摘 要 : 针对处于紧邻既有道路破碎层花岗岩高边坡地区的公路边坡 ,为降低剥采比，实现复杂破碎岩体条件下的边坡施工，综合考虑破碎层花岗岩高坡面与岩体层面、岩体质量及边坡重要程度等因素，在进行稳定性分析时外界干扰是一个重要因素。针对破碎层花岗岩边坡稳定性的研究 ,结合动力有限元方法 ,分析水平和垂直动荷载条件对边坡稳定性的影响。并与具体的工程实例相结合 ,通过计算结果得到的应力、位移等变化趋势 ,确定边坡在外力的作用下的潜在不稳定区域。为了保证坡脚下公路的安全性 ,得出边坡受到外力动荷载作用后对边坡的影响 ,针对边坡的失稳提出相应的支护措施建议。
关键词 :紧邻既有道路 ; 破碎层花岗岩 ; 有限元方法 ; 稳定性分析 ; 支护措施
随着时代的发展和社会的进步，我国社会经济也在不断发展和进步，公路的建设也在如火如荼的进行，大量公路建设不断涌现，就使得公路的边坡问题不断出现，目前国内外对高边坡破碎层花岗岩施工的研究较少、而高边坡破碎层花岗岩又是比较常见的质量隐患。
在高边坡施工过程中，边坡稳定与道路安全和经济效益紧密相关。对于复杂破碎不良岩体，通常采用分层开挖。据测算，一座大型的高边坡，若最终边坡角提高 1°，则可减少废石剥离量约几万立方，节省成本近千万元，因此，复杂破碎高边坡开挖一直是岩石力学的重要课题。
本文以福建省莆田联十一线公路工程项目为依托，花岗岩高边坡以碎裂结构和散体结构为主，岩体卸荷、风化深度大，边坡大部分处在强卸荷和全强风化带内，加之边坡坡度较大，其稳定性相对较差，遇水易软化而垮塌，是复杂破碎不良岩体边坡，具有地质构造复杂、岩体破碎，该部分极易产生大量裂隙，破坏岩体整体性，在水、空气、温度等自然营力的侵蚀、剥蚀、风化作用下，各段高边坡均有不同程度失稳和破坏的可能。为降低边坡比，实现复杂破碎岩体条件下的开挖，针对上述情况，分别采取了喷锚网支护、喷锚网+长锚索支护、长锚索+砼框架支护、挡土墙支护等方式的大面积边坡加固治理综合措施，有效维护了露天边坡的稳定性。
1 工程地质
本项目工程位于莆田市荔城区黄石镇，根据本合同段地质勘察报告，场区各类地地貌主要为冲海积平原及丘陵地貌为主，地表平坦开阔，分布主要由人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲海积层（Q4al-m）、第四系坡残积层（Qel-dl）、燕山期侵入花岗岩（γ52）及辉绿岩（βμ）。根据区域地质资料结合现场地质调查：项目区场地属长乐-诏安断裂带区域内平潭清峰-东山澳角断裂。据合同段地质勘察报告钻孔揭露，桥址区上部为第四系人工填土层、第四纪冲海积层、残坡积层；下伏基岩为燕山早期侵入花岗岩及风化层。岩性以英安岩、晶屑凝灰熔岩、流纹质（含角砾）晶屑熔结凝灰岩夹凝灰岩、砂泥岩为主，岩石新鲜呈浅灰色，风化后呈灰白色，岩石由火山碎屑物和酸性熔岩组成，具晶屑凝灰熔岩结构，斑杂构造；本工程边坡高度为 5m~15m ，坡面角为 55°~75°，整体边坡角为 34°~40°，边坡总的长度超过 400m，项目共爆破石方约为43.33万方。
2 变形破坏模式
根据同类公路高边坡经验以及多年的现场工程实践和观察，本工程边坡变形破坏模式主要如下。
(1) 顺层滑坡。边坡岩体以薄层到中厚层黏土岩为主，层理面光滑，层理之间充填物有遇水泥化现象。当岩层与边坡走向、倾向近似一致，边坡倾角大于岩层倾角时，易产生层理之间的顺层滑移，并造成边坡台阶顺层失稳。
（2）倾倒滑坡。岩层走向与边坡走向近似一致，岩体倾角大于 70°，当下部台阶开挖后，在自重应力、雨水和爆破震动的多重因素作用下，易产生倾倒破坏。
