高陡顺层边坡削方减载施工工艺

廖树柏 王进

（交三公局第一工程有限公司 北京 100012）

1 工程概况

本项目巴马—凭祥公路巴马至田东段工程，主线深路堑以碎屑岩（砂岩）边坡为主，共有深路堑23处边坡。坡面走向与岩层走向相近，边坡开挖角度大于岩层倾角（顺层坡）。本地区地属于剥蚀丘陵多低山地貌，地形起伏变化大，自然坡度大约在20°。边坡表层有大量第四系粉质黏土覆盖，包含碎石，厚度0.5～0.8m，基岩以下主要地层组成是三叠系中统百逢组，岩性是黄色砂岩，薄—中厚层状构造，强～中风化包含主，岩块硬、脆，岩体破碎，强风化层厚约5～10m，岩层产状为55°/NW∠45°。此类边坡易发生沿层面的顺层滑动。结合YK8+110～YK8+380段碎屑岩边坡滑坡，采用削方减载的方案治理［1］，详细介绍削方减载的施工工艺及流程。

针对在本工程中新出现的问题，结合当地实际工程现状，采用新的施工技术。经后期检验，较好地解决了相关问题。

2 高边坡病害成因与机理分析

2.1 高边坡病害成因

施工场地南侧高边坡病害是地质构造、地层岩性、地形地貌和内部因素共同作用的结果，也是地下水、人类活动等因素共同作用的结果。第一，内部因素：这个边坡内部原因关键指的是边坡地形和地貌条件、岩层的地质机构及岩层的物理力学性质等多个方面，内部原因是导致边坡滑坡最明显的构成最基本问题。第二，外部条件：外部条件关键体现在自然原因与人为因素这两方面因素。在本项目中，外部因素导致滑坡的最主要原因是6月份当地持续降雨，雨水入渗开挖边坡内部。调查发现，高陡边坡地区年降水量非常丰富，高陡边坡下部集水区面积较大，暴雨期降水量较大，高陡边坡随着地表水的渗入，断层破碎带得到松动，边坡体质量增加，边坡高度变形加快，边坡稳定性进一步降低。

该边坡结构复杂，地质条件复杂。坡折带为花岗岩侵入接触带，暴露出粒岩和5 条普通断裂，裂隙发育，节理裂隙发育，断裂带强度较低。在边坡上部，风化花岗岩和残积土覆盖层全部裸露。边坡失稳的主要原因是结构面通过陡坡向相反方向倾斜，不利于边坡的稳定，也为水下入渗提供了通道。

饱和土条件下的边坡稳定性一般低于干旱条件下的边坡稳定性。广义孔隙水压力作用于岩体结构面（或潜在破坏面）时，表现为3 个方面：降低法向应力；降低摩擦阻力；降低滑动抗倒塌性。动水压力增加了边坡的滑动力。孔隙水压力的“水楔”强化过程是裂缝扩展，进而破坏岩土，导致边坡渐进破坏的过程。此外，水可以软化滑动面上的岩土，降低滑动面的机械强度，增加边坡的自重，导致边坡的抗滑强度增加。坡地后缘集水区高度陡，雨季持续暴雨，导致地表水通过坡地的正断层和裂隙渗入边坡强度的降低，滑动面参数的进一步降低是引起滑坡变形的主要因素。

因工程建设需要，在进行大规模的挖填过程中，将挖去支撑，形成高陡地形，才引起边坡可能失稳或滑动，因此，人工开挖是造成高边坡失稳或滑动的主要原因。边坡开挖引起应力的临时调整，边坡的稳定性进一步受到破坏，第一和第二岩质边坡爆破开挖会进一步降低岩石的力学裂纹扩展指数。

