省道西港线K168+000 路段路堑边坡综合防护治理案例分析

■许可斌

(漳州市公路局，漳州 363000)

1 路堑边坡破坏的影响因素

路堑边坡的破坏主要取决于所在场地的环境地质条件，因此，调查了解场地内的宏观地质条件、边坡破坏类型和引起破坏的主要因素等就显得非常重要。 以下以省道西港线华安路段的地质条件为背景， 在广泛收集相关资料的基础上，通过对华安县的边坡情况，特别是破坏边坡的调查、分析，掌握路堑边坡所处的工程地质环境，从工程地质学的角度，分析边坡破坏的原因[1-2]。

造成边坡失稳破坏的原因主要有工程所在地的气象和水文条件、地形地貌及周边环境、工程地质状况、岩土体分布及特征、地下水类型及埋藏条件、不良地质作用及不良地下埋设物、地震和加载等[3]。

2 工程概况

省道西港线K168+000 路段边坡工程， 边坡原属残坡积地貌，形成高约76m 土质边坡，边坡坡度50～85°，上缓下陡，坡脚已采用挡土墙支护，现挡土墙因受挤压已开裂变形，边坡后缘可看见三处明显张拉裂缝，裂缝呈不规则形状。拟建场地原始地貌属侵蚀剥蚀丘陵地貌，原属山坡地，经近期人工开挖后形成高约76m 土质边坡，边坡总长约135m。 根据钻探及区域地质资料，区域内上覆地层较复杂，地层分布为①素填土、②含碎石粉质粘土、③散体状强风化砂岩、 ④碎块状强风化砂岩、 ⑤中风化砂岩。 边坡全貌如图1 所示。

3 边坡稳定性分析

3.1 现状稳定性分析

产生边坡失稳的条件十分复杂， 归结起可分为内部条件和外部条件两方面。

图1 K168+000 路段边坡全貌图

(1)内部条件：实践表明当较陡的边坡上堆积有较厚的土层， 其中有遇水软化的软弱夹层或结构面往往容易发生滑坡。本土质边坡由含碎石粉质粘土、散体状强风化砂岩组成，土层厚度较大，各层的渗透系数一样。 雨季时散体状强风化砂岩处于饱水状态， 使上覆含碎石粉质粘土饱水软化，抗剪强度降低，形成潜在滑动面，上覆土体容易失稳。

定性分析潜在滑动面为散体状强风化砂岩与碎块状强风化砂岩的交接部位， 岩性以含碎石粉质粘土和散体状强风化砂岩为主，遇水易软化，抗剪强度降低，形成滑动面。

(2)外部条件：滑坡发育的外部条件主要为水的作用(降雨冲刷与入渗软化)，人为开挖、坡面振动和加载等，其中水的作用为主要因素。降水渗入土体，一方面增加岩土的重度，加大滑坡体的重量，使下滑距离增加；另一方面使土的抗剪强度降低。本工程边坡现状坡度较陡，不能满足一般土质边坡稳定坡比要求，雨季易失稳，暴雨时易造成水流冲刷土质陡坡，可能造成塌滑，危及坡脚道路的安全。

3.2 边坡稳定性计算

通过对剪出面(即张拉力裂缝处)的岩土层进行勘探，认为边坡潜在滑动面应该在散体状强风化砂岩与碎块状强风化砂岩的交界处，取工程地质剖面5-5′和6-6′断面(具体位置如下图2 所示)两个主轴断面进行计算，以此分析边坡的稳定性。

图2 勘探点平面布置图

考虑到当地雨量充沛对边坡影响较大， 实际计算时按一般气候条件和暴雨条件进行考虑。 对于一般气候条件，地下水位以上土体处于非饱和状态，土体重度取天然重度，抗剪强度指标取勘察报告中天然状态直剪试验值；对于暴雨条件，土体按照全部饱和考虑，土体重度取饱和重度，土体抗剪强度指标取饱和状态直剪试验值，以下采用传递系数法分别计算5-5' 和6-6' 断面的滑坡推力。

