摘要 沿海地區(qū)受雨水沖刷等自然條件影響，廣泛存在全風(fēng)化巖質(zhì)邊坡，此類(lèi)地區(qū)的公路挖方高邊坡設(shè)計(jì)施工存在潛在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。在人工開(kāi)挖或降雨作用下，風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡極限平衡被打破，邊坡沿風(fēng)化薄弱面發(fā)生滑塌，威脅路塹邊坡施工建設(shè)。該文提出“深化調(diào)查—復(fù)核初步設(shè)計(jì)方案—優(yōu)化施工圖設(shè)計(jì)—?jiǎng)討B(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)施工”的技術(shù)原則，以某沿海地區(qū)沿線風(fēng)化高邊坡為典型實(shí)例，在對(duì)項(xiàng)目沿線高邊坡地質(zhì)環(huán)境全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用工程地質(zhì)勘察資料，確定風(fēng)險(xiǎn)最高的高邊坡工點(diǎn)，并展開(kāi)重點(diǎn)分析，總結(jié)加固后全風(fēng)化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定特性，證明支護(hù)方案的可靠性。

關(guān)鍵詞 巖質(zhì)高邊坡；全風(fēng)化；動(dòng)態(tài)優(yōu)化；穩(wěn)定加固

中圖分類(lèi)號(hào) U417.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）14-0065-03

0 引言

花崗巖在我國(guó)沿海地區(qū)分布廣泛，特別是沿海地區(qū)潮濕炎熱、海浪雨水沖刷的氣候條件使得花崗巖風(fēng)化加劇，風(fēng)化花崗巖厚度一般可達(dá)15～20 m，局部地區(qū)超過(guò)30 m。全風(fēng)化花崗巖經(jīng)歷了一定變質(zhì)作用后，絕大部分物質(zhì)風(fēng)化為黏土礦物顆粒。因氣候濕熱，接近地表的部分受水的淋濾作用，稍具膠結(jié)狀態(tài)，并形成網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，土質(zhì)較堅(jiān)硬，由于風(fēng)化程度不同，即使是同一巖性的花崗巖，也表現(xiàn)出較大的差異性[1-2]。

沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，道路修建工程頻繁，工程建設(shè)中在降雨條件下由全風(fēng)化花崗巖構(gòu)成的邊坡失穩(wěn)常有發(fā)生。為保證高邊坡的穩(wěn)定性，常常采取設(shè)置多級(jí)邊坡、放緩邊坡坡率等方法[3-9]，但工程中若盲目地放緩邊坡坡率、采用加固措施，則可能無(wú)法充分利用花崗巖的強(qiáng)度，造成邊坡沖刷侵蝕加深，誘發(fā)邊坡穩(wěn)定性降低，甚至造成嚴(yán)重的工程事故，增加工程造價(jià)。因此，急需解決在沿海地區(qū)全風(fēng)化花崗巖高邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)難題。該文以沿海地區(qū)巖質(zhì)全風(fēng)化高邊坡為背景開(kāi)展全風(fēng)化邊坡穩(wěn)定性研究，為類(lèi)似工程提供參考與借鑒。

1 沿海地區(qū)水文概況

某沿海地區(qū)邊坡施工區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ笮詺夂?。年平均氣?1.8～22.4℃，7月份最熱，日最高氣溫38.5℃，1月份日最低氣溫2.5℃。區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量達(dá)1 788～2 272 mm，雨季集中在4～9月，占總降雨量的80%。7～11月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，臺(tái)風(fēng)風(fēng)力達(dá)8級(jí)以上，陣風(fēng)達(dá)12級(jí)以上，伴隨有暴雨、暴潮和巨浪。

沿海地區(qū)雨量充沛，特別是雨季及臺(tái)風(fēng)季節(jié)，集中降雨量大，平原區(qū)內(nèi)地表水排泄不暢，圍堤內(nèi)易形成內(nèi)澇，丘陵地區(qū)地表徑流強(qiáng)勁，沖刷較為嚴(yán)重，對(duì)道路路基、邊坡具有一定的破壞性。

2 高邊坡工程區(qū)穩(wěn)定性判斷

詳勘階段勘察資料表明，沿線上覆土層主要為第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。其中第四系坡積粉質(zhì)黏土呈紅褐色和黃褐色，主要由黏粉粒組成，土質(zhì)較均勻，土層厚度2.40～4.60 m。第四系殘積礫質(zhì)黏性土主要成分為黏粉粒，土質(zhì)不均勻，含石英顆粒，土層厚度6.10～8.10 m。燕山期花崗巖呈灰色，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石及黑云母，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要為全風(fēng)化花崗巖，局部風(fēng)化不均，夾中風(fēng)化層。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪成果，高邊坡坡體第四系覆蓋層及全風(fēng)化層較厚，坡體表面分布花崗巖殘積土，且花崗巖全風(fēng)化層多呈土狀，在原始狀態(tài)下強(qiáng)度較高，但一經(jīng)擾動(dòng)，強(qiáng)度急劇降低，遇水易產(chǎn)生崩塌或滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