2.2 高边坡病害机理

该高边坡坡体高陡、地层顺倾且软硬相间及受地质构造裂面切割岩体破碎，风化强烈，在地下水下渗及人工开挖等因素影响下，高边坡便可能失稳或滑动，为一典型顺层岩石高边坡。该段边坡地处于斜坡路段，位置又在凹坡地段，十分不利于坡面产生地表水的疏通。该区坡体表层碎块石土占据大量，而渗透性就会相对较好，地表水对边坡有良好的入渗作用，在节理裂隙下发育很好，渗透性也较好，中风化节理裂隙发育于裂隙带的裂隙部位，导致坡体底部碎屑岩富集带饱和水软化，最终致使其强度快速降低，加速了边坡破坏的形成和延展［2］。

在孕育和潜在滑动面演化之后，边坡的变形阶段以滑动面的形成逐渐破坏滑动面为特征，从边坡逐渐走向破坏阶段，直至边坡最终破坏。岩质边坡处于稳定状态，开挖卸荷后，随着时间的推移，边坡表面不会发生变形。此外，边坡不存在整体失稳的可能性，因此，这种边坡一般是稳定的。岩质边坡受多种因素的影响，由于地层条件的不利控制，岩质边坡不完全依赖于“开挖卸荷”过程，在开挖卸荷过程中，其变形量甚至可能超过这种边坡，在完成后会产生较大的变形，最终会发生整体失稳。

岩质高边坡属于层状边坡结构，其变形破坏机理复杂多变，常见的破坏形式有滑动、倾斜、崩塌、滑移和压缩等。研究结果表明，在降雨过程中，边坡变形有明显的发展趋势，在持续降雨的影响下，边坡的局部前缘又发生了变形，说明降雨是边坡变形的主要原因之一。边坡变形和滑动是边坡形成的重要因素［3］。

2.3 本高陡边坡成因分析

在本工程案例中，导致滑坡的主要因素包括两个方面。一是地质构造。地质构造是滑坡形成的内在原因，根据当地实际现场地质调查资料，滑坡剖面中的土层具有一定的分布性、倾斜性和层间性。另外，在开挖过程中，土体层与边坡的夹角被截断，从而失去了原有土体的被动支护。二是在高边坡设计与施工中存在一些问题。为了在该路段进行设计和施工，路堑开挖深度较大，其中，开挖深度较大的部分相应减小，使边坡坡度相应增大，使边坡坡度到了6 级，在这个过程中，处理了大量的原生植物，因此，斜坡暴露在空气中的面积非常大。

3 施工工艺及方法

3.1 削方减载与抗滑挡墙

边坡减荷是边坡治理中常用的一种方法，它对边坡顶部减荷和滑动段下部压脚减荷有明显的影响。该方法也可用于边坡的应急处理。在滑动面不深且滑动面形状急缓的情况下，可采用上部减荷法处理滑坡，这是处理滑坡时应首先考虑的方法。滑坡的滑动是最经济的，当开挖能显著提高稳定性系数的岩体是最合理的时，必须将从坡面切下的岩体从边坡附近的陡坡上移出，避免边坡局部失稳。采用该方法时，应采用适当的边坡开挖比例，避免形成新的高边坡，同时，边坡开挖的形式应与周围环境相协调。

竖向预应力锚索抗滑挡土墙是一种将预应力锚索与重力式挡土墙相结合的边坡支护结构。通过对重力式挡土墙施加竖向应力和重力式挡土墙产生的摩擦力，可以使作用在挡土墙上的滑坡推力平衡，可以提供较大的抗倾覆力矩，防止挡土墙的倾倒和破坏，同时，预应力锚索也增加了滑动挡土墙的抗剪强度，有效地防止了滑动挡土墙的剪切破坏，达到了较好的组合效果。竖向预应力锚索抗滑挡土墙在边坡治理施工中的应用可减少工程量，降低劳动强度，节约投资工程，缩短施工时间，操作方便，保证了安全。尤其对施工工期要求紧迫、建筑场地空间紧张、需要对重要建（构）筑物进行保护的工程，提供了一种有效的边坡支护结构形式［4］。

