软弱结构面岩质边坡支护工程实例与分析

杨 帆

(贵州虎峰交通建设工程有限公司，贵州 贵阳 550000)

近年来，伴随着我国城市化建设的逐步推进，我国交通网络建设、房屋建筑建设规模越来越大，工程建设朝着大、深的方向所发展，而受地形所制约以及工程建设条件所制约，许多工程建设必定会涉及到土方开挖，边坡支护，在这些工程案例中，软弱结构面岩质边坡尤为困难，施工中存在诸多技术难点，所以需要系统性的对其中技术方法进行深入分析，以为相关工程建设提供有价值的参考。

1 工程概况

七星关区草堤路口至纳雍县大新桥段公路改扩建工程，地处毕节地区境内，属于乌蒙山集中连片特困地区，是新调整的国道G246的组成部分，该道路建设对于该地交通、经济有着重要作用，施工要求相对比较高。我分部施工段落为K81+589～K108+080.030，含寨乐老路改移、葛花村老路改移。其中有施工区域为软弱结构面岩质边坡，为保证道路安全，需对该段采取行之有效的支护。工程边坡高度9.60～14.65 m，附近有少量构筑物、民房、管线等，边坡设计安全等级为一级。

2 地质条件

施工区域为溶蚀斜坡沟谷地貌，地形起伏变化相对复杂，总体地势东高、西低，且有断裂构造不发育。软弱结构面岩质边坡在宏观上基本上抑制了施工区域内地质灾害的空间分布以及发育，同时边坡的坡度和见层倾角相互关系决定了边坡的稳定性，软弱结构面岩质边坡夹层在工程中表现为次生结构面、沉积状结构面。沉积状机构面体现为层面，根据其实际暴露情况进行分析统计，岩层多为薄、中厚状，厚度在0.19～0.68 m不等，层面起伏相对较大，起伏面层较为粗糙，结构面的张合度在0.12～0.26 mm不等，层面中填充有0.06～0.27 mm泥化膜，层面结构结合程度相对较差；次生结构面具体体现为节理裂隙面，岩层中节理裂隙不断发育，主要裂隙的发育间距为0.31～1.09 m，大部分裂隙间距在0.55 m左右，节理裂隙可见面层有钙质胶结的情况。

软弱结构面岩质边坡主要由可塑性红黏土层、三叠系关岭组白云岩构成，其中可塑性红黏土层为褐色、黄色，具有一定的可塑性，岩土中含有少量的铁元素、锰元素，土质整体密实且均匀，偶见有部分裂隙，裂隙表面有光泽，结构具有一定的韧性、强度；三叠系关岭组白云岩为紫红色、白色，岩层中含有少量泥化膜，整体呈破碎状，大部分岩石为微晶结构，节理相对发育。根据勘察资料，边坡中红黏土的天然重力密度为16.69 r/(KN/m3)、承载力特征值为152.9 fa/KPa、自然状态粘聚力C/KPa为28.9、自然状态内摩擦角为5.98°、基底摩擦系数μ为0.26、极限粘结强度标准fnk/KPa为39；中风化白云岩的天然重力密度r/(KN/m3)为26.90、承载力特征值fa/KPa为4 098、自然状态粘聚力C/KPa为115、自然状态内摩擦角为35°、基底摩擦系数μ为0.58、极限粘结强度标准fnk/KPa为950。

场地内有少量地下潜水，主要蕴藏在地下岩溶裂隙中，地下水补给主要为大气降水、生活废水等，地下水经过岩溶裂隙向东南向流动，地下水对支护结构、支护施工影响较小。

3 边坡支护结构设计

本工程岩体多为软弱结构面岩质，边坡开挖比为1∶0.3，开挖的方向在200°左右，岩层的倾向为75°，倾角的角度为41°，整体为逆向坡，有两组节理间隙发育。由此可大致判定，边坡开挖的走向夹角越大，那么对边坡稳定性的影响也就越小。结合岩体学基础理论分析，岩层面和边坡的夹角走向相交，若是在施工的过程中，岩层面的倾角小于开挖的坡脚，那么就极其容易出现边坡滑动等等问题，并形成一定的临空面，危险系数极大。同时，需要考虑到降雨等因素，若存在大量降雨，则会导致岩体、土体的稳定性进一步降低，对支护施工影响较大。

