安航 李其良
中交第一公路勘察设计研究院有限公司 陕西西安 710075
摘要: 依托杭瑞高速公路贵州境思南至遵义段路堑开挖过程中出现的边坡滑塌问题，基于工程地质条件的分析明确了边坡滑塌的成因，主要是开挖切脚形成临空面同时岩土特性差导致的。据此，提出了保障边坡稳定的设计方案：放缓边坡坡率、完善破面截排水、加强锚索及锚杆框架防护，并总结了该防治方案的施工技术与要点。该处置方法取得良好的工程效果，可为类似工程提供借鉴。
关键词：路堑开挖；边坡滑塌；成因分析；设计与施工；处治方法
1 前言
道路工程施工过程中为了满足路线的设计标高要求，往往需要在复杂地形条件下进行路堑开挖。地基开挖过程中岩土的周围环境发生变化，特别是路堑开挖形成的边坡，如果岩土特性不好或存在不良地质，开挖中很容易导致边坡滑塌失效，危及施工人员安全并影响施工进度[1][2]。
本文依托杭瑞高速公路贵州境思南至遵义段第SZTJS-5合同段的施工为案例，该路段施工过程中左侧边坡出现了滑塌问题，事故虽未引起相关人员伤亡及损失，但对滑塌成因的详细排查分析，并提出滑塌边坡的设计与施工处治方法，对于确保该道路后续施工安全及运营稳定具有重要意义，该案例对于类似道路工程路堑开挖过程中的边坡防护，同样具有很强的借鉴价值。
2 依托工程概述
2.1 工程概况
依托工程为杭瑞高速公路贵州省思南县至遵义市区段的第SZTJS-5合同段，该区域是显著的山区环境，路段K176+790~K176+915的左侧边坡在路堑开挖过程中出现滑坡失效。项目区属构造侵蚀、剥蚀低山地貌单元，地形起伏较大，沟谷发育，山丘被切割较强烈；自然山坡植被发育，缓坡被开辟为农田，斜坡呈多级台阶状；该路段坡前为一东西走向的宽缓谷地，路线从斜坡前部、谷地北侧通过。
根据本次踏勘及前期勘察资料，该路段出露地层主要有第四系松散堆积物及下伏基岩，地层结构较简单，主要由巨大滚石、块石组成，粘性土、角砾、碎石充填，有架空现象。这其中，块石的最大尺寸可达2～3m，主要成分是泥灰岩、钙质泥岩组成。粘性土多呈褐黄色，局部呈青灰色，可塑状，含碎石，成分较杂。该层由崩坡积堆积形成，厚度约5~10m。
2.2 边坡滑塌情况分析
垮塌的边坡处于山体斜坡上。由于路堑开挖过程中施工切坡的影响，该边坡形成临空面使得坡脚失去支挡，斜坡稳定性降低，如图1所示。
(a) 滑塌边坡 (b)边坡危岩体
图1. 滑塌边坡的现场图
该边坡于9月26日地表出现局部变形及拉张裂缝，这些病害使得施工单位暂停路堑开挖并做好防水及安全等临时处理措施；9月29日边坡发生滑塌失效。该滑塌区呈现圈椅状，滑塌体长度约20m，宽度约70m，厚度约3~8m，总计达到6000方，属浅层滑塌，为了避免此类边坡在后续施工中出现滑塌问题，需要对边坡滑塌的成因进行系统分析，并据此提出设计与施工处治方法，保证边坡的稳定性，不影响后续使用及运营。
3 边坡滑塌的成因分析
边坡滑塌往往是内部因素和外部因素共同作用的后果，内部因素是岩土本身特性、出露形状、地形条件等，外部因素则是外部堆载及开挖、雨水冲刷等[3]。根据本工程项目的特点，其边坡滑塌产生的原因可以归纳为以下几方面：
首先，滑塌区域岩土特性不佳。该滑塌区上部土体较厚，且松散，主要由第四系崩坡积松散土体及泥岩、泥灰岩等软质岩石组成。松散体中有巨大滚石、块石，有架空现象，充填粘性土、角砾等，松散，透水性好。下部岩体主要为强风化泥岩、泥灰岩等软质岩石，岩石风化强烈，节理裂隙发育。这些岩土特性使得边坡本身就存在很大的稳定风险。
