贵州省余庆至凯里高速公路第四合同段深路堑边坡处理技术分析

黄志学

(新疆交通建设(集团)有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830016)

0 前言

近年来，我国高速公路的快速发展，越来越多的高速公路不断往山区延伸和发展，在山区复杂的地形、地貌和地质条件下建设技术标准要求高的公路，路基工程中势必会存在大量的深挖路堑工程。山区公路高边坡失稳问题关系着人的生命安全、财产安全和公路的修建效率以及通车后公路的正常通车、运营效率。因此，进行山区公路路堑边坡处治研究意义重大。

1 工程概况

本项目位于贵州省余庆至凯里高速公路第四合同段，主线 K33+250～K37+766.765、施秉支线LK0+686.434～LK7+700段路基挖方边坡，全长11.487 km，中心最大挖深 16.6 m，位于 K35+770，左侧边坡最大挖深36.1 m，位于K36+170，共4级边坡，每8 m设一级平台。

在原设计中，本段路基左侧，由下至上，最下一级边坡采用坡率1∶0.75，2级以上各级边坡采用坡率1∶1.25，每8 m高设一道2 m宽平台。第1级边坡采用路堑挡土墙防护，2级以上各级边坡采用预应力框架锚索防护，并要求边坡由上往下开挖，每开挖一级边坡应及时进行锚索防护。本段路基已挖至路基设计标高，各级边坡的预应力框架锚索未进行施工，施工过程中，由于开挖断面大，坡体未进行及时防护，边坡出现局部坍塌。

2 工程地质概况

本项目处在黔东南州黄平县内，路线经过地段内大部分有基岩出露。沿线出露的地层岩性从新到老依次有:第四系、白垩系、奥陶系、寒武系、奥陶系、二叠系、志留系、泥盆系、寒武系等地层。第四系主要为地表风化坡残积层，碎石土、砂粘土、粘土等，次为河床阶地、谷底冲积层、砂卵石、粉砂及漂石等。项目区内风化粘土分布广泛，白垩系可分为上、下两部分。上部为紫红色，中层厚～厚层状泥岩、粉砂岩夹粘土岩，俗称“红层”;下部为紫红色厚层状、块状砾岩，砾石充分为灰岩、白云岩及砂岩等，泥砂质胶结，地貌上往往形成特有的人丹霞地貌，本层岩石固结程度较差，强度低，易风化，工程地质条件较差。

根据工程地质调绘及钻探揭露，该深挖路段边坡地层主要由太古界龙华河群会理组(Ar3h)黑云斜长片麻岩夹绢云母片岩构成，地表覆盖为第四系全新统残坡积()碎石土。

主要分布于边坡坡面，岩性为碎石土，碎石成分为黑云斜长片麻岩，少量砂土及粘性土混合充填，稍湿，稍密状，厚度一般0.0 ～8.6 m。

2)下太古界龙华河群会理组(Ar3h)。

①黑云斜长片麻岩:灰黑色～灰绿色，全～中风化，鳞片变晶及粒状变晶结构，片麻状构造，主要成分为黑云母、石英及少量长石，夹绢云母片岩薄层。节理发育，风化厚度大，全～强风化层厚10～20 m，最厚超过30.0 m。

②绢云母片岩:棕黄、棕色，鳞片变晶结构，片状构造，主要成分为绢云母及绿泥石。以全～强风化为主。该层分布厚度极不均匀，通过野外调查及钻探揭示厚度0.9～4.8 m，本层为软弱夹层，为不利于边坡稳定的结构面。

根据已开挖断面各级坡面岩石露头观测，岩层总体产状为195°∠26°，挖方段路线走向255°，岩层视倾向与边坡同向。

3 边坡稳定性分析与评价

由地质钻探资料可知，该段路基挖方边坡坡体主要由黑云斜长片麻岩夹绢云母片岩构成。绢云母片岩呈片状薄层结构，易风化，强度低，为相对隔水层，岩层视倾向又与边坡同向，呈不利组合，且岩体受断层影响，节理发育，岩体破碎，结构面结合程度差，雨季期间地表水下渗，使岩体沿结构面间的抗剪强度降低，易造成边坡产生滑塌。

该段路基挖方边坡已完全开挖，通过开挖坡面基岩露头调查，在l、2级边坡坡脚附近各有一层绢云母片岩软弱夹层，厚度不均，夹薄层黑云母斜长片麻岩，节理发育，强度低，由于施工开挖，形成高陡临空面，边坡有可能沿软弱夹层发生滑塌。在顶部3、4级边坡分布有2～3层绢云母片岩软弱夹层，全～强风化，呈砂土状，夹薄层强风化黑云母斜长片麻岩，上覆全新统残坡积层，较松散，长期暴露、临空，如遇不利的外界条件诱发易发生滑塌。

由于长时间将开挖的高陡边坡暴露在大气中未进行及时防护，受风化和卸荷作用影响，主线K34+250～K34+566段从下往上第3级边坡出现局部坍塌，呈“圈椅”状，并有继续发展的趋势。

