黃明恨

摘 要：對(duì)橫七路左側(cè)均質(zhì)紅黏土高陡邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案研究過程進(jìn)行介紹，根據(jù)實(shí)際工程和地質(zhì)條件對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，提出兩種綜合設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)比各方案優(yōu)缺點(diǎn)確定最終設(shè)計(jì)方案，對(duì)類似工程支擋與防護(hù)設(shè)計(jì)具有參考意義，希望能為工程技術(shù)人員在加固類似邊坡中提供思路。

關(guān)鍵詞：紅黏土;高陡邊坡;支擋與防護(hù)設(shè)計(jì);格賓擋墻;旋噴樁;錨索抗滑樁

1 概況

柳州市柳東新區(qū)核心區(qū)橫七路K1+940～K2+100段左側(cè)設(shè)有高度約35 m路塹高邊坡，同時(shí)距坡頂16 m和35 m處有兩座不能拆除的高壓鐵塔，分別為220 kV仁官二線13號(hào)、110 kV仁塘一線29號(hào)鐵塔。現(xiàn)狀邊坡為開挖狀態(tài)，每級(jí)坡高8 m，平臺(tái)寬度2 m，第一至四級(jí)邊坡挖方坡比分別為1：1、1：1、1：1.25、1：1.50，坡頂暫時(shí)未出現(xiàn)裂縫?，F(xiàn)根據(jù)最新地勘對(duì)邊坡進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。其特征為：用地條件受限，道路線位、標(biāo)高無法調(diào)整，邊坡高、陡，坡體為均質(zhì)紅黏土，道路路面標(biāo)高以下10 m為白云巖。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）規(guī)定，該邊坡需按照“第七章 坡頂有重要建（構(gòu)）筑物的邊坡工程”進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 巖土工程條件

道路地處桂中，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，炎熱多雨，年間氣溫從零下2℃至39℃，平均降雨量1 453.8 mm，雨季集中在4-8月。沿線為荒坡，已經(jīng)開挖清表，地勢起伏不大，地貌屬柳東巖溶準(zhǔn)平原。

根據(jù)最新邊坡工點(diǎn)地勘資料顯示K1+940～K2+100段左側(cè)為35 m高的高邊坡，坡體為均質(zhì)紅黏土，道路路面標(biāo)高以下10 m為白云巖。紅黏土以褐黃色為主，稍濕，結(jié)構(gòu)緊密，硬塑狀為主，局部堅(jiān)硬狀，手指壓土芯留微痕，斷面呈顆粒狀，土質(zhì)較均勻，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性較高，局部含少許氧化鐵錳質(zhì)。中風(fēng)化灰質(zhì)白云巖為淺灰色，厚層狀沉積巖，碎裂狀～塊狀巖體結(jié)構(gòu)，無泵鉆進(jìn)進(jìn)尺稍慢，感覺較平穩(wěn)，

隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物成份為白云石，取上巖芯多呈碎石、碎塊、大塊狀，較新鮮，性脆質(zhì)硬，巖塊不易擊碎，風(fēng)化閉合裂隙較發(fā)育，滴鹽酸反應(yīng)不明顯，巖芯采取率80%～85%，風(fēng)化程度為中風(fēng)化。

3 紅黏土工程特性

紅黏土具有滲透性差、吸水膨脹、失水收縮大等特性。這類地區(qū)的許多新建道路在施工過程中就出現(xiàn)一邊施工開挖、一邊溜塌、坍塌的現(xiàn)象。紅黏土挖方邊坡坍塌是由于邊坡淺層土體，在濕熱交替的氣候條件下，在濕脹干縮效應(yīng)與風(fēng)化

作用影響下形成裂隙切割，土體產(chǎn)生收縮開裂，故紅黏土中裂隙較發(fā)育。收縮性強(qiáng)的紅黏土，在地形突起、向陽、植被少的地段，裂隙密度大，延伸深，一般達(dá)3 m～4 m，個(gè)別地區(qū)達(dá)十余米。裂隙使土體完整性破壞，降低了土體的強(qiáng)度，增大了土體的透水性，構(gòu)成土體穩(wěn)定的不利因素，兼之水的入滲，導(dǎo)致土體強(qiáng)度衰減，喪失穩(wěn)定。

