潮州彩东线岩质高边坡稳定性及安全控制关键技术研究

2022-12-21廖若超

交通科技与管理 2022年23期

廖若超

（梅州市市政建设集团有限公司,广东梅州 514021）

0 引言

公路工程建设中，在对岩石圈表层改造中容易形成岩质高边坡。岩质高边坡结构稳定性较弱，很容易出现变形问题，控制不当将发生严重的安全事故，不仅延误工期，还会增加建设成本，并且对已经建成的工程带来重大的经济损失。鉴于此，为了打造高质量的公路工程项目，为后续施工活动安全有序进行提供保障，应该做好岩质高边坡稳定性分析，并寻求合理有效的安全控制技术，以便于及时发现并降低安全事故发生概率，创造安全、可靠的作业环境。

1 工程概况

该项目彩东公路（彩塘镇至东山湖公路）位于潮州市潮安区境内，起点K0+000起于省道S233线K67+020处，终点K4+118接G78汕梅高速公路潮安沙溪互通立交匝道，终点处线形交叉于X078鹳蕉线K10+140，途经彩塘镇和沙溪镇并穿过桑埔山，全长4.118 km。彩东公路改建采用一级公路60 km/h设计车速标准，双向四车道布置，全线采用水泥混凝土路面。路线起点K0+000至K1+760处为平原地带，两侧经过红旗村委；K1+760～K3+620路段为低山地形，多处被开辟为采石场。纵断面设计最大纵坡为5.5%，全线最大边坡开挖高度21.2 m，山体土质为强风化花岗岩。

2 岩质边坡破坏模式分析

2.1 岩石力学参数

岩体力学特性具有鲜明的随机性特点，容易受到多种因素影响，在长期工程实践中总结出了相应的参数取值方法，形成了相对完善的理论体系，主要方法如下：

（1）系数折减法。综合分析地质条件的代表性、时间效应等因素，结合不同系数折减计算，得到最终的综合值。

（2）类似经验法。结合现有经验来应用到相似研究中，结合现有经验推理计算，剖析地质因素之间的异同点。

（3）理论方法。优定斜率法、随机-模糊分析法、局部平均离散法等[1]。

2.2 岩质边坡分类

（1）千枚岩边坡。此类岩质边坡多处于中低山构造剥蚀区或低山缓坡与河谷结合区域，边坡地区具有较强的地形切割特点，山体斜坡基岩大面积裸露，表面上有一层薄层的坡积角砾，由于长期的风化作用致使该区域岩体破碎，强度下降，如果未能及时支护或封闭，可能出现坡体变形破坏，局部开裂，诱发安全事故[2]。

（2）片麻岩边坡。此类边坡多是在河谷基座阶地和中低山构造剥蚀区，边坡所处区域浅表层覆盖一层薄薄的粉质黏土，山体斜坡存在部分的裸露情况，在风化作用下节理裂隙发育，降低了岩体结构整体强度。此类岩体的云母含量高，岩体破碎表现为颗粒状，遇水后转化为粉末状，支护不到位则会导致边坡垮塌[3]。

（3）板岩边坡。此类多处于河谷地带和中低山缓坡地带结合区域，当地有部分基岩裸露，在风化作用下导致基层破碎，整体强度下降，区域风化层厚度在20 m以上。地层区域边坡开挖后，如果缺少及时有效地防护开挖面，受到降雨作用下导致应力释放，岩层剥落，岩体结构容易出现坡体弯曲、变形，严重情况下造成重大的安全事故。

2.3 岩质高边坡破坏模式

边坡失稳破坏有两个前提条件，即：坡体内部已经形成了贯穿式的穿滑动面、坡体下滑力高于抗滑力。通常情况下，自然边坡未受作用力扰动影响下，受力保持均衡状态。受到地震、人工开挖等活动影响下，坡体原本自然平衡状态被打破，出现应力重分布和应力松弛情况，部分岩层结构强度大大下降。如果岩土体应力变形大，超出允许范围则会出现边坡失稳破坏，岩质高边坡破坏模式具体如表1所示。

