岩土锚固技术在土岩混合边坡治理中的应用及分析

刘秀会，李海平

(1.四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川 郫县　611730； 2.山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室，重庆　400067)

岩土锚固技术在土岩混合边坡治理中的应用及分析

刘秀会1，李海平2

(1.四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川 郫县611730； 2.山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室，重庆400067)

摘要：土岩混合边坡因其物质结构特点而具有多种变形破坏模式。该类边坡既有浅部雨水冲刷水毁、滑塌问题，也有基于土体自身强度较差原因造成的土体圆弧状滑动问题，以及受控于土岩结构面控制的土体整体滑移问题。变形破坏模式的多样性和影响因素的复杂性导致土岩混合边坡在公路建设和后期营运过程中病害频发，严重影响工程建设和运营。对广乐高速公路K181+580～K181+790右侧路堑边坡工程地质环境和变形破坏机理进行分析，提出边坡的合理整治措施，取得良好的工程效果。

关键词：岩土锚固；混合边坡；变形破坏；综合处治技术

高速公路工程建设及营运过程中路堑边坡变形的发生、发展过程与地层岩性等内因密切相关，而气象、水文及地震、施工等外动力条件则是边坡变形和发展的主要诱发因素[1-2]。土岩混合边坡因其物质结构特点而具有多种变形破坏模式，在外动力条件作用下，该类边坡既有浅部雨水冲刷水毁、滑塌问题，也有基于土体自身强度较差原因造成的土体圆弧状滑动问题，以及受控于土岩结构面控制的斜坡土体整体滑移问题；变形破坏模式的多样性及其影响因素的复杂性导致土岩混合边坡病害频发，难以处治或根治，已成为公路建设和营运过程中困扰工程技术人员的重要难题之一。

岩土锚固技术主要是利用锚固结构将边坡不稳定岩土体与稳定岩土体紧密地联锁在一起，依靠锚杆与周围岩土体的粘结强度使边坡岩土体自身得到加固，从而保证边坡的稳定性[3-4]。在边坡处治过程中充分利用岩土锚固技术特点，采用锚杆、锚索框格结构进行边坡处治，可较好地实现边坡加固。本文以广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡为例，对土岩混合边坡的变形破坏机制及锚固处治设计情况进行全面分析，为相同类型的边坡病害处治提供一定的借鉴经验。

1边坡概况与工程地质环境

1.1边坡概况

广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡高31.41 m，坡顶为自然斜坡，且无重要结构物。边坡分为4级，坡比1∶1～1∶1.25，分级高度8 m，分级平台宽度2.0 m。边坡为土岩混合边坡，上覆为崩坡积含块石粘性土，下伏燕山三期花岗闪长岩[5-6]，如图1所示。

图1　边坡典型地质断面示意

1.2边坡工程地质环境

1.2.1气象及水文

边坡区属热带、亚热带季风气候区，气候温暖湿润，雨量充沛，夏季湿热，多台风暴雨；冬季干燥。4—8月为雨季，降水量约占全年降水量的70%；10月至第2年2月为旱季，降水量约占全年降水量的16%；1 h最大降水量320 mm，多年平均降水量1 982.4 mm。

1.2.2地形地貌

边坡位于剥蚀-侵蚀低山驼丘谷地地貌区，最高高程131.75 m，最低高程102.35 m，高差约28.60 m。斜坡坡向154°，坡度为20°～26°，斜坡植被发育。

1.2.3地层岩性

边坡所在区域出露地层为第4系崩坡积层和燕山3期花岗闪长岩。

第4系崩坡积层：位于边坡上部，分为含碎块石粉质粘土和碎石土2部分。含碎块石粉质粘土呈褐黄色，可塑，土质不均匀，含约10%～30%的碎石，偶见孤石，碎块石一般粒径2～30 cm，厚16.0～27.2 m，为边坡主要物质成分；碎石土呈褐黄色，稍湿，中密，局部分布。

燕山3期花岗闪长岩：下伏于边坡下部，褐黄色，粗粒结构，块状构造，裂隙发育，强风化状，岩体破碎，分布于边坡下部及后缘。

边坡地段土岩分界面较陡，坡度30°～35°，倾向与边坡倾向一致。

1.2.4水文地质

路堑区水文地质条件简单，未发现稳定地下水水位。

1.2.5场区构造与地震

地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反映谱特征周期为0.35 s，地震基本烈度为6°。

2边坡变形机制及稳定分析

2.1边坡物质结构特征

边坡上部主要是崩坡积含碎块石粉质粘土，结构松散，呈稍湿-湿状态，可塑-硬塑，均一性差，局部偶见孤石，厚度较大，达16.0～27.2 m；其下为强风化块状花岗闪长岩，岩体破碎，完整性差，节理裂隙发育[5-6]。土岩接触界面具有上陡下缓特点，上部土岩界面倾角约32°～35°，下部逐步变缓，土岩界面倾向和坡向相近，属于控制边坡稳定的主要不利结构面。