其次，滑塌区岩土出露状态不好。下部岩层产状300°~310°∠10°~13°，与边坡夹角50°，略倾向坡外。发育两组节理裂隙，实测J1节理裂隙产状10°∠85°，J2节理裂隙产状103°∠76°。裂隙面被铁锰质浸染，微张，平直，多被泥质充填，胶结程度差。延伸长度0.5~3m，贯通性好，岩体被切割呈块状。岩层的上述出露特点使得其稳定效果较差。
最后，施工因素及气候条件成为诱因。施工中公路建设开挖切脚形成临空面，斜坡自然应力状态发生变化，在不利地质条件及施工开挖共同作用下边坡稳定效果很差；当大气降雨入渗，粘性土被浸泡，滚石、块石表面被润滑，斜坡松散堆积土体强度降低；上述两种外界因素共同诱导致使边坡滑塌。
4 边坡滑塌的处治设计方案
根据对边坡滑塌区地质情况调查和滑塌原因分析，提出从以下几个方面进行设计处治：边坡坡率调整，完善截排水措施，加强工程防护，提高边坡稳定性。
(1) 坡率调整，根据滑塌成因分析是因为路堑开挖中导致边坡本身坡率较大，而岩土特性不佳，使得其稳定性具有很大危险。设计首先进行坡率调整，根据施工期实测断面及边坡地质调查，该边坡地面线和地质条件均有所变化，按原设计边坡稳定性差，容易失稳，将原二级边坡调整为五级。第一级维持原设计1:0.75，第二、三级坡率为1:1，第四、五级边坡坡率1:1.25，通过放缓边坡可以有效提高其岩土稳定。
(2) 设置截排水，雨水严重影响岩土特性从而影响其边坡稳定，原斜坡呈多级台阶状，自然坡度较小，大气降雨排泄条件一般，且岩土体透水性强，降雨入渗量大。设计中在斜坡后方平台外侧设置截水沟，中间平台设置排水沟，将坡面水流引入西侧冲沟，东侧引至潜在不稳定斜坡区以外，通过截排水提高边坡稳定。
(3) 采用锚索框架防护措施，由于该段边坡所在山体上部崩坡积松散层较厚，下部岩体风化强烈边坡放缓后边坡仍存在潜在滑动面，通过对垮塌区地质调查和边坡的稳定性分析，对滑塌区边坡在放缓边坡、完善排水的基础上加强边坡防护，防护措施为：第一级采用窗式护面墙，第二级采用锚杆框架，第三、四级采用锚索框架，第五级边坡采用人字形骨架。
最终设计的滑塌边坡设计治理方案如图2。
图2. 滑塌边坡的设计处治方案
5 边坡滑塌的施工技术与要点
根据滑塌边坡的设计处治方案，包含了放缓边坡、锚索框架、锚杆框架等施工技术，这些施工方法与要点总结如下。
5.1 边坡总体施工要点
(1) 路堑开挖过程中对于边坡应该自上而下进行逐层逐级开挖，开挖的土方石需要远离边坡避免堆积在破面上引起边坡失稳；
(2) 开展边坡工程防护工作前需要对破面进行清理，将松散岩块进行清理并且确保破面岩体凹凸差不超过0.1m，边坡超挖的区域采用浆砌块石回填，防护过程中需要每开挖一级就防护该级，确保边坡施工全过程的稳定性；
(3) 对于开挖边坡与自然边坡呈现小夹角的情况，应该采用转角开挖措施使得开挖到端部5~8m范围，这样可以最大程度确保自然边坡不发生滑塌问题；
(4) 开挖过程或者施工完后对于排水设施如截水沟、排水沟、水流槽等，应该时期连接顺畅，并在转角处平顺过渡使得不出现积水。截水沟沟底纵坡大于1:2需要增加耳墙，提高稳定性。
(5) 排水系统应与已开挖的排水系统顺畅衔接或根据实际情况对现设计的排水系统进行调整，以保证排水系统畅通又不重复开挖；
(6) 严格按照设计要求，定期对边坡进行观测，如边坡的变形、位移等情况在正常范围之外，应及时变更。
5.2 边坡锚索框架施工
对边坡进行预应力锚索框架梁的施工防护，其主要施工过程涵盖了钻孔、锚索安装、锚索灌浆与张拉、锚索防腐防护等技术环节，总结如下：