表1 岩质高边坡破坏模式

3 岩质高边坡稳定性研究现状和问题

3.1 高边坡稳定性研究现状

边坡变形破坏是内部作用的具体表现，也是影响边坡稳定性的多种因素集合表现，形成贯通性破坏面，进而诱发边坡结构变动。边坡变形破坏主要包含滑坡、倒塌、错开、崩塌和全面倾塌。坡面变形包含坡体边缘变形、坡面变形和坡体变形。坡体边缘变形，边缘并未处在同一水平线上，容易滑坡事故；坡面变形强调边坡整体结构稳定，表层出现一定的风化剥落和冲沟等现象；坡体变形是变形范围延伸拓展到边坡开挖范围，范围大，后期边坡治理成本高[4]。早期的边坡稳定性研究主要是基于极限平衡原理来计算极限状态下边坡稳定性，对比分析现有边坡条件，包括稳定影响因素、水文条件、失稳程度等，很多重点工程项目建设中出现了一系列高边坡稳定性问题，配套理论研究中取得了较为可观的成果，如可靠性分析理论、非线性理论和计算机理论等[5]。

3.2 岩质高边坡稳定性研究中的问题

（1）配套标准和规范并不统一。岩质高边坡稳定性研究中，关于具体边坡设计和安全防护等内容，多是借鉴国内各行业部门标准规范，但不同部门的标准规范侧重点有所不同，盲目选用可能出现相悖的问题，影响到边坡安全防护合理性和有效性[6]。

（2）设计参数选择不当。为了维护岩质高边坡稳定性，在具体边坡设计中应该在实地勘察的基础上，选择合理的设计参数。通常情况下，岩质高边坡普遍较长，施工过程耗费的时间较多，而且施工过程中参与的单位、人员数量多，彼此之间交叉协调容易出现冲突，影响到相关技术人员对岩石结构了解程度。因此，在具体的参数选择方面，并未形成统一标准。相关参数选择较为盲目，在不同程度上影响后期岩质高边坡稳定性。

（3）边坡稳定性分析方法不合理。在岩质高边坡稳定性分析中，主要分析方法是楔形体法和刚性限值法，但无论哪种方法都没有考虑水因素，存在很大局限性。地质条件不同，所采用的计算方法和安全标准也不尽相同，因此最终的计算结果存在一定偏差，难以客观、全面地反映岩质高边坡稳定性情况。另外，边坡稳定性分析中，使用的跟踪监测设备并不完备，在施工后未能获取真实可靠的边坡稳定性数据信息。

4 岩质高边坡稳定性安全防护关键技术

4.1 清危整形施工

针对岩质高边坡稳定性问题，可以通过钻凿法进行施工，清理干净边坡面上局部楔形体、块体；然后使用手风钻钻凿清理边坡面上破碎岩体；最后，使用推土机和挖掘机等设备充分清理干净边坡面和台阶面上的岩体残渣。通过此种方式可以有效规避或降低岩质高边坡局部崩塌或是落石等地质灾害出现，并依托于实际情况对岩质高边坡破坏整形处理，提升边坡结构稳定性。

4.2 主动防护网工程

在对边坡清危整形后，可以采用系统锚杆+SNS主动柔性防护网技术进行边坡防护处理，可以有效清理坡面危岩，避免后期遭受雨水强烈冲刷和风化作用下严重的边坡崩塌事故出现。主动柔性防护系统可以选择GPS2型SNS主动柔性防护系统，其中包括横向支撑绳、系统锚杆、格栅网、纵向支撑绳、缝合绳、钢绳网和扎丝等。通过与锚杆张拉工艺结合，促使主动柔性防护网和岩质高边坡坡体尽可能贴合，遏制局部岩体移动，将其束缚、控制在原边坡体上，进而实现边坡加固的作用。主动防护网是采用φ16和φ12的横向、纵向支撑绳交错布设，然后同边坡体的系统锚杆联结与张拉，间距4.5 m×4.5 m；格栅网铺设钢丝绳网，与支撑绳之间使用缝合绳缝合拉紧，然后使用系统钢筋锚杆将主动防护网在岩质高边坡面上固定。

系统锚杆设计，可以选择HRB400型φ20钢筋系统锚杆，长度为4.0 m，在主动防护网中合理布设。各锚杆间距4.5 m×4.5 m，布设角度为15°，使用M30砂浆锚固。支护锚杆采用HRB500型φ32热轧钢筋带肋锚杆，同时在锚杆表面上涂抹一层防锈油充当保护层，起到防腐蚀效果。锚杆先注浆、后插筋施工，在孔底插入注浆管，随着注浆进行逐步提升注浆管，并且将锚杆插入到孔中心，确保注浆饱满，浆液凝固前禁止拉拔，否则会产生损坏。

