力较高的区域岩性脆硬、风化严重、节理发育，经历多次构造运动，潜在切割面比较发育，在临空面满足条件的情况下往往容易失稳滑动。

⑵顺层滑动:这类高边坡岩性均一，岩层厚度不大，一般小于2m，但岩层倾角小于开挖坡角。此类边坡最容易在开挖过程中引起滑动，特别是在降雨过后，针对于坡积物的边坡，在基岩埋深不大的情况下，顺着基岩面滑动的情况往往比较多。

3 高边坡复合支护设计及优化

公路高边坡的支护方案选取以及动态设计应该根据具体的工程要求，考虑当地的气候条件，依据岩土性质、水文条件，采取多重防护类型，针对不同的影响因素，确立各种防护方案，然后依据防护方案之间的关联性和施工中的前后工序进行组合设计，从而确立起有效的、动态的复合支护设计方案[2]。对于在开挖过程中发生灾变的变形坡体，应及时调整治理措施，根据实际变形体的特点，采用临时性或永久性的支护方式，即复合支护方案；在排水截水方面，主要是通过灌浆、锚喷、截水沟、排水沟、地下管道、涵洞的措施阻断地表水，排除地下水，通过这两种方式来达到降低下滑力的目的[3]。

3.1 切方减载与反压措施

切方减载与坡脚反压，此类措施主要适用于公路的外围环境有足够的空地用来停放施工机械，及道路附近有足够的空地可以使用。减小坡角，提高稳定性，增加了开挖方量和土体的转移量，在坡顶削方减荷，减小边坡的下滑推力。不过在开挖时要平整和碾压，保证密实度，采用变坡角，台阶型开挖，减缓坡度。

3.2 截水排水

公路高边坡破坏与失去稳定往往是人工破坏平衡和降雨的共同结果，而地表水和地下水的渗流是影响稳定也是公路水文地质的重要内容[4]。针对地下水，查明水位标高、水的流向及流量，设计管涵，铺垫碎石，引流地下水。针对地表排水，设置后缘截水沟、坡体排水沟，对坡体变形裂缝应及时填堵。

3.3 护坡工程

坡面防护工程是边坡体的外表面采用挂网喷浆的方式阻止坡体与空气和降雨接触，有效阻止风化的措施。该方法几乎在所有分化严重的岩质边坡都是必用的措施，阻止坡体表层破坏。此外框格梁也是坡面防护的重要措施，并采用锚杆锚固，该措施需要搭接在稳定的边坡上，空格之间可以种草绿化，这两种护坡的选择应综合考虑岩土性质和施工方案[5]。

4 公路高边坡实例分析

某国道K1011+350～450m段高边坡，处于丘陵斜坡地带，地貌受构造控制明显，山岭走向与构造方向相反，丘陵间构成平行谷地，岩层产状为140°-152°∠3°-8°，岩体节理裂隙较发育，主要发育节理2组。J1组节理倾向275°，倾角40°，节理间距0.4～0.6m，延伸长度>2m，宽度一般3～7cm，上部张裂；J2组节理倾向135°，倾角78°，节理间距0.6～1.2m，延伸长度3m，宽度一般0.6～1.5cm；J3组节理倾向245°，倾角76°，长度2～4m，宽度一般10～17cm，无充填。分布高程在200m～400m一带，丘陵斜坡坡角一般为20°～30°，斜坡上的带状陡崖坡角大于70°。

4.1 岩土体性质

（1）粉质粘土：灰白色，中粒结构，厚层及夹层状构造，主要矿物成分为蒙脱石、石英，次为云母及少量深色矿物，含有泥质条纹或团块及泥岩透镜体，层厚1.5m～7.2m，局部地段厚度达12m。

（2）粉土：黄绿色-紫红色，其中，泥岩多为紫红色，泥质结构，中厚层构造，主要矿物为黏土质矿物，碎裂构造，揭露厚度约15m，间夹有灰白色粉砂质条带，相变较大。

（3）泥岩：紫红色，泥质结构，中～厚层状构造，主要由粘土矿物组成，质软，局部含砂质团块、砂质条带及暗紫色锰质结核，在调查区泥岩或砂质泥岩出露厚度达30m，分布在丘陵缓坡一带。