3.1 支护方案选择

综合考虑到本工程边坡的岩土构成、边坡高度、地质条件、水文条件等等因素，参考工程建设需求以及工程建设成本要求，经过详尽商榷以及多方对比论证之后，决定采用锚杆+挂网+喷混凝土+格构梁实现最终的有效支护。

3.2 计算方法以及参数

本工程支护内应力的计算以及岩体、土体位移的计算采用朗肯土压力计算方法，土压力按照矩阵均匀分布，并采用直剪试验强度指标，以水土拟合的方式来判断弹性抗力，最终求得计算结果。基坑的稳定性计算采用基线平衡方法中的平面滑动法进行计算。按照1∶0.3的方式，采用锚杆+喷混凝土+挂网+格构梁支护，格构梁尺寸为400 mm×400 mm，格构梁中心间距取2.5 m，也呈矩阵的形式均匀布置，喷混凝土采用强度为C25的混凝土混凝土料，格构梁立柱的埋深取0.5 m以上，坡面铺设有钢筋网片，混凝土的厚度为150 mm，锚杆垂直间距的距离取5 m，水平间距的距离取2.0 m，有锚索和锚杆交叉布置以提高支护结构对应力的有效抵抗水准。锚孔的角度为25°，其中灌注砂浆采用M30混合砂浆。

4 施工顺序

采用支护、开挖循序进行的方式施工，施工过程中杜绝出现超挖、欠挖等现象，土石方的开挖顺序、开挖方法必须和设计方案保持一致，并遵循“分层开挖、开槽支撑”的原则循序施工，在施工的过程中，务必要确保支护结构的稳定性，以及周边民居、构筑物的安全性，切勿出现碰撞、损坏等等问题。在开挖的过程中，顺序为从上至下，支护结构的强度必须达到设计强度的80%才可开始下一阶段的开挖，以避免出现施工安全事故、工程质量问题，为提高施工效率，在部分区域采用“分级跳槽开挖”的方式，但需要保证分段的长度控制在8.5 m以内，高度不得超过3 m。在格构梁施工的过程中，务必要保证埋深达标，保证立柱在浇筑的过程中稳固在坡脚处的岩体上，避免在施工时应力变化导致坍塌、倒塌、滑塌等等危险事故。

5 支护效果分析

为保证施工安全以及支护结构的稳固性，本工程指定了详细的岩体、土体监测方案，其中包括结构沉降监测、周边构筑物监测、地下水位监测等等，共布设监测点位共计39个，具体结果可见图1。从图1中不难看出，工程施工过程中岩体、土体的变化以及周边构筑物的变化呈现不规则的发展趋势，但每一个变化区间均对应一个施工工况，且其变化值随着施工进度的推进不断增加，在边坡开挖到最深处时，沉降最大达到了11.6 mm，位移变化最大达到了12.5 mm，在格构梁、锚杆、锚索施工完成之后，边坡岩体、土体的位移逐步趋于稳定，从整体上来说，本次施工变化相对较小，对周边环境未造成严重影响，且施工过程中未发生意外事故，施工效益显著。

图1 边坡支护工程监测变化图

6 结束语

综上所述，本工程采用格构梁+锚杆+喷混凝土+挂网实现有效支护，通过案例分析我们大致可了解到，软弱结构岩质边坡的开挖，只要开挖的断面不大就不会出现临空面，边坡不会出现意外坍塌、滑塌等问题，结构面不会出现较大的破坏，且格构梁+锚杆+喷混凝土+挂网支护结构对此类边坡的支护效果相对良好，具有进一步分析探究的价值。广大从业者对此要有足够的认识，除了在采用稳定、可靠的支护措施外，同时还要保证施工方法、施工顺序的合理性，这样才能达到支护的目的。