华南山区某深路堑边坡加固处治技术

王洪存

(浙江交投高速公路建设管理有限公司， 杭州 310000)

在深路堑边坡工程中，存在软弱结构层时易发生大型滑坡。为保证施工及运营安全，需对深路堑边坡进行加固处治。不同学者针对深路堑边坡工程提出了不同的加固处治方案[1]。沙晓鹏[2]针对五盂高速公路深挖路堑顺层边坡形式，提出了“卸载法+锚固法”的方案，采用边坡放缓及预应力框架锚索主动锚固施工后处治效果良好。张京[3]基于FLAC3D模拟研究了抗滑桩不同参数对西南某路堑高边坡的加固效果，研究表明桩径2 m、桩长22 m、桩间距6 m的抗滑桩可保证工程可靠性。罗云松[4]结合地质勘察成果，提出了“悬臂抗滑桩+挡土板+预应力锚索框架”方案，并计算确定了抗滑桩桩型、桩间距及桩长等设计参数。本文针对华南山区某深路堑边坡支护工程，通过对深路堑边坡破坏成因及稳定性评价分析，对提出的多种边坡处治方案进行比选，并通过边坡变形监测验证推荐方案的可靠性。

1 工程概况

1.1 工程地质

汕湛高速公路清远(清新)至云浮(新兴)段项目TJ5合同段K49+106～K49+255边坡，位于下峁镇新村东北侧约400 m，K49+255处坡脚新建新村隧道(桩号K49+255～K49+560)，线路位于山岭沟谷处，如图1所示。该路堑堑顶为陡坡地形，顶部为山脊(走向0°)，山顶最大高程217 m，堑顶高程约150 m，路基和隧道洞口高程为109 m。

(a) 边坡现状

(b) 边坡分布

边坡区地表水以降水补给为主，因山体很高、地质构造复杂，部分地层沿边坡滑动方向顺层倾斜，部分地层沿破面顺层倾斜，地表径流条件好，降水易汇流至坡下沟谷；地下水主要为基岩裂隙水，并受大气降水下渗补给，地下水较为丰富。

场区内上覆地层第四系全新统残坡积层(Qdl+el)粉质粘土，下伏地层侏罗系下统(J1)炭质云母片岩、泥岩及云母片岩。边坡场地受断层影响，基岩节理裂隙发育，岩层产状变化较大，岩体破碎，边坡内存在软弱结构面，易出现沿顺坡向软弱带出现滑动变形。

1.2 边坡处理原设计方案

K49+106～K49+255路堑边坡原设计采用5级坡，最大坡高49.0 m，分级坡高10.0 m，分级平台宽2.0 m。第1、2级坡均采用4 排Φ32 锚杆框架，第3级坡采用4Φ15.24 锚索框架，第4级坡采用人字型骨架植草，第5级坡采用喷播植草，如图2所示。

图2 边坡原设计方案(以K49+245处断面为例)

2 边坡破坏成因及稳定性评价

边坡开挖自上而下，按层设计逐级开挖，边坡开挖至3级坡中下部时，第5级坡已植草绿化，第4级坡小里程段人字型骨架已施工，其余坡面尚未施工。施工现场发现边坡后缘出现了沿炭质云母片岩与云母片岩交界面的拉裂缝，距堑顶线最大水平距离约30 m，缝宽5 mm～20 mm，且有继续向山侧发展扩大的趋势，如图3所示。

区域坡体松弛，边坡开挖到坡脚时，坡脚的炭质页岩因地表水下渗不断软化崩解，岩土体强度降低。边坡因存在软弱结构出现沿顺坡向软弱带的整体滑动，滑动后规模极大，危及边坡和坡脚处隧道安全[5-6]。

为了探明该边坡深部位移的变化，通过边坡深孔进行了为期3个月的变形监测，现场共布置12个测点，如图4所示。

其中K49+200、K49+221处的滑裂面位于孔口以下20 m、15 m深度处，位移方向与坡向夹角约31°，且位移有增长趋势。边坡变形过程呈“加速-匀速-加速”的状态，如图5所示，边坡整体不稳定，随时有整体滑动的可能。由于裂缝前缘剪出口位于1级坡坡脚，且侧界裂缝从小里程往大里程有逐渐抬高的趋势；边坡开挖至坡脚时，滑动后缘会继续发展，潜在深层滑动方量估约20万m3。因此，为确保路堑边坡的稳定，须采用系列工程手段处治。

(a) 总体状况

(b) 第5级边坡开裂情况

(c) 第4级边坡开裂情况

(d) 第3级边坡开裂情况

图4 滑坡范围

(a) K49+200测点测斜管轴向

(b) K49+200测点测斜管铅垂向

(c) K49+221测点测斜管轴向

(d) K49+221测点测斜管铅垂向

3 边坡加固处治方案

3.1 边坡处治设计方案

根据边坡极可能出现滑坡状况提出以下方案，并对其进行比选。

1) 方案1：清方卸载+适当锚固

放缓边坡坡率、加宽平台，减载处理，并对坡脚适当锚固及支挡，如图6所示。

(1) 1级坡高0 m～10 m，边沟外侧3 m设5 m高挡墙，埋入地下2 m，墙顶以上坡率1∶1.0～1∶2.5，坡面采用人字型骨架植草。

(2) 1级平台宽2 m，纵向坡率20%，采用2 排Φ89×4.5 mm 竖向钢花管框架固脚，长度12 m，水平间距3.0 m。

(3) 2～4级坡坡高8 m，坡率分别为1∶1.25、1∶1.50、1∶1.75，2、3级平台宽2 m；2、3级采用斜向钢锚管框架植草加固，4级边坡采用人字形骨架植草加固。