截荷卸荷式抗滑挡土墙的共同作用是通过主动减小坡体的尺寸，从而减小坡体的抗滑强度，导致新的边坡在滑动面以下，最终产生相对稳定的边坡形态。采用抗滑挡土墙控制滑坡的优点是山体损伤小、滑坡稳定效果较快。在大型滑坡中，由于边坡前方的塌陷，抗滑挡土墙在控制滑坡效果中起着重要作用。在修建抗滑挡土墙时，应避免或减少滑坡前的土石开挖，必要时，应与补偿式抗滑挡土墙同时进行，滑坡体前壁直接充填有抗滑体。在滑坡治理工程中，应考虑抗滑挡土墙［5］的切方卸荷问题，如果地理位置允许切割盒减少负载，则应释放切割盒以减少负载。在各种条件许可的情况下，削方减载和抗滑挡墙效果是最经济、稳定性系数最高的常用的工程措施。

3.2 削方减载——抗滑桩组合方案

为减少土石方开挖，采用抗滑桩分别对1∶1.5、1∶2、1∶2、1∶2 和1∶3 开挖的一级边坡和五级边坡进行了防护。桩长20m，设置范围包含为YK8+110～YK8+380（见图1），桩间距控制5m，总共54根边坡，高度原则为10m一级，平台宽度由下至上分别控制在15m、6m、6m、6m，采用C20喷射混凝土封堵，厚度为5cm。路基边坡经处理后的稳定性经试验，可以满足规范的要求［6］。CLK4～CLK5段右侧边坡防护立面图如图2所示。

图1 YK8+110~YK8+380 段右侧边坡防护立面图

图2 C LK4~C LK5 段右侧边坡防护立面图

在抗滑桩与挡土墙的共同作用下，抗滑桩起到了越来越重要的作用，大大降低了边坡失稳的可能性，安全性大大提高。

从经济成本、技术难点、工期延误等方面综合考虑，认为箱形截荷与抗滑挡土墙相结合具有成本低、工艺性好、工期符合预期的优势，建议在该路段采用路基边坡处理。

3.3 加固效果

考虑本边坡地质构造和环境条件复杂，特别是多层复合性软弱结构面的边界接触条件难以准确模拟。而通过前期的勘察和监测工作，已发现较为明确的控制性软弱结构面，边坡也已处于蠕动变形状态，采用数字有限元分析意义不大，故本次加固治理设计应建立在正确的概念设计基础上，采用刚体极限平衡法并结合场地工程经验设计。考虑目前滑坡体变形状态、规模及治理对象，采用滑坡防治规范与建筑边坡设计规范相结合的设计标准。病害治理措施在治理要求时间前顺利完成，保障了巴马—凭祥公路下一步施工顺利进行。加固措施完成后，监测数据趋于稳定。在后期施工过程中，经过长期边坡监测，共有4 个监测断面，13 个基坑进行了深基坑位移监测。根据2021年的监测结果，年最大累积位移为7，监测数据变化不大，位移曲线无明显拐点，边坡处于稳定状态。

3.4 推广应用

预应力锚索钢轨桩方案在经过多轮方案比选最终确定，并在巴马—凭祥高速公路成功确定，并在巴马—凭祥高速公路成功实施。在后续的施工过程中，长期检测加固效果，经过长时间的数据采集分析，得到的结论为：实际效果测试具有较好的加固效果，可以科学、环保地满足施工要求，对相关工程有很好的参考意义，这也为以后的相关工程提供了借鉴实例，具有较好的推广意义。

4 结语

抗滑桩和预应力锚索是目前滑坡治理中最受青睐的选择，但施工成本较高，同时需要各种优化设计。与此相反，切方加载、减压充填、反压护坡是最经济、最方便的控制措施，但同时对地形条件也有一定的要求。因此，每种方法都有其优缺点，在复杂的工程情况下，单一的措施不能很好地控制预期的效果，应结合实际情况，对国内外各种地形要素进行综合方案的比较和选择，以达到更好的管理目的。

本文以某大型滑坡为例，通过专家的深入分析，采用主坡截割，得到了局部支护处理和加固方法，取得了较好的预期效果。随着科学技术的发展，各种新的边坡管理方法层出不穷，管理方案的选择会更加科学、经济、方便，也更加符合可持续发展的理念。