根據(jù)鉆探揭示和現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查，高邊坡自然狀態(tài)下整體穩(wěn)定性較好，邊坡開(kāi)挖后，破壞了邊坡土體的原有平衡狀態(tài)，山體的應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致坡腳應(yīng)力集中。同時(shí)，坡腳地帶形成了高陡的臨空面，降低了坡體的抗滑能力，提供了邊坡變形空間，在大氣降雨的作用下，特別是受暴雨沖刷下，孔隙水壓力會(huì)增大，邊坡自重增加，巖（土）體結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度將顯著降低，可能因坡腳應(yīng)力集中和巖土強(qiáng)度不足而產(chǎn)生沿相對(duì)軟弱面（順向的節(jié)理面、風(fēng)化界面）的坍塌滑動(dòng)變形或圓弧形滑動(dòng)變形，而形成沿節(jié)理面發(fā)育的楔形滑動(dòng)。

3 高邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工原則

針對(duì)該項(xiàng)目高邊坡工程，該文提出“深化調(diào)查—復(fù)核初步設(shè)計(jì)方案—優(yōu)化施工圖設(shè)計(jì)—?jiǎng)討B(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)施工”的技術(shù)原則，優(yōu)化開(kāi)挖邊坡坡率、驗(yàn)算坡體穩(wěn)定性、完善設(shè)計(jì)治理方案、全程控制施工工藝及質(zhì)量、加強(qiáng)特殊坡段施工監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)信息化動(dòng)態(tài)反饋。

首先，在沿線高邊坡的地質(zhì)環(huán)境有較全面的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)公路沿線每處高邊坡進(jìn)行調(diào)查評(píng)估，定性分析判斷高邊坡開(kāi)挖后發(fā)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，再運(yùn)用定量計(jì)算方法分析滑坡規(guī)模、影響范圍，為高邊坡滑塌防治及加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

其次，收集高速公路沿線整體區(qū)域自然地形地貌、工程地質(zhì)、水文氣象等資料，合理分析并利用工程勘察鉆探資料，結(jié)合當(dāng)?shù)氐母哌吰驴辈煸O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及項(xiàng)目周邊已建與在建的邊坡勘察設(shè)計(jì)成果，選擇分布廣泛且有代表性的土層物理、力學(xué)指標(biāo)作為方案設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)，對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行復(fù)核。

最后，在深化調(diào)查及復(fù)核初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)沿線可能會(huì)產(chǎn)生重大滑坡風(fēng)險(xiǎn)的重要邊坡進(jìn)行標(biāo)注，對(duì)標(biāo)注的重要邊坡進(jìn)行針對(duì)式勘察、設(shè)計(jì)，著重論證高邊坡加固的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則，并校核設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步對(duì)施工用地計(jì)劃、工程用料規(guī)劃加以嚴(yán)格控制，提出適合于該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可靠邊坡加固施工方案，確保在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上從施工準(zhǔn)備、施工工藝、處治效果、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等施工各個(gè)階段對(duì)邊坡的加固方案深入細(xì)化。

由于每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)巖土體構(gòu)成存在較大差異性，在重點(diǎn)高邊坡勘察與施工階段需逐個(gè)進(jìn)行地質(zhì)特征確認(rèn)，結(jié)合施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化完善設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。深入分析與前期設(shè)計(jì)差異較大高邊坡，查明差異產(chǎn)生的原因。

4 典型高邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性分析

依據(jù)設(shè)計(jì)施工原則，在對(duì)項(xiàng)目沿線高邊坡的地質(zhì)環(huán)境全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用工程地質(zhì)勘察資料，確定風(fēng)險(xiǎn)最高的高邊坡工點(diǎn)并展開(kāi)重點(diǎn)分析。