总体评价:边坡稳定性差。

4 处治原则及处治方案

该段路基左侧挖方边坡出现的坍塌现象，造成了路基的不稳定，从路基防护排水等方面进行综合考虑，采取以下处理方式。

4.1 处治原则

采用一次根治，不留后患，综合治理，确保安全的处治原则。

4.2 推力计算

1)计算范围。

选取K34+250为主轴断面进行计算，2级以上边坡进行卸载，故计算前缘为潜滑面沿路基左侧坡脚，计算后缘为自然坡体的后缘。

2)C、φ值的选取及潜滑面的确定。

该路段潜滑面主滑动方向为255°，潜滑面真倾角26°，视倾角14°，由于路堑的开挖和削坡，造成坡体岩层层面临空，破坏了坡体原有的平衡，同时坡体的卸荷，造成坡体节理裂隙张开，在水的作用下，边坡易失稳，由于该边坡的真倾角方向与路线方向不垂直，因此反算视倾角方向与真倾角方向之间的软弱夹层确定为其潜滑面。

结合强风化绢云母片岩的C、φ试验值，经过比较分析，确定粘聚力为7.5 kPa，初始稳定系数拟定为1.0，反算内摩擦角与潜滑面，经过迭代计算，确定内摩擦角为21.0°，潜滑面倾角为22.5°。

3)滑块密度。

经取样试验并结合经验值，滑块密度平均值采用 21.0 kN/m3。

根据目前的蠕动状态，初始稳定系数拟定为1.0，考虑到路基右侧下面有县级重要公路，在考虑地震影响的前提下，在安全状态下剩余下滑力安全系数拟定为1.25。滑体按整体滑动计算，潜滑面位于以强风化绢云母片岩为软弱夹层的层面上，粘聚力、内摩擦角和下滑力计算见表1。

4.3 处理方案

由下至上，最下一级边坡采用原设计坡率1∶0.75，2 ～5级边坡采用原设计坡率1∶1.25，3级以

表1 K34+250断面剪出口处滑动力的计算(初拟状态和安全状态)

上各级边坡坡率调整为1∶3，每8 m高设一道2 m 宽平台(第4级平台为6 m)。

第1级边坡路堑挡土墙，墙顶宽1.2 m，底宽3.76 m，墙高8 m，挡土墙采用 M7.5水泥砂浆砌MU30片石，并用M10砂浆勾缝。第2～4级边坡预应力锚索框架防护锚索(框架内30 cm厚M7.5水泥砂浆砌MU30片石封闭)，锚固角为30°，锚索横向间距3.0 m，纵向间距3.0 m，采用压力分散型锚索，锚索设计锚固力为1 040 kN，采用8根高强度低松弛的预应力钢绞线(p=15.24 mm)，钢绞线强度为1 860 MPa，锚固段长度不小于10.0 m，自由端长度不小于5 m。4级以上边坡刷坡卸载，拱型骨架防护(骨架内30 cm厚M7.5水泥砂浆砌MU30片石封闭)。

4.4 完善排水系统

在刷坡后的边坡顶面以上5 m处设置截水沟，每级平台设置平台截水沟，并通过急流槽把水引入自然沟谷中。在施工过程中和工程完工时，应清除截水沟、平台截水沟、急流槽中的杂物和施工垃圾，使水流畅通。

5 施工要点

路堑高边坡的施工是一个破坏山体原有力学平衡又用支挡加固工程重建新的力学平衡的过程，施工方法和工艺极大地影响堑坡的稳定，由于施工方法及工艺不当或工程措施未及时实施，重则导致施工中边坡失稳破坏，造成重大损失，有些则留下隐患，影响路堑边坡的长期稳定性，因此路堑高边坡的施工方法十分重要的。施工中应采用分级开挖、分级加固、坡脚预加固的施工方法。

①先修便道至边坡后缘;②对后缘存在的裂隙或陷穴灌缝并夯实;③施工截水沟;④按设计坡率由上至下逐级进行刷坡;⑤开挖一级边坡，平整一级边坡、防护(拱骨架、框架锚索)一级;⑥ 锚索张拉完成后开挖下一级边坡;⑦路堑挡土墙砌筑。

6 变形监测与观测

1)选取K34+250为典型观测断面，其中K34+550断面上的中部设置一个深部位移观测孔，其余各级边坡平台上设位移观测桩，观测桩采用深埋混凝土桩作为位移观测桩，也可在稳固石块上作观测标记代替位移观测桩，观测断面沿纵向一般每30 m布设一道。

2)边坡深部观测位移量测钻孔要求穿过潜滑面，进入稳定岩层的深度不小于5 m。观测桩测量采用光电测距仪和高精度水平仪进行。

3)边坡监测工作时间为施工期和竣工后1 a，监测频度与施工和降雨量相适应。一般施工期间每半月观测1次，雨季期间每周观测1次，大雨后增加观测1次;竣工后前6个月每月观测1次，以后每3个月观测1次。

7 结束语

从该路基深挖方边坡综合整治后1 a多的变形监测与观测情况来看，效果比较理想，达到了预期效果，目前边坡稳定性较好。

［1］JTC D30－2004，公路路基设计规范［S］.

［2］JTG F10－2006，公路路基施工搜术规范)［S］.

［3］邓学钧，路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.