(4) 4级平台纵坡15.6%，采用12 m～28 m变宽过渡。

(5) 5～8级坡坡高6 m，5、6级坡坡率1∶2.0，7、8级坡坡率1∶2.5，6级平台宽10 m，其余平台宽2 m，8级平台3‰反坡削平。

(6) 边坡共8级，最大坡高58 m。

2) 方案2：锚索抗滑桩+斜向钢锚管

适当刷方，在既有抗滑桩加固的基础上，采用斜向钢锚管和竖向钢花管防护，如图7所示。1、2、5级坡坡率1∶1.25，3、4级坡坡率1∶1.00，分级坡高10 m，2级平台宽6 m，其余平台宽2 m。

(1) 坡脚采用2 排Φ89×4.5 mm竖向钢花管框架固脚，长度12 m，水平间距2.5 m。

(2) 1～5级坡采用Φ50×4.5 mm斜向钢锚管加固，共21排，长度10 m～28 m，水平间距2.5 m。

(3) 2级平台设3.0 m×2.5 m 抗滑桩，露出平台3 m，桩深35 m，桩间距5.0 m。

3.2 方案比选

1) 方案1：清方卸载+适当锚固

(1) 稳定性分析

该边坡开裂面为不规则折线，结合国家及行业规范采用不平衡推力法进行计算[7-10]。边坡坡脚有新建隧道，根据工程的重要性取设计安全系数Ks=1.25；而侧坡潜在滑动方向平行线路，对路基影响较小，取设计安全系数Ks= 1.15。选取关键断面对注浆后土体的基本参数进行试验测量，并在计算时考虑注浆后c值提高2 kPa～5 kPa，φ值提高0.5°～1.5°。计算求得剩余水平下滑力和加固后稳定系数，见表1。

图6 方案1的典型纵断面

图7 方案2的典型纵断面

由表1可知，最小侧坡稳定系数Kw=1.16，可满足设计要求。

(2) 经济性分析

本方案路基防排水工程的总造价为594.4万元(其中，骨架护坡造价为30.5万元、挡墙造价为13.5万元、锚杆格梁护坡造价为63.3万元、钢锚管造价为428.7万元、排水工程造价为58.4万元)，而挖方数量为44万 m3，挖方工程造价为1 260.7万元，故工程总造价为1 855.1万元。

表1 方案1剩余水平下滑力计算结果

2) 方案2：锚索抗滑桩+斜向钢锚管

(1) 稳定性计算

方案2采用不平衡推力法进行滑坡推力计算，结果见表2。

表2 方案2剩余水平下滑力计算结果

由表2可知，采用方案2加固后，边坡稳定系数Kw=1.251，可满足设计要求。

(2) 经济性分析

本方案路基防排水工程总造价为1 765.5万元，挖方数量为8.1万 m3，挖方工程造价为222.5万元，故工程总造价为1 988万元。

综上，方案1特点：造价较低、后期安全隐患小，但征地困难、弃方量大，需要大型弃土场，在一定程度上增加施工成本，且该施工方案易对隧道施工有一定影响；方案2特点：施工难度大，抗滑桩施工工期长，钢花管施工质量较难控制[11-12]，后期施工中不确定性较为明显。因此，综合考虑施工安全性、耐久性、工期、造价等因素，采用方案1进行深路堑边坡加固处治。

4 边坡安全监测

为保证施工过程的安全性，在边坡开挖过程中对边坡变形进行监测[13-15]，分别在坡顶、4级平台、3级平台上布置位移测点，如图8所示。

对边坡各测点横向位移、竖向位移进行监测，结果如图9所示。由图9可知，方案变更前，即开挖至3级坡中下部时，边坡由前稳定状态转变为不稳定；在采用方案1治理后，通过清方卸载的手段不断减少各级边坡上的土体荷载，边坡变形速率明显减小。采用“清方卸载+适当锚固”方案施工时，可保证施工中边坡的稳定性。

图8 变形监测点的布置情况

(a) 测点累积竖向位移

(b) 测点累积横向位移

5 结束语

1) 边坡场区内地层存在软弱结构面，易出现沿边坡顺坡向地质软弱带的明显滑移变形，在降水及开挖施工诱因下，极易出现滑坡的风险。

2) “清方卸载+适当锚固”方案造价较低、后期安全隐患小；采用不平衡推力法进行滑坡推力计算可知，加固处治方案可满足设计要求，推荐采用。

3) “锚索抗滑桩+斜向钢锚管”方案虽可满足滑坡推力验算的设计要求，但存在施工难度大，抗滑桩施工工期长，钢花管施工质量较难控制的问题，不建议采用。

4) 通过边坡变形监测可知，原施工方案中边坡整体极不稳定；在采用“清方卸载+适当锚固”方案后，边坡变形速率明显改善，边坡结构趋于整体稳定，方案可靠。