（3）松散土体整体滑坡。边坡四周的松散土体，其内聚力及内摩擦角比较小，随着下部边坡台阶的开挖，原有的力学平衡被打破，尤其受南方地区多雨天气的影响，往往在大雨过后出现松散土体的整体滑移失稳。
3 边坡加固措施及效果
莆田联十一线公路项目高边坡根据边坡重要性和可能出现的破坏模式，采取了长锚索、喷锚网、钢带和挡土墙支护等边坡治理综合措施，取得了良好效果。下面结合莆田联十一线公路项目高边坡的现场实践，分别阐述各种边坡加固措施的作用机理、适用范围、技术参数、施工步骤，以及支护效果和优缺点等。
3.1 喷锚网+长锚索支护
3.1.1 作用机理及适用范围
长锚索加固深度大，能够将潜在的滑坡体锚固于滑移面下稳定的岩体中，主动对边坡松散岩层施加正应力，增大了抗滑力，使坡体趋于稳定。全段高压注浆锚固使浆液渗透到岩体裂隙内，提高了破碎岩体自身强度。喷锚网联合作用，阻止了空气及水对岩体的风化和潮解、膨胀、泥化引起的岩体强度降低，有效固定长锚索间的松散岩体，还可以将长锚索的作用力均匀地分布于边坡坡面，保持了边坡的稳定。该种支护方式适用于运矿道或清扫平台下岩体相对破碎，可能产生顺层滑坡、楔形体滑坡和倾倒滑坡的边坡治理。
3.1.2 技术参数及施工步骤
支护参数如下。
长锚索。长锚索孔直径为 90mm，每孔安装 2 根直径×长度为 15.24 mm×12 m 的钢绞线，垂高为 10 m 的台阶，共布置 3 排长锚索，排距 3.6 m，间距 2 m，长锚索采用全长锚固。
锚索注浆。采用 P.C 32.5 级水泥配制纯水泥浆，水灰比 0.35~0.40。
喷射混凝土。喷射混凝土厚 60~80 mm，28 d 单轴抗压强度大于 15 MPa。
锚杆。采用直径×长度为 34mm×1.8 m 管缝锚杆，锚杆间排距 2m×2 m。
钢网。采用长×宽为4m×2.5 m，直径为5 mm 的钢网。
采用平面破坏计算方法可知：上述加固方式的边坡台阶安全系数大于 1.2，能够保证台阶的稳定。
施工时，随着边坡的开挖，逐层钻凿长锚索孔，安装锚索并注浆，台阶高度 10 m 的边坡形成后，一次性挂网，用管缝锚杆固定钢网，安装长锚索锚具，之后喷浆，以封闭岩面。
3.1.3 支护效果及优缺点
该种支护方式是莆田联十一线公路项目高边坡应用最广、支护效果最好的边坡处理措施，共计支护面积约 1200 m2，经过 1年多的工程实践，所有支护区域均保持稳定。
其优点是支护效果好、适应面广，缺点是施工工艺复杂、施工周期长、支护成本高。
3.2 长锚索+砼框架支护
3.2.1 作用机理及适用范围
长锚索可充分发挥其锚固深度大、锚固效果好的优势，钢带可将同排长锚索连接成一个整体，维护长锚索间岩体的稳定性，避免长锚索周围岩体的松动脱落最终引起长锚索支护效果降低的弊病。该种支护方式适用于：(1) 边坡失稳不会产生严重后果的区域；(2) 岩体边坡坡面与岩层层面近似一致，岩体为薄至中厚层黏土岩或黏土岩砂岩互层，整体稳定性性较好的局部边坡；(3) 岩体质量稍差但岩层层面与边坡坡面法线方向近似垂直，或呈大角度相交的边坡。
技术参数及施工步骤
支护参数如下。
长锚索。长锚索孔直径为 90mm，每孔安装 2 根直径×长度为 15.2 mm×12 m 的钢绞线，垂高 10m 的台阶，共布置 3 排长锚索，排距 3.6 m，间距 2 m。
锚索注浆。采用 P.C 32.5 级水泥配制纯水泥浆，水灰比 0.35~0.40。
砼框格梁施工。把框格梁位置坡面清理干净，人工绑扎钢筋后支牢模板，并在锚索位置套上2.5cmPVC 管;采用分段浇筑砼，浇筑时振捣要均匀、密实，保证浇筑质量。框格梁混凝土浇筑前，应先清除孔口周围及建基面上的碎石及泥土，然后绑扎钢筋、立模，并同时安装定向筋、定位管及固定锚垫板。锚垫板可作为框格梁端面模板固定在定位管端部，锚垫板必须与定位管轴线垂直。框格梁混凝土强度等级：C25，斜托强度等级：C30。浇筑时应加强振捣，以确保混凝土的均匀密实。并养护。砼框格梁规格600 mm × 600 mm, 纵梁水平间距3.5 m, 横梁沿坡向间距4.25m, 主筋为φ250 mm 通长配筋,箍筋为φ120 mm 。