传递系数法的计算简图如图3 所示：

由图3 可知， 第i 条块处的滑坡推力Ei可以由以下公式计算：

其中Ei为第i 条块处的滑坡推力，Ei-1为第(i-1)条块处的滑坡推力，Wi为第i 块条块的重力，ψi为传递系数，ci为第i 条块岩土体的粘聚力，li为第i 条块的滑面长度，φi为第i 条块的内摩擦角，ai为第i 块条块的倾角，W1i为附加荷载。

边坡防护工程计算滑坡体的稳定性时还应考虑一个安全系数K，K 取值应大于1， 它的大小决定着滑坡推力的大小，一般采用增大条块的自重下滑力，即KWisinai来引入安全系数，本工程计算式中，安全系数K 取1.25[4]。

计算可得滑坡推力，说明在持续暴雨或久雨条件下，滑坡体处于极不稳定状态。

图3 第i 块条块的受力图

4 边坡防护方案

根据边坡破坏原因分析及稳定性分析，从上往下，提出具体防护方案。

(1)刷坡减载

坡顶部分按照1：1～1：2 进行刷坡卸载，清理坡面危石和树木。

(2)护面

采用土工格室和拱形骨架植草防护， 部分陡坎处采用挂网喷砼支护， 对于刷坡过程中发现的裂缝和松软土体采用注浆或粘土夯填处理。

(3)强腰

第三、四级边坡均采用两道预应力锚索格构+坡面植草防护。

(4)固脚

第一级边坡在原护面墙上设置两道预应力锚索结构，坡脚平台设置一排抗滑桩；坡脚处边坡在已建成的挡土墙上设置一道预应力锚索格构进行防护。

5 边坡支护加固效果及经济技术评价

5.1 边坡防护工程效果分析

该段边坡自施行综合防护措施以来， 虽然经历了今年台风、热带风暴等不良气候的影响，但仍保持良好的状态，施工监测结果表明，锚杆、锚索工作性能正常，未出现水土流失，生态防护失效等现象。 可见，该综合防护方案起到了既防止坡面滑移、保证边坡稳定的作用，又有利于生态和环保。 但是也存在着一些不足：

(1)工程防护主要采用预应力锚索格构梁防护以及抗滑桩挡墙支护， 喷砼适用于易风化尚未严重风化的岩石边坡，施工简便，是防止坡面风化的有效措施。 但是圬工面积太大，而且表面粗糙不平，外观太差，影响美观，应配合爬山虎等爬藤植物进行坡面绿化，因此，上边坡应尽量避免大面积的纯圬工防护。另据雨天观察，发现喷砼坡面排水孔出水量少或几乎不出水， 可能与施工时反滤层设置不理想有关， 支挡结构的排水孔一直是公路养护工程质量检查的重点，排水孔不排水或失效，极易导致边坡失稳，应引起重视。 排水系统无大的病害出现，排水沟底出现细小裂缝，跌水台阶表面出现细小冲刷孔洞，应及时修复并经常检查， 防止地表水进入边坡内部， 危害边坡安全。为了减少水损害，边坡排水系统应尽量采用水泥混凝土浇筑，避免使用浆砌片石，已实施的浆砌片石排水沟应经常进行抹面修复， 断面较大的排水沟可在水沟内侧立模板浇筑10cm 厚的内墙进行防护，并采用砼铺底。