(1) 确保锚索钻孔质量与精度。锚索直径不能超过13cm，均按照20°下倾角进行设置，钻孔的轴线保持在公路路线的法向垂直面内提高加固效率，孔口施工误差控制在5cm内。钻孔过程因为借助机械设备，但需要保证不能损伤岩体，避免岩体裂隙扩散导致灌浆困难。
(2) 提高锚索安装便易性。锚索在安装前应该对索体本身进行防锈，避免后期使用中的耐久性不足问题；锚索施工中采用定位环和定位器，使得索体能够顺利安装并保持孔内居中，同时还不影响后续的灌浆施工质量。
(3) 保证锚索灌浆质量。灌浆为了确保压浆密实而不出现空洞，一方面应该采用高强水泥砂浆保证其强度不低于30MPa，并采用注浆方法保持压浆压力0.6~0.8MPa左右。灌浆完成后保持孔壁饱满，待孔内压浆水泥达到设计强度的70%以上后，就可以进行预应力锚索的张拉施工，一侧锚固在外部的框架梁上。
(4) 做好锚索后期防护措施。为了避免锚索因为外界环境侵蚀导致其退化严重和使用寿命折减，需要做好防锈和防腐处理，一般在自由段涂抹防腐剂而在锚固段只需要除锈即可，防腐处理完成后采用聚乙烯塑料套管进行隔离防护，锚头部分特别需要进行防腐并采用C25以上混凝土进行封锚。
5.3 边坡锚杆框架施工
锚杆框架施工与锚索框架施工内容及注意事项基本相同，主要注意以下施工事项：
(1) 锚杆框架支护设计。本工程中采用全长式水泥砂浆锚杆进行锚固设计，设置长度3~12m不等，直径布置25mm，在破面间隔2.0m×2.0m正方形布设，锚杆的安装角度严格垂直于破面，并采用C25现浇混凝土框架梁作为锚固段，框架梁设计截面尺寸为0.3m×0.3m。
(2) 锚杆安装精度控制。锚杆安装也需要严格控制其精度，一般要求偏差不超过5cm，钻孔与破面垂直其容差范围为2°，由于钻孔完成后的沉渣问题，应该使得钻进长度大于设计0.2m，成孔完成后采用高压空气进行孔内杂质的清除。
(3) 钻孔过程避免带水钻进，这就要求雨天施工做好排水处理，避免有水情况下钻进过程导致边坡稳定恶化，钻孔中控制钻进速度、地层变化等，如果出现塌孔需要及时进行灌浆处置，待灌浆加固达到强度后才能继续钻进。
(4) 锚杆框架施工按照分片进行，每间隔20~25m需要设置2cm左右的伸缩缝，使得表面框架梁不因为温度作用及破面变形产生破坏，每片框架由三根竖肋和五根横梁组成，框架梁施工完成后进行空格区域内的三维网植草。
6 结论
路堑开挖过程中对岩土环境具有较大的扰动，开挖形成的边坡很容易滑塌失效，危及施工安全和建设工期。论文依托杭瑞高速公路贵州境思南至遵义段路堑开挖过程中的边坡滑塌问题，根据工程地质特点对滑塌成因进行了详细分析，并给出了设计与施工处置方案，为工程后续施工安全及运营稳定提供了很好的支撑。该案例对于类似道路工程路堑开挖过程中的边坡防护，同样具有很强的借鉴价值。
参考文献:
[1] 李洪峰; 李金宝. 浅谈高边坡道路的滑坡与治理措施[J]. 北方交通, 2012 (6): 4-6.
[2] 陈黎阳. 高速公路高边坡滑塌治理方案浅析[J]. 公路, 2016, 61(12): 74-76.
[3] 严红, 吴晓旭, 魏国容. 道路边坡的滑坡因素分析和防治措施[J]. 城市道桥与防洪, 2017 (8): 74-76.
作者简介：安航（1984-），男，汉族，四川南充人，硕士研究生。路桥工程师，从事公路工程设计工作。
论文作者:安航,李其良
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/20
标签：框架论文; 岩土论文; 斜坡论文; 防护论文; 钻孔论文; 过程中论文; 松散论文; 《防护工程》2018年第4期论文;