根据微地貌及变形特征，该高边坡后缘高程260m～280m，潜在滑移面前缘延伸至高程170m附近，主滑方向为72°，南侧以西北向山脊基岩出露区为界，北侧为冲沟，变形体平均厚度6.9m，体积为62.1×104m3坡体地表水及地下水丰沛，岩土组成种类多，组成物质为崩坡积物，由粉质粘土夹崩石、块石和人工填土组成。高边坡岩土体参数如表1所示。

表1 各土层设计参数

4.2 公路高边坡破坏模式

对于该高边坡，由于岩体结构中泥化夹层的存在，导致边坡在地下水的渗流作用下易加剧变形。该段边坡下伏岩性为泥岩夹砂岩，其稳定性主要受两个方面的因素控制，其一是边坡下伏泥岩的含水程度；其二，上覆粘土的厚度不均，夹杂有坡积物的石块混合，致使在确定治理方案时，坡体的不同位置采用设计不等的支护参数。结合实地调查及钻孔揭露，潜在的边坡滑动面为多级滑动和折线形破坏。

4.3 复合治理方案的确定

（1）该边坡进行削坡，坡面坡比采用1:0.5～1:0.75，削坡面积为4108m2，削坡土方量为19650m3。每6m设一个台阶，留2.5m宽护坡道，并设高25cm、宽20cm拦水坎，为防止地表水下渗，以及防止表层开裂而加剧地表水下渗，采用挂铁丝网（锚杆直径Φ20mm、长度L=180cm）喷射6cm厚C20混凝土防护。坡面按正方形布置泄水孔（预埋塑料排水管）间距4m。在上部平台上设置3道截水沟拦截地表水。

（2）整个坡面采用钢筋混凝土框格梁锚杆方法，钢筋混凝土框格梁采用3×3m间距，框格梁的钢筋参数如表2所示。

表2 钢筋类型选取

（3）框格梁采用40×50cm（宽×高）配筋上下各4根Φ25钢筋间距10cm，保护层5cm，箍筋Φ10间距25cm。

（4）预应力锚杆钻孔采用Φ168mm，俯角22°，锚杆深入基岩至少6m，预应力施加以及抗拉力如表3所示。

表3 锚杆内力参数

（5）钻孔注浆采用M40砂浆，注浆压力0.2～0.4MPa，施工时具体支锚取值如表4所示。

表4 支锚信息

（6）在锚杆及框格梁施工前，先对边坡进行挂网喷素混凝土封闭处理，同时配合5m、7m的Φ32自进式锚杆处理，锚杆的内力如表5所示。

5 结论

(1)通过对公路高边坡支护设计主要类型（减载压脚、截水排水、坡面防护、支挡工程和锚固工程）的分析，得出了各自的主要特点和构造特征，研究了边坡形成的地质条件、影响稳定性的因素及主要变形破坏模式，并研究了它们对应的边坡支护方案和具体支护措施，有利于复合支护设计的选择和优化。

表5 锚杆内力

（2）通过对不同方法的适用条件的详细研究，得出针对不同类型的高边坡稳定采用因地制宜的防护措施，确立公路高边坡的复合支护方案及施工中动态变动的主导作用。

[1]段海澎.山区高等级公路高边坡稳定性及动态设计的地质工程研究 [D].成都:成都理工大学博士学位论文，2007：46-47.

[2]王恭先.高边坡设计与加固问题的讨论[J].甘肃科学学报，2003：134.

[3]石根华.岩体稳定性分析的几何方法 [J].中国科学，1981(4)：74-76.

[4]王彦东.岩质高边坡关键块体的确定及稳定性评价研究[D].成都:成都理工大学硕士学位论文，2007：112-116.

[5]宋玉环.西南地区软硬互层岩质边坡变形破坏模式及稳定性研究——以鲤鱼塘水库溢洪道边坡为例[D].成都：成都理工大学博士学位论文,2011：78-80.