高危岩质边坡综合支护设计研究

王 水 生

(湖北省林业勘察设计院，湖北 武汉 430223)

高危岩质边坡综合支护设计研究

王 水 生

(湖北省林业勘察设计院，湖北 武汉 430223)

为了提高边坡支护措施在安全性、经济性和环保性上的综合效果，提出了高危边坡综合防护思路，指出采用设置路堑挡土墙、锚杆框架及预应力锚索框架等措施进行加固，具有较好的针对性和实用性。

岩质边坡，高危边坡支护设计，防护思路，锚杆框架

0 引言

在公路建设过程中，不可避免的会遇到深挖高填地区，高边坡防护问题直接关系到公路的建设和运营安全。因此，正确评估坡体的稳定性，采取科学合理、经济环保的加固方法对存在隐患的边坡进行支护是公路设计的重中之重。

文献[1]～[5]表明，高边坡防护设计主要关注边坡加固支护方法的应用，部分学者提出了环保绿化新理念[6]，但探讨主要集中在应用方法。针对高危岩质边坡，综合支护理念及设计措施能够进一步加强边坡支护措施在安全性、经济性和环保性上的整体效果，提高边坡的稳定性。本文以广东省某公路工程为背景，从综合设计理念出发，提出“以边坡稳定为主线，以安全、经济、环保为目标”的高边坡综合防护思路，基于公路沿线高边坡实际状态，提出科学合理的综合加固措施。针对稳定性不同的高边坡，分别采用放缓坡率、植被防护、设置主动防护网、设置挡土墙、锚杆框架、预应力锚索框架等措施进行防护加固，以期能够改善稳定性较差边坡的安全，加强边坡的主动防护，从而提高公路沿线的绿化环保。

1 工程背景

该公路工程位于广东省境内，为旧路改造工程。通过实地调研，旧路全线边坡无支挡、支护措施，坡顶截水沟缺失，排水系统破坏严重。这导致公路沿线上下边坡滑塌严重，且滑塌处经过多次滑塌—清理的过程演变为无规则的边坡形式。公路沿线边坡大部分属于高危岩质边坡，最高边坡达88.6 m。这些边坡大部分一坡到顶，坡脚处基岩开裂，随时有崩塌的危险。有些坡面经过滑塌后形成凹陷形边坡，具有再度滑塌的可能，对过往车辆及行人的安全造成巨大威胁。

2 高危岩质边坡防护理念及思路

高危岩质边坡主要特点为边坡高、岩体风化严重，安全性较差。因此，边坡防护的理念主要集中在“先加固，后防护”。实际的实施过程中，应该遵循“先表面后深部，先简单后复杂”的原则，按照“以边坡稳定为主线，以安全、经济、环保为目标”的防护思路，采用综合加固支护手段对其进行全面治理。

高危边坡加固支护设计思路如图1所示。

对高危边坡进行加固防护，首先应判断岩体的稳定性。通过现场实地勘察，采用试验测试手段得到岩石力学性能指标，并据此判断边坡岩体的计算参数。边坡稳定的计算主要是抓住抗滑力与下滑力这对主要矛盾，当边坡稳定计算安全系数小于1.2时，就应对边坡进行加固处理。稳定性不满足要求的边坡，应采用工程防护和植物防护结合的综合加固方法进行处理；稳定性计算满足安全要求的边坡，宜采用植被防护、主动防护措施，以保证边坡的稳定和绿化。

考虑边坡防护与沿线自然的一致性，同时充分贯彻可持续发展及绿色环保理念，设计中坡形采用台阶式构造，在保证坡体稳定的前提下，坡面尽量绿化植草、美化环境，同时在碎落台及第一级边坡平台处设置花槽，种植藤本植物、灌木等以加强边坡的绿化。

3 高危边坡综合支护设计

以K36+520～K36+720段高边坡为研究对象，该处位置出露地层为震旦系乐昌峡群变质砂岩，山体局部有开裂，整体上形态呈“扇”形。该处边坡有滑坡，滑坡后缘已至山顶，前缘至坡脚，滑体上部自然坡度约为17°，中下部较陡，自然坡度约为45°，滑坡前缘宽度约为50 m，顺主滑方向长约150 m，滑体平均厚度约5.5 m。整个边坡高度为88.6 m(见图2)。

高危边坡稳定性计算方法的选取是基于现场实测数据以及边坡滑动破坏趋势而定。实地勘察发现，该处边坡岩体风化严重，边坡滑面形态近似平面折线型，后缘相对陡倾，前缘相对平缓；滑带岩土厚度较小。从其空间展布情况分析，该滑坡为牵引式滑坡，其推力及稳定系数计算模型可选择为折线型[7]。

采用极限平衡法对正常工况(天然状态)和非正常工况(饱水状态)下滑坡稳定性及滑坡推力进行计算，根据工程揭露，结合地区经验天然状态下滑体的重度取18.5 kN/m3；饱水状态下滑体的重度取20.2 kN/m3。

滑面强度参数取值根据岩体力学室内试验值及反算综合考虑。根据岩土样室内试验、经验类比法综合确定：饱和抗剪强度C=14.0 kPa，φ=5.3°；天然抗剪强度C=18.0 kPa，φ=7.2°。经计算，天然状态下与饱和状态下滑坡稳定系数与滑坡推力计算如表1，表2所示。

由表1可见滑体在天然状态下，稳定系数为1.30，变形体处于稳定状态；由表2可见滑体在饱水状态下稳定系数为0.98，说明在连续强降雨和滑体加载的条件下滑体就会失稳，故需要尽快对边坡滑体进行加固支护。