另外，邊坡淺表強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)的土體，吸水過飽和，在重力與滲透壓力作用下，將沿坡面向下產(chǎn)生溜塌。溜塌常發(fā)生在雨季，可以在邊坡淺表的任何部位發(fā)生，與邊坡坡率無關(guān)，降雨時(shí)，雨水沿裂隙入滲，形成了土體的軟弱結(jié)構(gòu)面，即使坡率小于1：2仍可能出現(xiàn)坍塌、滑動(dòng)破壞，滑坡剪切出口多位于路基頂面以上。紅黏土挖方邊坡的破壞模式與一般土的圓弧滑動(dòng)有明顯的區(qū)別。紅黏土挖方邊坡的失穩(wěn)主要是裂隙滲水引起的，故需要進(jìn)行路基排水和邊坡防護(hù)的綜合設(shè)計(jì)，及時(shí)引排地表水和地下水。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 定性評(píng)價(jià)

由于邊坡體土質(zhì)均為紅黏土，穩(wěn)定性差，若坡體前緣道路繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高處時(shí)，坡體臨空較高，坡體會(huì)進(jìn)一步發(fā)展或在雨水作用下，該坡體極可能整體滑動(dòng)。

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算及分析

4.2.1 計(jì)算方法

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013），采用基于極限平衡理論的折線型滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性安全系數(shù)及剩余下滑力計(jì)算。

4.2.2 計(jì)算剖面

本次計(jì)算對(duì)K2+040剖面進(jìn)行穩(wěn)定性安全系數(shù)和推力計(jì)算。

4.2.3 計(jì)算參數(shù)取值

本次穩(wěn)定性計(jì)算中，邊坡潛在滑面的設(shè)計(jì)參數(shù)主要依據(jù)原路塹邊坡開挖后的坡體實(shí)際情況，由于現(xiàn)狀開挖邊坡狀態(tài)下，坡頂暫時(shí)均為出現(xiàn)裂縫，初步判斷現(xiàn)狀開挖邊坡天然工況現(xiàn)狀穩(wěn)定性系數(shù)大于1.1，暴雨?duì)顟B(tài)邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性系數(shù)大于1.05;據(jù)此，按極限平衡法對(duì)坡體的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行了反算后，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對(duì)比，最終綜合選取邊坡潛在滑面的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

根據(jù)此參數(shù)計(jì)算出邊坡不增加支護(hù)措施情況下，邊坡坡比需開挖至1：2以上，需和高壓鐵塔相關(guān)管理部門協(xié)商，二次征地，并支付鐵塔拆遷費(fèi)。經(jīng)與業(yè)主商討后，對(duì)本工點(diǎn)計(jì)劃采用適當(dāng)?shù)闹跖c防護(hù)措施，避免征地與拆遷。

4.2.4 邊坡滑動(dòng)推力及穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果

按照上述工況及方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果匯總于表2，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD

30—2015）和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）的規(guī)定，同時(shí)結(jié)合本項(xiàng)目坡頂含有高壓鐵塔。

綜合確定本項(xiàng)目邊坡工程安全等級(jí)為：一級(jí);結(jié)構(gòu)使用年限：50年。

邊坡推力安全系數(shù)取值為：工況Ⅰ（天然工況）Fst=1.30，工況Ⅱ（暴雨工況）Fst=1.10。

（1）整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。在穩(wěn)定性計(jì)算的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)規(guī)范，采用傳遞系數(shù)法和上述對(duì)應(yīng)工況的安全系數(shù)，對(duì)原設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行邊坡推力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下。

計(jì)算表明：

邊坡K2+040斷面天然工況下穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.038，欠穩(wěn)定狀態(tài)，說明若繼續(xù)開挖第一級(jí)邊坡，容易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)。

計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況基本一致。

5 方案設(shè)計(jì)

5.1 方案一：樁板墻+高壓旋噴樁+錨桿掛網(wǎng)噴砼+鋼管樁+截排水工程

在邊坡坡腳設(shè)置直徑2 m的圓形抗滑樁，樁間距4 m，以抵抗邊坡的主要剩余下滑力，防止邊坡由道路坡腳剪出破壞，樁身采用C30鋼筋混凝土;樁后采用高壓旋噴樁加固邊坡紅黏土，使之固化成為一個(gè)復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)，一方面可以防止邊坡從抗滑樁樁頂產(chǎn)生越頂滑動(dòng)，另一方面高壓旋噴樁對(duì)樁后土體有改良作用，可以減小樁后剩余下滑力;高壓旋噴樁樁徑0.5 m，樁間距1.1 m，28d樁身強(qiáng)度不小于2.0 MPa，90d樁身強(qiáng)度不小于4 MPa;同時(shí)在各級(jí)坡面設(shè)置錨桿掛網(wǎng)噴砼+土工格室植草防護(hù)，起到坡面封水作用，避免邊坡產(chǎn)生淺層滑動(dòng)。