采用平面破坏计算方法，上述加固方式的边坡安全系数大于 1.2，能够保证台阶的稳定。
施工时，随着边坡的开挖，逐层钻凿长锚索孔，安装锚索并注浆，同水平长锚索间用钢带连接，长锚索托盘固定钢带，长锚索注浆、钢带及锚具安装也可滞后于下部边坡开挖一段时间。
支护效果及优缺点
该种支护方式共计支护面积约 200 m2，支护效果良好。但由于岩体破碎，初期上、下排长锚索之间部分岩体松动脱落，并逐渐发展至长锚索托盘下部，最终导致长锚索支护失效，边坡失稳。可见对于岩体比较破碎区域，更宜采用喷锚网+长锚索支护。
其优点是支护工艺简单，施工效率高、支护成本低，缺点是一旦长锚索间岩体发生松动脱落，可能导致边坡逐步松动并最终失稳破坏。
3.3 喷锚网支护
3.3.1 作用机理及适用范围
采取喷锚网支护，可确保该区域围岩自身强度，防治围岩逐层失稳脱落及岩体风化崩解。该种支护方式适用于边坡整体稳定性较好，但局部岩层为黏土岩，或砂岩黏土岩互层的破碎区域局部加固支护。
技术参数及施工步骤
喷射混凝土。喷射混凝土厚 60 mm，28 d 单轴抗压强度大于 15 MPa。
锚杆。采用直径×长度为 34mm×1.8 m 管缝锚杆，锚杆间排距 2m×2 m。
钢网。采用直径为 5 mm 的钢筋焊接制成，钢网长 4 m，宽 0.5 m，正方形网孔规格为 100 mm×100 mm。
施工步骤为：边坡坡面形成后，清理干净边坡表面浮石，采用管缝锚杆挂网，并一次性喷射混凝土。
支护效果及优缺点
莆田联十一线公路项目高边坡也采取了该支护方式，共计支护面积约 4 000 m2，对维护局部区域边坡表面岩体的封闭和加固具有良好作用。该支护方式施工设备简单、作业方便、支护成本低廉，主要用于坡面岩体的封闭和加固，支护强度及作用范围有限，一旦边坡出现整体位移，则会迅速开裂破坏。
4 结论
莆田联十一线公路项目高边坡变形破坏模式主要表现为顺层滑坡、倾倒滑坡和松散土体整体滑坡，根据边坡坡面与岩体层面空间关系、岩体质量及边坡重要程度，采取大面积综合加固措施，支护总面积达到 4200 m2，使坡面角达到 45°~55°，整体边坡角达到 30°~40°，边坡总的长度超过 400m，改变了传统的复杂破碎岩体边坡缓帮开采模式，实现了高边坡陡帮开采，取得了良好的经济效益。
喷锚网及长锚索支护，适用于边坡或清扫平台下岩体相对破碎，可能产生顺层滑坡和倾倒滑坡的边坡治理，具有支护效果好、适应面广，缺点是施工工艺复杂、施工周期长、支护成本高。
长锚索+砼框架支护适用于边坡失稳不会产生严重后果的区域，边坡坡面与岩层层面近似一致的边坡，或岩体整体稳定性较好的局部边坡，优点是施工效率高、支护成本低，缺点是一旦长锚索间岩体发生松动脱落，可能导致边坡逐步松动并最终失稳破坏。
喷锚网支护适用于边坡整体稳定性较好，但局部破碎区域的补强支护措施，具有施工设备简单、作业方便、成本低廉的优势，但支护强度及作用范围有限，一旦边坡出现整体位移，则会迅速开裂破坏。
参考文献：
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论文作者:李雅杰,,胡永深,,刘兴华
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/26
标签：稳定性论文; 岩层论文; 花岗岩论文; 滑坡论文; 莆田论文; 公路论文; 台阶论文; 《建筑实践》2019年第12期论文;