山区高速公路深挖路堑边坡处置技术分析

杨 帅，袁 鑫，李士兵，王美莲，王诗超5

（1.山东高速济南发展有限公司，山东 济南 250098；2.长安大学公路学院，陕西 西安 710064；3.中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195；4.招远市政府投资工程建设服务中心，烟台 招远 265400；5.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

山区高速公路地形复杂多变，对沿线山体不可避免地要进行削坡、开挖等作业，从而形成各种人工开挖边坡，为保证公路施工、运营安全及减少生态破坏，需要进行综合治理[1-3]。我国对边坡总结出绕避、排水、支挡、减重、反压等治理边坡的原则和方法。目前岩质边坡工程处置方案主要有锚杆、锚索支护[4-6]等防护措施及抗滑桩支挡措施。本文将结合都匀至香格里拉高速公路守望（滇黔界）至红山段（滇川界）实例，选取K34+725～K 35+160深挖路堑边坡，为确保高路堑边坡施工中安全，并提出路堑高边坡坡脚抗滑桩挡墙支挡及坡面锚杆格构梁联合处置措施。

1 项目概况

都匀至香格里拉高速公路是国家高速公路网重要组成部分之一。项目起点位于昭通市守望乡，接都香高速贵州段，路线走向总体由东向西偏北布设。K33+300～K44+355路段全长11.055 km，其中K34+725～K35+160深挖路堑段总长435 m，施工开挖后将在路线左侧形成高20 m的岩质边坡。K34+725～K35+160深挖路堑段边坡全貌如图1所示。

图1 深挖路堑段工程平面图Fig.1 Project plan of deep cutting section

2 工程地质概况

2.1 场地位置及地形地貌

深挖路堑段K34+725～K35+160位于垭巴地附近。深挖路堑段高程介于1 670～1 705 m之间，相对高差35 m；属构造侵蚀低—中山地貌，地形较为起伏，微地貌为山地、斜坡。

2.2 气候

深挖路堑段K34+725～K35+160属于云南省鲁甸县，降雨量较大，常年湿度较大。据统计资料显示，该地区常年平均降水量约为940 mm，雨季多集中在夏季秋季；区内冬季低温，霜雪冰冻较重，雾大，且时段较长，阴雨连绵，夏季雨水充沛，对路线建设及营运有不利影响。因此在保证施工安全及构筑物安全的前提下，应合理安排项目的建设周期，完善各构筑物的排水措施及防水措施，减少不必要的经济损失。

2.3 岩土体工程特性

根据地质勘察报告，K34+725～K35+160深挖路堑段范围内主要地层有人工填土、第四系、三叠系，按照地质特征主要划分为4个工程地质单元层，其自上而下分述如下，其地质剖面如图2所示。

图2 K34+900深挖路堑地质剖面图Fig.2 K34+900 Geological Profile of Deep Cutting

素填土（Q4el）：红褐色，稍湿，稍密；主要由强-中风化粉砂岩组成，黏性土充填。

粉质黏土（Q4dl）：暗紫色，硬塑状，稍湿；含20%～30%碎石、角砾，粒径一般为10～20 mm，成分为全-强风化砂岩，土质均匀性差，厚度较薄。

强风化粉砂岩：暗紫色，粉砂质结构；中厚层状构造，岩层极软，风化节理、裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯呈碎块状、短柱状，夹泥岩互层。

中风化粉砂岩：暗紫色，粉砂质结构；中厚层状构造，岩层软，风化节理、裂隙较发育，岩体较完整，岩芯呈柱状、短柱状，节长10～50 cm，夹泥岩互层。

2.4 深挖路堑段工程地质评价

（1）深挖路堑坡体稳定性评价

深挖路堑位于低中山，研究区内上覆的残坡积土体较薄，下伏基岩以粉砂岩为主。斜坡较稳定，除由于修建水渠人工开挖，形成岩层表部溜滑崩塌外，无其他不良地质作用发育，无特殊岩土。

（2）深挖路堑段地基均匀性评价

深挖路堑段地层岩性主要以砂岩为主，地形较为起伏，水平方向延伸稳定性较差，导致各土层的不均匀性，综合判定为不均匀地基。

（3）深挖路堑段工程地质条件评价

该深挖路堑段中桩最大挖方深度为2.8 m，上部覆盖4.5 m厚的强风化粉砂岩，其下以中风化粉砂岩为主。根据赤平投影分析，并结合类似工程经验可知，边坡与岩层产状呈小交角，对边坡影响不利；岩层产状倾角约32°，故岩层产状对边坡稳定不利；1号、2号主节理裂隙与岩层产状均呈较大交角相交，对边坡稳定影响小。由于分析仅考虑了主要节理，岩体内还有零星其他节理，诱发边坡变形破坏的可能性较小，其中岩层产状与边坡呈顺向坡，边坡开挖方式为台阶式，并在中部设置宽度不小于2 m的边坡平台，并应采取适当的支挡措施，设置截排水措施。