我國在八、九十年代對(duì)高壓旋噴樁的應(yīng)用取得了全面發(fā)展，實(shí)踐證明此法對(duì)處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、沙土、人工填土等具有良好的效果。然而在高壓旋噴樁發(fā)展過程中，人們最開始都是將其功能著重放在傳遞上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載上面，忽略其承擔(dān)水平荷載的能力。隨著工程發(fā)展需要，高壓旋噴樁抵抗水平荷載的能力日益得到重視與應(yīng)用，有時(shí)甚至成為主要治理手段，用以控制工程設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定。

本工點(diǎn)高壓旋噴樁采用單管法施工工藝，高壓噴射注漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為20 MPa～40 MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動(dòng)、破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁），以達(dá)到加固地基或止水防滲的目的。

鋼管樁為施工期間臨時(shí)措施，基于保證抗滑樁施工期間內(nèi)側(cè)邊坡變形得以控制，為抗滑樁施工贏得時(shí)間，以確保施工期間邊坡安全，實(shí)施于坡頂高壓鐵塔周圍，鋼管樁長20 m，間距1.5 m，孔徑130 mm，內(nèi)置108×6 mm鋼管和3×φ22鋼筋，注漿采用M30水泥漿。

優(yōu)點(diǎn)：能有效地解決邊坡永久性安全問題，不二次征地，不用拆除坡頂鐵塔;

缺點(diǎn)：造價(jià)高，高壓旋噴樁施工工藝復(fù)雜，質(zhì)量不可控，需專業(yè)施工隊(duì)。

5.2 方案二：錨索抗滑樁+加筋格賓擋墻+錨桿掛網(wǎng)噴砼+鋼管樁+截排水工程

在邊坡坡腳設(shè)置直徑2 m的錨索抗滑樁，樁間距3 m，以抵抗邊坡的主要剩余下滑力，防止邊坡由道路坡腳剪出破壞，樁身采用C30鋼筋混凝土，錨索采用普通拉力型錨索，設(shè)計(jì)抗拔力

750 kN;抗滑樁頂設(shè)置加筋格賓擋墻，起填土反壓作用，防止邊坡從抗滑樁樁頂產(chǎn)生越頂滑動(dòng);在原有第三、四級(jí)坡面設(shè)置錨桿掛網(wǎng)噴砼+土工格室植草防護(hù)，起到坡面封水作用，避免邊坡產(chǎn)生淺層滑動(dòng)。

加筋格賓擋墻作為近年來涌現(xiàn)出的新型支擋結(jié)構(gòu)物，與傳統(tǒng)的圬工擋墻相比，在某些方面具有較明顯的優(yōu)勢：

（1）加筋格賓擋墻最大的特點(diǎn)是墻高可以做成很高，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)圬工擋墻的12 m墻高。對(duì)于某些需收縮坡且不能做橋的路段，尤其適用。

（2）加筋格賓擋墻是柔性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)地基較大的不均勻變形，對(duì)地基承載力要求較低。

（3）施工簡便。加筋格賓擋墻的組成構(gòu)件（面板、筋材、路緣石等）均可以預(yù)制，除需壓實(shí)機(jī)械外，施工時(shí)一般不需配備其它機(jī)械，易于掌握。同時(shí)施工效率高，可縮短工期和節(jié)省勞力。

（4）抗震性能好。由于加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)所具有的柔性能吸收地震的能量，故具有剛性結(jié)構(gòu)物無法與之比擬的抗震性能。

（5）造型美觀。墻面板可以根據(jù)需要、受力特點(diǎn)進(jìn)行各種設(shè)計(jì)、造型，并使之拼裝成造型美觀的建筑物，改善道路景觀。

（6）投資省。加筋格賓擋墻面板薄、基礎(chǔ)尺寸小，與重力式擋墻相比，可節(jié)省圬工數(shù)量95%～97%，造價(jià)可比漿砌石擋墻和鋼筋砼擋墻減小20%～60%以上。擋土墻高度越大，節(jié)省資金越多。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本方案選用了加筋格賓擋墻（如圖6、圖7）。

優(yōu)點(diǎn)：能有效地解決邊坡永久性安全問題，不二次征地，不用拆除坡頂鐵塔;