4.3 钢花管注浆

钢花管注浆是一项前沿的注浆技术，其原理是借助钢管加注浆方式来支护，选择预成孔插管压降法施工，在提前钻好孔洞中置入钢花管，上部密封后压入水泥砂浆到钢管中，经由钢管溢浆孔外部翻浆，在压力作用下砂浆逐渐朝着周围土层渗透，并通过挤压、固化方式来实现加固土体的作用，在提升边坡稳定性方面具有积极作用。钢花管注浆方式相对传统的支护方式而言，施工操作过程较为简单，注浆成孔后直接放置钢花管和注浆管即可，操作重难点则是注浆压力的控制。优点是钢花管材料成本低，工期短，不会破坏路基，加固效果理想。有微型抗滑桩抗滑作用和加固作用，因此适合广泛应用在岩质高边坡加固施工中。

钢花管注浆包括注浆管、封闭帽、钢花管、注浆花孔、定位钢筋、封闭板以及U型固定钢筋等，沿着钢管径向旋转45°螺旋状钻孔，使用凝胶密封。钢花管材料以高抗张力无缝钢管为主，使用焊接和丝扣连接方式进行处理，可以满足深度支护需要。前侧设置U型固定钢筋，末端设置注浆阀门，部分情况下末端还需要浇筑横梁，以此来全方位提升结构整体稳定性。杆体内设置注浆孔和定位钢筋，所采用的注浆管是PVC材质。一般情况下，杆体直径大概是90～150 mm左右，基于机械钻进方式作业。钢花管注浆方式可以增强边坡抗滑力，滑动体的下滑力传递到桩体底部稳定岩体，桩体产生抗滑力来实现维护边坡稳定性的作用。

4.4 锚杆格梁与客土喷播

锚杆格梁与客土喷播是一项成熟又相对经济的边坡处理施工工艺，格梁内采用挂网客土喷播绿化更能使开挖裸露的边坡融入自然，提升公路沿线风景。锚杆钻孔前需测量放样，在边坡上根据格梁交叉位置准确放出锚杆位置，钻孔后进行清孔、验孔，自上而下，然后逐个封堵。清孔后仔细检查，将锚杆孔位、孔深偏差控制在5 cm左右。插入锚杆阶段，在作业前应该精准定位支架焊接，使用φ6钢筋材料制作，确保每根锚杆插入到对应孔位中。使用压浆机灌入M30水泥砂浆到锚孔中，如果空洞无法增加压力，则保持0.4 MPa的压力注浆，将注浆管置于孔底5～10 cm区域，缓慢拔出注浆管，确保注浆饱满为止。制作格梁，格梁放样后，现场绑扎焊接钢筋，锚杆弯头要与格梁主筋焊接牢固，严格控制格梁钢筋保护层厚度在50 mm或不小于设计要求。格梁模板定位要准确，纵横搭接要顺滑。浇筑混凝土后及时养护，然后挂网，最后将各种合适的植物籽种与黏土、肥料等混合材料按比例配制后由专业喷播机在铁丝网上喷播，厚度在2～8 cm左右。

4.5 植物防护抗渗

地表水渗漏对边坡稳定性产生不利影响，大量地表水渗入边坡岩土体后可导致岩土体黏聚力、内摩擦角减小，抗剪强度下降，使岩土体抵抗下滑能力降低，边坡稳定性及安全性下降。适当提高边坡植被覆盖率可达到良好的防护及抗渗效果，植被长成后降水沿叶片下落，进而有效保护边坡土体表面区域。同时，植被根茎可缓冲降水，避免雨水直接冲击土壤表面，减小地表径流，保持土体结构稳定。植物防护抗渗措施具体应用过程中，需将边坡防护与边坡绿化有效结合，在边坡开挖后需依据地质情况调整绿化方案，以节约资金，并在保证边坡稳定性的基础上改善公路环境。在实施植物防护抗渗的过程中，需适当增加绿化面积，确保各个边坡均呈现绿色，以保护生态环境，提高行车舒适度。同时，植物防护抗渗过程中需积极应用新技术，以促进边坡治理的整体水平不断提高。现阶段广泛应用的植物防护技术主要包括喷混植草、客土喷播、三维植被网植草等技术，施工人员可结合实际情况合理选用，以提高应用效果。