2.2变形机制分析

边坡物质结构主要由第4系崩坡积碎石土和细粒土组成，岩土体物理力学性能一般，具有土质边坡特点。未防护情况下，当坡率较陡时，由于土体自身力学强度较低，在连续降雨期间，边坡浅表层土体饱水后易出现滑塌和溜滑；降雨入渗导致土体重度增加和土体抗剪强度降低，边坡开挖后极易出现较大体积的土体圆弧状滑移失稳——较深部位土体圆弧状滑移破坏[7]；同时由于该边坡土岩界面较陡，边坡开挖后，斜坡土体存在沿土岩界面滑动的可能——深部折线形滑移破坏。

由上述分析可知，土岩混合边坡主要存在3种潜在变形破坏模式：1) 浅层降雨入渗深度或大气影响深度内土体浅表层溜滑、滑塌；2) 边坡较深部位土体圆弧状滑移破坏；3) 边坡土体出现受控于土岩界面的深部折线形滑移破坏。

2.3边坡稳定分析

基于上述分析，并考虑到土岩混合边坡风化岩体结构松散，边坡变形具有土质滑坡特点，本文采用圆弧滑动法对该类边坡进行现状模拟分析，并采用折线滑动法对边坡深部滑移变形进行分析，模拟其变形情况，并分析其变形趋势。

2.3.1岩土参数

岩土参数取值是根据地质勘察报告、区域经验和反演分析情况综合确定，见表1[6]。

2.3.2计算分析

根据广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡开挖情况，基于极限平衡原理和土质边坡破坏模式，模拟分析连续降雨情况下边坡开挖至设计高程时的稳定性。边坡开挖至设计高程时，未经防护情况下，边坡出现土体内部圆弧状滑移破坏的稳定系数Fs为0.869，放坡后受控于土岩界面的土体滑移的稳定系数Fs为0.938，将产生整体失稳破坏。从滑动面搜索结果可知，除出现如图2和图3的整体失稳破坏模式外，浅表层的溜滑、滑塌、滑移稳定系数亦不能满足规范要求。因此，该边坡未经防护时，其表层土体将出现溜滑、滑塌和滑移。

表1　边坡岩土参数

图2　放坡后未防护情况下边坡稳定分析(Fs=0.869，暴雨)

图3　放坡后受控于土岩界面的土体滑移变形稳定分析条

本文基于极限平衡原理，采用路基设计规范规定的稳定计算方法——条分法，对受控于土岩界面的土体滑移变形稳定性进行了计算，Fs=0.938，不能满足稳定要求。安全系数取值1.20，暴雨条件下，根据条分法计算边坡潜在滑面最不利断面剩余下滑力T=950 kN/m[6]。

3边坡加固处治设计

广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡地质条件复杂，属于土岩混合边坡，且覆盖层厚度大，上部土层力学性能差，难以提供支挡结构所须抗力，常规支挡结构难以有效发挥支挡功能。此外，边坡破坏模式多样，存在浅层溜滑、滑塌、中层土体圆弧状滑移破坏，同时还存在深部沿土岩界面滑移的可能性。受上述特点限制，边坡在不同阶段具有不同的破坏模式，且后期更趋于复杂，破坏模式将更加呈现多样性[8]。

基于此，对该边坡的加固处治宜采用控制总体、兼顾局部的综合处治方案，加固处治措施既要考虑控制边坡深层滑移变形，也要考虑对中浅部土体变形的控制。

3.1边坡治理方案比选

根据广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡破坏模式具有多样性特点，初步拟定如下2个方案并进行比较论证[6]。