3 边坡处置及生态修复技术

3.1 边坡防护方案

K34+725～K35+145路段左侧高边坡上部清方减载，坡面采用锚杆框格梁加固，坡脚采用桩板墙支护至坡顶，最大墙高11 m。左侧高边坡分三级开挖，第一级边坡坡率为1：0.75，第二级、第三级边坡坡率为1：1，坡率控制在1：0.5～1：1.25之间，但相邻边坡坡率变化不超过1：0.25；锚杆框格梁竖向肋柱、横向Ⅰ型、Ⅱ型肋柱柱身均采用C30混凝土，肋柱边坡均平行于路线布设，肋柱平均间距3.4 m，设计采用钢筋为HPB300和HRB400两种，锚杆具体设计参数见表1。

表1 锚杆设计参数Tab.1 Bolt design parameters

桩板墙路段总长420 m，抗滑桩间距5 m，桩截面2.5 m×2.0 m，共设85根抗滑桩，根据地质条件使用抗滑桩桩长为14～28 m，其相应的占比见图3；K35+145～K35+150采用路堑挡土墙进行支护。

图3 各桩长抗滑桩占比图Fig.3 Proportion diagram of anti-slide piles of each pile length

以K34+900抗滑桩为例，桩长22 m，桩截面2.5 m×2.0 m，抗滑桩桩身配筋示意图如图4所示，其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ剖面钢筋构造图分如图5a、5b、5c所示。

图4 抗滑桩桩身配筋图（单位：cm）Fig.4 Reinforcement drawing of anti-slide pile body （unit: cm）

图5 抗滑桩各剖面处钢筋构造图Fig.5 Steel bar structure diagram of each section of anti-slide pile

3.2 边坡施工方案

路堑边坡土石方施工时应遵循“自上而下，逐级开挖”的原则，切实做到开挖一级、防护加固一级，待上一级加固工程完成并正常发挥加固作用后，方能进行下一级土石开挖作业。对于桩前土石方，应采取分层开挖，每层开挖高度控制在2.5～3 m。

桩前土开挖采用层挖法，安排两台挖机分别在边坡坡面上采用退挖法向中心挖土，装车外运至指定区域，每段开挖长度小于12 m，每挖完一小段立即支护，直至挖完。在临近开挖底层时，使用小型挖掘机结合人工修土方式，分块开挖。严格控制每层开挖高度，切忌超挖、全段一次开挖。施工中各级边坡之间设置边坡平台，宽度2～3 m。

路基挖方前应做好截水沟和临时排水设施。路基开挖后，如发现有地下渗水，应加深边沟并及时设置盲沟，将地下水引出路基范围。在整个施工期间，始终保持路基排水畅通，采取有效措施排除降水、施工用水，且应尽可能避开雨季施工。雨季开挖土质路段时，宜分层开挖，每层底面应设大于1%的纵坡，挖方边沟宜沿边坡预留30 cm厚，待雨季后再修整到设计坡线，开挖路堑距路床顶30 cm时宜停止开挖，并在两侧挖排水沟，待雨季后再挖到设计标高。

3.3 边坡生态修复技术

本项目地形起伏较大，填挖变换频繁，构造物众多，经比选论证，充分利用泡沫轻质土小比重、高强度（相比一般路基填料）、自找平、无侧压的技术特点，应用于陡坡路堤、台背填筑等部位和路段，有效减少了占用土地、高陡填方工程，改善了桥台受力条件。结合项目沿线的气象、水文等自然条件以及路基边坡采用的防护形式，采用植生袋对锚杆、锚索框架梁的空白区进行码砌填充，简便、快速，且后期维护极为便利，取得了较佳的环保、技术和经济效益。

4 结论及建议

通过地质勘察资料、现场调研成果、设计施工图纸的收集整理，对依托深挖路堑段调研分析，深入分析K34+725～K35+160路段左侧高边坡沿线的工程地质、水文环境、支护结构等，得出以下结论：

（1）K34+725～K35+160深挖路堑段边坡与岩层产状呈小角度斜交，路堑顺层边坡开挖如遇到软弱夹层时容易发生顺层坍塌，建议加强边坡防护。

（2）K34+725～K35+160深挖路堑段左侧高边坡采用锚杆框格梁进行支护，坡脚采用桩板墙支护至坡顶，共设85根抗滑桩，桩长以24 m和28 m为主，桩截面2.5 m×2.0 m，桩间距5 m。

（3）K34+725～K35+160深挖路堑段左侧高边坡开挖顺序从上到下，坡率分别为1：1.00、1：1.00、1：0.75，开挖后呈台阶式边坡，中部设置的边坡平台宽度不宜小于2 m，坡率控制在1：0.5～1：1.25之间，但相邻边坡坡率变化不超过1：0.25；对于桩前土石方，建议采取分层开挖，且开挖高度控制在2.5～3 m。

（4）K34+725～K35+160上覆硬塑状粉质黏土，应加强边坡防护和截排水，施工时应分台开挖，逐级防护，避免全面开挖，坡面长时间暴露发生滑塌。且在框格梁及拱形护坡骨架内填充生态袋进行植草防护，绿化植物宜选择耐旱型。