考虑到该边坡高度约90 m，且岩体风化严重，已经形成了滑坡，加固支护方法采用综合加固法实施。采用锚杆框架及预应力锚索框架提高边坡的稳定性，辅以加设挡土墙、增设截水沟、植被防护的措施，提高边坡的整体防护能力，加强边坡支护的经济、绿化效果。加固措施如图3所示。

表1 滑坡稳定系数及滑坡推力计算表(天然状态)

表2 滑坡稳定系数及滑坡推力计算表(饱水状态)

根据边坡实际状态，将高危边坡划分为10级。第Ⅰ级边坡高度为4 m，第Ⅱ级～第Ⅸ级边坡高为8 m，余为第Ⅹ级边坡。整个边坡采用放缓坡率的方式进行改造。第Ⅰ级边坡采用路堑墙构造，坡率为1∶0.25，其余位置均采用1∶0.75的坡率。每一级边坡上部均设边坡平台，第Ⅰ～Ⅲ级位置平台宽5 m，其余位置平台宽2 m。

第Ⅰ级边坡位置由于紧贴道路主体结构，为了保护公路的行车安全，设置路堑墙，路堑墙面坡为1∶0.25，底坡内倾为1∶5，墙身采用10号浆砌片石砌筑，整个路堑墙墙高4.5 m，墙背高度为4.85 m。

第Ⅱ，Ⅲ，Ⅷ，Ⅸ级位置采用挂网喷混凝土植生方式进行防护，即将草种、辅助剂、有机肥等加入水泥制成植被混凝土，用专用设备将其喷射到挂网的边坡上，以达到稳定边坡和环保的作用。采用该方式主要是利用植被根系的力学加固原理，在保证边坡稳定性的基础上，对边坡进行绿化，改善道路两侧的生态环境。

第Ⅳ级～第Ⅶ级位置采用锚杆框架和预应力锚索框架对不稳定边坡进行联合锚固。加固采用压力分散型锚索进行，主要是考虑到其受荷载作用下，锚杆轴力和粘结应力的峰值具有明显减小的趋势，同时应力分布均匀，传递给孔壁的径向力也较为平均，使得粘结强度极大的提高。锚杆承载力增长与锚杆长度成正比，从使用效果看，具有安全可靠、耐久适用的优点。

锚杆采用φ32高强精轧螺纹钢筋，每一级边坡采用3排预应力锚杆，覆盖该级边坡的所有范围。考虑到边坡滑动面距岩体表面深度的不同，从经济合理的角度，采用不同长度的预应力锚杆进行防护。第Ⅳ级边坡采用13 m锚杆，第Ⅴ级边坡采用16 m锚杆，第Ⅵ，Ⅶ级锚杆长度为19 m。锚固段长度均为6 m。根据边坡岩石风化程度及节理裂隙发育程度，设置不同的锚杆框架及预应力锚索框架防护。框架内采用以植物防护为主的轻型防护措施。边坡顶部设置截水沟，避免雨水冲刷对边坡的稳定性产生不利影响。

对加固以后的边坡进行稳定性分析，处理以后的边坡整体稳定性安全系数达1.202，满足安全要求。

通过对该边坡采用放缓坡率、设置路堑墙、预应力锚杆锚索框架梁、挂网锚喷混凝土植生及截水沟的方式进行加固，加固后边坡整体安全系数达到要求，综合加固手段不仅在施工上便于实施操作，同时在经济上具有较好的合理性，并且保证了道路周边的生态绿化，整体加固效果较好(见图4)。

4 结语

本文以广东省某道路高危岩质边坡的防护设计为研究对象，采用综合防护手段进行加固治理，可以得出以下结论：

1)公路高危边坡防护应从综合设计理念出发，“以边坡稳定为主线，以安全、经济、环保为目标”的高边坡综合防护思路能够在充分保证结构安全的前提下，提高边坡加固防护效果；2)高危岩质边坡主要特点为边坡高、岩体风化严重，安全性较差。采用放缓坡率、设置挡土墙、预应力锚杆锚索框架梁的综合处理方案，能够有效改善边坡稳定性，达到结构安全的效果。从高危边坡加固设计角度而言，综合防护方法具有很好的针对性和实用性。

[1] 巨能攀，赵建军，邓 辉，等.公路高边坡稳定性评价及支护优化设计[J].岩石力学与工程学报，2009，28(6):1152-1161.

[2] 刘 魏.锚杆—框架梁结构在高边坡中的应用[J].公路与汽运，2014(1):99-102.

[3] 闫 涛.挂网锚喷护坡技术在破碎岩体高边坡工程中的应用[J].辽宁交通科技，2003(5):35-36.

[4] 石磊彬.破碎岩高边坡变形破坏模式及工程治理研究[J].山西建筑，2014，40(2):83-85.

[5] 朱大勇，邓建辉，台佳佳.简化Bishop法严格性的论证[J].岩石力学与工程学报，2007，26(3):455- 458.

[6] 党高峰，曾 勇，艾仁高.新理念在公路边坡防护设计中的应用[J].中外公路，2010，30(5):17-19.

[7] 杨 梅，王武斌，张晓曦.折线形滑面边坡稳定性分析与预应力锚索支护研究[J].路基工程，2014(1):76-79.

Comprehensive support design of high and dangerous slope for rock mass

Wang Shuisheng

(TheForestryProspect&DesignInstituteofHubeiProvince,Wuhan430223,China)

To improve the comprehensive effect of measures for slope supporting in the facts of security, economy and environmental protection, comprehensive support idea for high and dangerous slope were put forward. The retaining wall were set and anchor bar frame, prestressed anchor rope frame were used to reinforce the slope. The comprehensive method has good pertinence and practicability.

rock mass slope， support design of high and dangerous slope， support idea， anchor bar frame

2014-11-22

王水生(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)04-0080-03

P642.2

A