該高邊坡工點(diǎn)出露地層為殘積粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化層花崗巖，由于邊坡基本以全風(fēng)化層為主，認(rèn)定邊坡為土質(zhì)或類(lèi)土質(zhì)邊坡，沿海暴雨沖刷土質(zhì)、類(lèi)土質(zhì)開(kāi)挖后易發(fā)生滑塌，初步對(duì)高邊坡采用五級(jí)坡開(kāi)挖，一級(jí)坡與二級(jí)坡采用四束錨索支護(hù)，一級(jí)坡錨索長(zhǎng)度為30 m，二級(jí)坡錨索長(zhǎng)度為35 m，錨索框架采用C25混凝土澆筑，三至五級(jí)邊坡采取坡面防護(hù)。對(duì)典型高邊坡分工況計(jì)算：（1）令工況Ⅰ為正常工況，邊坡處于天然狀態(tài)；（2）令工況Ⅱ?yàn)楸┯旯r，邊坡經(jīng)受暴雨或連續(xù)降雨；（3）令工況Ⅲ為地震工況，邊坡承受地震等荷載作用；（4）令工況Ⅳ為地震與暴雨耦合工況，這時(shí)邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)及地震等荷載共同作用。邊坡設(shè)計(jì)方案需滿足安全系數(shù)要求，正常工況安全系數(shù)1.3，暴雨工況安全系數(shù)1.15，地震工況安全系數(shù)1.15，暴雨加地震工況安全系數(shù)1.05。

采用GEO軟件應(yīng)用Bishop法對(duì)該全風(fēng)化花崗巖高邊坡加固方案進(jìn)行驗(yàn)算，表1為勘察階段獲取巖土體參數(shù)，分步開(kāi)挖計(jì)算結(jié)果如下。

經(jīng)計(jì)算邊坡設(shè)計(jì)方案整體穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果如圖1所示。邊坡工程是一項(xiàng)地質(zhì)工程，由于地質(zhì)條件變化復(fù)雜，且隨著環(huán)境條件變化難以預(yù)測(cè)，特別在沿海地區(qū)，受降雨沖刷影響，地表水徑流路徑可能會(huì)發(fā)生較大程度的改變，同時(shí)滲流深度可能加大，使得邊坡出現(xiàn)大范圍滑塌的可能性提高。為保證高邊坡的穩(wěn)定及施工安全，首先將坡體頂部截水溝在雨季前施工完成，整體施工應(yīng)避開(kāi)雨季，嚴(yán)格保證開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，嚴(yán)禁邊坡開(kāi)挖后長(zhǎng)時(shí)間雨淋日曬，避免工程巖體性能惡化。

邊坡錨固工程具有隱蔽性，施工技術(shù)難度較大，但是邊坡加固工程的關(guān)鍵，確保錨索進(jìn)入中風(fēng)化巖體錨固段不小于2.0 m。錨固施工先進(jìn)行錨索施工，再進(jìn)行錨索框架施工，當(dāng)錨固體及錨索框架強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%時(shí)，最后進(jìn)行錨索張拉與鎖定。錨索安裝傾角為20°，以利于錨索穿過(guò)更多的層面。對(duì)邊坡兩邊開(kāi)挖后形成的臨空三角體，可根據(jù)實(shí)際情況在側(cè)面自然坡面上增設(shè)隨機(jī)錨索、掛網(wǎng)或進(jìn)行其他防護(hù)。對(duì)于錨索框架，當(dāng)邊坡兩側(cè)不夠做完整的一片框架時(shí)，可根據(jù)實(shí)際坡形做半片框架或其他方式進(jìn)行處理。對(duì)較破碎巖體，施工時(shí)應(yīng)下套管，成孔施工，必要時(shí)需二次注漿，確保錨索注漿壓力滿足設(shè)計(jì)要求。

邊坡開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)變形監(jiān)測(cè)，特別要加強(qiáng)施工安全監(jiān)測(cè)，邊坡加固施工完成后一年內(nèi)仍要對(duì)治理效果進(jìn)行檢查監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)精度及達(dá)到預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的目的。

5 結(jié)論

道路工程高邊坡設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，在沿海地區(qū)受水文條件影響，高邊坡治理難度極大。結(jié)合因地制宜、就地取材、綜合處治的思路，提出“深化調(diào)查—復(fù)核初步設(shè)計(jì)方案—優(yōu)化施工圖設(shè)計(jì)—?jiǎng)討B(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)施工”的高邊坡治理技術(shù)原則，有效解決了高邊坡設(shè)計(jì)、施工難點(diǎn)，不僅提高了施工的安全度，也降低了工程造價(jià)，不僅為道路工程高邊坡設(shè)計(jì)施工提供了借鑒，也可為其他復(fù)雜地質(zhì)條件高邊坡支護(hù)提供參考。

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收稿日期：2024-02-22

作者簡(jiǎn)介：馬聲剛（1983—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：路基、邊坡施工。