(2) 植物防护主要是格构配合土工格室植草护坡，经过一年多的养护，现场发现坡面绿化效果不是很理想，多处坡面裸露黄土，局部土层表面有裂缝，植被长势不一，出现以上问题的原因主要有： ①公路刷坡后的坡面土为“生土”，结构紧密，植物根系较难伸展，土壤基本没有肥力，其它指标也达不到要求，一般不适宜植物生长，施工时直接采用原状土种植植物， 不能满足移植植物的生长需要，导致部分死苗和长势不良。②植物品种的选择不合理，华安县地处山区，日夜温差大，冬季温度低，经常发生霜冻，秋冬干旱，夏季多雨，选用植被应具有良好的耐寒和抗旱能力。③后期养护管理不到位，公路养护一般只涉及路基两侧绿化树和绿化景点， 对边坡防护工程的绿化养护不够重视，基本没有进行管理，任其自生自灭，待死苗较多时再进行补植，不仅造成浪费，还有可能导致已经建好的边坡防护工程失效。 ④缺乏养护技术经验等其它原因。因此，应科学选择植物品种，因地制宜，挑选多种植物进行试验， 从中选出适合当地环境和气候条件的护坡植物，重视养护管理，总结养护技术经验，有条件的话应培育出适应力强的护坡植物。 普通公路植树主要在路肩或边坡下方空地，有条件可以设置绿化带、绿化景点，既能防风固沙，又能美化公路环境。

(3) 土工合成材料在公路边坡防护中的应用效果良好，可塑性强，寿命较长，适用于石料缺乏的地区，成本低，而且环保，值得推广。

5.2 边坡防护经济技术评价

一般来说， 有实施边坡防护措施的公路工程项目投资明显高于平原路段，因此，在保证边坡安全稳定，达到线路等级设计要求的前提下，如何节省边坡防护的投资，对整条线路的成本控制尤为重要。 不同边坡防护措施防护效果不一，投资造价也各不相同，为了找出防护效果良好又经济的防护措施， 有必要对不同的防护措施的经济性进行比较，以获得较好的环境效益和经济效益。

为了将不同防护措施的经济性进行对比， 根据漳州市华安县的材料单价(2012 年11 月)编制十种防护措施的预算单价表，表中的绿化面积均按照人工植草考虑(不计后期养护费用)，如表1 所示。

由表1 可知：

(1)植物防护或者植物防护与工程防护相结合的综合防护具有较好的经济性， 如植草防护与浆砌片石护坡单价的比值约为1∶11。 由此可见，在保证边坡安全、技术可行的情况下，植物防护应为首选的防护方式。

表1 不同防护形式造价对比表

(2)土工合成材料与圬工构造物对比也有一定的经济优势，应优先选择。

(3)抗滑桩、重力式挡土墙以及格构梁锚杆护坡作为支档构造物，造价高，施工技术难度大，应做好结构优化，对拟定的工程结构的界面尺寸、配筋等做优化，在保证工程安全的前提下，尽可能地达到节约投资的目的。

6 结论

福建省的山区地形、地貌造就了条件复杂、数量众多的边坡，而边坡滑塌、路基坍塌等灾害时有发生，台风季节更是地质灾害的高发期， 每年进行边坡整治的费用数以亿计， 如何能通过边坡防治工作减少地质灾害的发生成为了公路养护管理部门的工作重点， 本文以省道西港线K168+000 路段路堑边坡为研究对象， 进行边坡综合防护措施的研究，主要有以下结论：

(1)省道西港线华安路段一侧临水，另一侧紧邻边坡，空间狭小，采用抗滑桩+预应力锚索的综合防护能有效地控制边坡滑移， 但应根据滑坡推力等实际情况选取防护措施，减少过度防护和防护不足。滑坡推力一般采用传递系数法进行计算，应选准滑动面，土质边坡的潜在滑动面可通过作图法、对数螺旋线法、自动搜索法[5]等方法来确定，也可通过剪出面的岩土层情况进行判别。

(2)抗滑桩、重力式挡土墙以及格构梁锚杆护坡作为支档构造物，造价高，施工技术难度大，应做好结构优化，对拟定的工程结构的界面尺寸、配筋等做优化，在保证工程安全的前提下，尽可能地达到节约投资的目的，减少过度防护。

(3)通过经济技术分析比较，可知植物防护在坡面防护方面具有很大的优势， 应选择植物防护与工程防护相结合的防护方式，既保证边坡稳定、安全，又兼顾环境效益，增加边坡与环境的协调性。