方案1：全锚固方案，即边坡潜在滑面下滑力全由锚固措施承担，辅以截排水措施。

方案2：桩锚结合方案，即通过抗滑桩板墙承担边坡潜在滑面下滑力，并采取坡面锚固措施以避免浅层岩土体溜滑[9]，且辅以截排水措施。

方案1和方案2如图4所示。

图4　K181+580～K181+790右侧边坡治理方案设计

方案比选：方案2要求工期相对较长，且其工程措施费用也略高于方案1，景观效果也较差，基于此，选择方案1作为边坡加固方案。

3.2边坡治理措施

边坡加固处治采用方案1，即对边坡进行分级放坡后采用锚索框架梁和锚杆格子梁进行锚固，辅以仰斜式排水孔和地表截排水措施。

3.2.1分级放坡及锚固

锚固措施主要由2部分构成：锚索框格锚固措施和锚杆框格锚固措施。锚杆框格布设于1级边坡和4级边坡，其主要解决岩土体浅层溜滑问题；锚索框格布设于边坡中部，即2级和3级边坡，其主要承担边坡下滑力。

边坡分为4级，分级高度8.0 m，分级平台宽度2.0 m。1级边坡坡比1∶1，坡高8.0 m，平台宽度2.0 m，采用1Φ32 mm自钻式锚杆格子梁防护；2、3级边坡坡比1∶1，分级高度8.0 m，平台宽度2.0 m，6束锚索框架梁防护；4级边坡坡比1∶1.25，1Φ32 mm锚杆格子梁防护。

3.2.2截排水

边坡后缘设计坡面截水沟，边坡分级平台设排水沟。1级边坡设置1排仰斜式排水孔，以疏排坡体内地下水。

4结束语

广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡是地质条件十分复杂的土岩混合边坡。本文在充分分析其变形机制和影响因素的基础上，采用极限平衡法对其稳定性进行了分析，并基于其潜在的变形破坏特点，按照“标本兼治、综合治理”的边坡加固处治原则，提出以框格锚固为主，辅以截排水的边坡综合处治技术，该技术目前已在广乐高速公路K181+580～K181+790右侧边坡处治中得到成功应用。基于此，本文对该锚固技术的应用进行如下总结。

1) 土岩混合边坡的物质结构特点决定其变形破坏模式的多样性和影响因素的复杂性，从而导致其病害频发，难以顺利处治或根治。因此，该类边坡加固处治设计应遵从“标本兼治”的设计原则，既考虑深层滑移变形的根本性问题，又兼顾浅表层变形的控制与处理。

2) 由于锚固措施对岩土体的锚固和增强作用，以及格构框格对边坡浅表层土体的约束作用，致使锚固结构与岩土体具有较好的协调性和相互适应能力，其与边坡岩土体可形成一个共同的工作体系，可实现充分利用岩土体自身强度的目的。由此可知本文提出的岩土锚固技术可很好地用于一定条件下的土岩混合边坡加固处治。

参 考 文 献

[1]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，1981.

[2]肖树芳，杨淑碧.岩体力学[M].北京：地质出版社，1987.

[3]蒋树屏，王福敏.岩土锚固技术研究与工程应用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，2003.

[5]招商局重庆交通科研设计院有限公司．乐昌至广州高速公路樟市至花东段T22合同段工程地质补充勘察报告(K181+580～K181+790右侧边坡)[R]．重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2011.

[6]招商局重庆交通科研设计院有限公司.乐昌至广州高速公路樟市至花东段T22合同段K181+580～K181+790右侧边坡变更设计[R]．重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2011.

[7]陈祖煜. 土质边坡稳定分析(原理.方法.程序)[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[8]崔政权，李宁，边坡工程理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[9]李海光.新型支挡结构设计与工程实例(第二版)[M].北京：人民交通出版社，2011.

Application and Analysis of Rock-soil Anchoring Technology in Treatment of Soil-rock Mixed Slope

LIU Xiuhui1, LI Haiping2

Abstract:Soil-rock mixed slope has multiple deformation failure modes due to its material and structural features. Such slopes show not only the problems of shallow water damage due to rain wash and slump, but also the problem of arc-shaped slide of soil caused by bad strength of soil and the problem of integral soil slide controlled by soil-rock structural surface. Diversity of deformation failure modes and complexity of influence factors lead to frequent disasters of soil-rock mixed slope during highway construction and later operation that seriously affect project construction and operation. This paper analyzes geological environment and deformation failure mechanism of the slope project on the right cutting of Guangzhou—Lechang Expressway K181+580～K181+790 and proposes the reasonable treatment measures for the slope and has achieved perfect project effect.

Keywords:rock-soil anchoring; mixed slope; deformation failure; comprehensive treatment technology

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.007

基金项目：国家科技支撑计划课题(2015BAK09B01，2015BAK09B02)

收稿日期：2016-01-11

作者简介：刘秀会(1966-)，女，河北省蠡县人，本科，工程师。

文章编号：1009-6477(2016)03-0027-05中图分类号：U416.1+4

文献标识码：A