缺點(diǎn)：造價(jià)較低，錨索抗滑樁施工工藝復(fù)雜，格賓擋墻為新型柔性擋墻結(jié)構(gòu)，需專業(yè)施工單位。

6 方案比選

綜合比較，推薦影響范圍較小、造價(jià)較低、施工相對(duì)簡便的方案二。

7 推薦方案施工步驟及主要注意事項(xiàng)

7.1 施工步驟

不穩(wěn)定邊坡治理工程施工一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的施工工序進(jìn)行，總體上施工的先后順序如下：鐵塔外緣鋼管樁——坡頂截排、防水措施——第三、四級(jí)邊坡錨桿掛網(wǎng)噴砼及掛網(wǎng)植草防護(hù)——第三、四級(jí)平臺(tái)截排、防水措施——錨索抗滑樁——加筋格賓擋墻——第一、二級(jí)平臺(tái)截排、防水措施等——抗滑樁樁前土體開挖——市政排水構(gòu)造設(shè)施。有多級(jí)工程時(shí)一般由上往下逐級(jí)施工，在條件允許時(shí)，可對(duì)部分支擋工程進(jìn)行交叉作業(yè)，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整工程措施。必須嚴(yán)格遵循開挖一級(jí)、防護(hù)一級(jí)的施工順序。本項(xiàng)目待錨索抗滑樁施工完畢以及格賓擋墻施工完畢后，方可開挖樁前土體至路面設(shè)計(jì)標(biāo)高。

7.2 注意事項(xiàng)

（1）抗滑樁施工應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行跳挖法施工，以保證施工

安全?？够瑯妒┕ね戤吅蠓娇蛇M(jìn)行樁前削坡施工。

（2）鋼絞線采用無粘結(jié)鋼絞線，錨固段需剝除無粘結(jié)鋼絞線外側(cè)的保護(hù)套，并將鋼絞線拆散后用柴油或有機(jī)溶劑反復(fù)清洗除盡油脂，再用清水沖洗，待除去油脂后重新編索。嚴(yán)禁使用未除去油脂的鋼絞線施工。

（3）根據(jù)邊坡巖土地質(zhì)情況，該段邊坡土體較松散，直接鉆進(jìn)成孔易發(fā)生塌孔，為保證錨索成孔質(zhì)量，全部土層成孔鉆進(jìn)須采用鋼套管跟進(jìn)，設(shè)計(jì)采用φ127 mm×4 mm無縫鋼套管。為保證錨索長效性，錨索錨固段須保證進(jìn)入穩(wěn)定完整基巖不小于10 m（中風(fēng)化白云巖），根據(jù)該邊坡地層情況，單根錨索進(jìn)入中風(fēng)化白云巖約12 m。

（4）禁止采用重型機(jī)械施工格賓擋墻，以免對(duì)抗滑樁造成不利影響。

（5）路塹邊坡施工期監(jiān)測主要采取地表位移監(jiān)測和深孔位移監(jiān)測，以坡體變形數(shù)據(jù)來修正設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，以確保施工安全，并且檢驗(yàn)工程效果。運(yùn)營期的監(jiān)測有地表位移監(jiān)測、地下位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測及錨桿（索）預(yù)應(yīng)力監(jiān)測等，監(jiān)測周期為坡體開挖至建成營運(yùn)后不少于兩年，對(duì)于重點(diǎn)復(fù)雜邊坡或滑坡視坡體變形情況予以延長。

8 總結(jié)

由于紅黏土具有高液限、高塑性、高含水率、高孔隙比、較高強(qiáng)度和較低壓縮性等特性，干縮開裂和邊坡穩(wěn)定性差是工程的主要問題。水對(duì)路塹邊坡的影響極大，紅黏土挖方邊坡的失穩(wěn)主要是裂隙滲水引起的。其次，對(duì)于高、陡的均質(zhì)紅黏土邊坡采用單一支護(hù)形式造價(jià)和施工難度過高。

故對(duì)于紅黏土高陡邊坡治理應(yīng)遵循“治坡先治水”原則，再根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和施工難易程度，綜合比選后采用多種防護(hù)形式組合的設(shè)計(jì)方案。希望能為工程技術(shù)人員在加固類似邊坡中提供思路以及實(shí)際工程案例支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]CJJ 194-2013，城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB 50086-2015，巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5]龔曉南.地基處理手冊[M].第三版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[6]鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].第二版.北京：人民交通出版社，2010.

[7]高曙光，劉華輝，陳振偉.高壓旋噴樁在公路軟土路塹邊坡加固中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2019（2）：1-3.