高邊坡綜合防護及滑坡治理分析

李 斌

(中鐵十八局集團 第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

長期以來,路基高邊坡綜合防護施工都是高速公路施工的薄弱環節。20世紀80年代以前,我國主要以低等級公路建設為主,交通量比較小,深挖高填少,投資也比較小。邊坡防護并不是高速公路建設的主體工程,邊坡問題造成的影響和損失比較小,因此在實際施工中并沒有得到高度重視。20世紀80年代以后,我國高速公路建設飛速發展,對高速公路路基高邊坡防護成效提出了更高的要求,但高速公路路基高邊坡防護技術系統化經驗依然缺乏,其實踐經驗和技術理論還不夠成熟,經常出現邊坡坍塌問題[1],導致交通中斷,引發系列安全問題和社會問題。為避免這些問題的頻繁發生,對高速公路路基高邊坡綜合防護技術及滑坡治理技術研究已經迫在眉睫,早日提出有效的解決方法,是促進我國高速公路事業持續穩定發展的關鍵。

1 工程概述

廣東省云浮羅定至茂名信宜(粵桂界)高速公路是廣東省高速公路網規劃的“九縱線”羅陽高速公路與“十縱線”包茂國家高速公路的聯絡線,貫通廣東西北區域與廣西壯族自治區的東部,東接在建的羅陽高速公路,西接廣西壯族自治區規劃的浦北至北流(清灣)高速公路。本合同段位于信宜市平塘鎮及錢排鎮,起訖樁號為K52+650—K59+825,全長7.175 km。筆者以K57+020—K57+200段高邊坡防護為背景進行分析,其防護形式有客土噴播、三維網植草、錨桿格梁、錨索框梁,此高邊坡共分6級,坡高56 m,分段長度180 m,位置靠段落右側,具體各級坡率及坡高等數據如見表1所示。

表1 K57+020—K57+200段落高邊坡路塹工程表

高邊坡處于低緩丘陵帶,地形起伏較大,坡體地面標高約450～520 m,右邊坡設計坡向175°,設計坡角約45°。山體植被發育較好,生長松樹、三華李及各種灌木、蕨類植物。

根據地質鉆探及測繪結果,邊坡覆蓋層主要由第四系坡殘積粉質黏土、碎石組成,基底由加里東期花崗巖及其風化層組成。邊坡坡體范圍內未發現斷裂構造形跡,該邊坡為土巖混合邊坡,坡體第四系覆蓋層及全-強風化較厚,植被發育,坡體范圍內測得部分節理裂隙產狀數據。Z201-X1為順傾不利結構面/楔形體,易發生滑動破壞;Z201-X1-Z201-X2為順傾不利結構面/楔形體,易發生滑動破壞。區內氣候溫和,雨量充足,地表徑流對坡面及坡腳的沖刷較大。地下水主要來源為大氣降水。

2 高邊坡綜合防護

由于本工程地形地貌和地質水文條件比較復雜,不同路段、不同結構需要采取與之相適應的高邊坡防護技術,才能提升高速公路路基高邊坡防護效果。根據設計要求將邊坡挖至設計位置后,再刷坡。按照自上至下,由兩側向中間的順序進行分級分段施工,每開挖1級,緊跟1級防護,綠化1級。防護工作開始前,具體檢查邊坡坡體地質情況,邊坡平面位置及坡率,各級平臺標高和寬度,經監理工程師驗收合格后方可開始施工。對于穩定的挖方路基邊坡,主要采用噴播植草、三維網植草等予以防護;對于欠穩定或不穩定的挖方路基邊坡,主要采用錨桿或錨索框梁、客土噴播等措施進行加固防護。

2.1 客土噴播防護

K57+020—K57+200路塹邊坡路段地處低緩丘陵,地形起伏較大,坡體地面標高約459～520 m,右設計坡向約175°,設計坡角45°。邊坡主要由第四系坡殘積粉質黏土和加里東期花崗巖及其風化層組成,滿足各類植物生長發育的要求。因此,此路段適宜采用噴播植草防護技術,從而為后續各級邊坡施工打好基礎。

掛網客土噴播技術是先將土工格柵網(鍍鋅鐵絲網)沿坡面縱向鋪蓋在邊坡上,然后將客土、種子及綠化料、長效肥料等按比例配合,并放入專用設備內充分混合后,通過空氣壓縮機噴射到坡面上[2]。

1) 對邊坡進行清理,清除雜物及巖塊,修整坡面轉角處及坡頂的棱角呈弧形,平整作業面,以便于進行客土噴播施工及增強綠化效果。對于光滑巖面,可在作業面上每隔一定高度開一個橫向槽,以增加作業面的粗糙度,使客土對作業面的附著力加大,避免客土下滑[3]。

2) 截、排水溝施工。在平臺設置排水溝,在邊坡適當位置設置踏步式急流槽。

3) 掛網施工,6 cm客土噴播采用土工格柵網、8 cm客土噴播采用鍍鋅鐵絲網。土工格柵網采用GSL20/PE雙向拉伸土工格柵網。鍍鋅鐵絲網的鐵絲直徑為2.2～2.4 mm,網眼尺寸一般為(5～5.6) cm×(5～5.6) cm。

圖1 掛網客土噴播平面圖(單位:cm)

4) 客土噴播時要盡量采用適合當地自然條件和氣候條件的草種,根據實際情況添加0%～20%的灌木種子。為保證混噴厚度和草籽分布的均勻性,在進行噴播時,把控好風壓,盡量在穩定的風壓下自上而下進行兩次噴播,先噴播3 cm厚,待客土穩定10～20 min后,再噴至設計厚度。若遇硬坡或巖性破碎段可適當增加噴層厚度,具體客土噴播護坡厚度見表2。

5) 完成噴播之后,按30 g/m2及時覆蓋上土工膜,以防止雨水沖刷。要及時做好灑水、病蟲害防治及補播等養護工作[5]。

2.2 三維網植草防護

K57+020—K57+200路塹邊坡坡體范圍內未發現斷裂構造形跡,該邊坡為土巖混合邊坡,坡體第四系覆蓋層及全-強風化較厚,植被發育,坡體范圍內測得部分節理裂隙產狀數據,區內氣候溫和,雨量充沛,地表徑流對坡面坡腳的沖刷較大。為解決雨水對邊坡沖刷造成的影響,確保高邊坡路基的穩定,6級邊坡采用三維網植草防護技術,具體做法:人工清除路基邊坡上的雜物及塊石,并于路基邊坡頂部和底部沿著邊坡走向分別開挖出一條矩形溝槽。三維植被網在坡面縱向全覆蓋鋪設。在鋪網操作時,首先將三維網伸出80 cm鋪設于坡頂溝槽內并用方木樁固定,然后在溝槽內回填土進行人工夯實,再順坡自上而下鋪設。相鄰三維網搭接重疊寬度不低于10 cm,U型鋼筋梅花形布置,相隔200 cm,坡面用U型釘進行固定,鋪設坡底時,將其伸出80 cm,埋入坡腳溝槽內,用方木樁固定三維植草網,并填土夯實[6]。等三維網全部鋪設完成,再用機械設備噴播草種,分層覆土,灑水潤濕,噴播完成后及時覆蓋上無紡布。

2.3 錨桿格梁防護

高邊坡每開挖一級后根據圖紙要求,采用錨桿格梁護坡、預應力錨索框架梁護坡等方式及時進行加固,再向下開挖,每施工一段加固一段。K57+020—K57+200的2級坡在開挖過程中發現巖層極破碎,且經過多天大雨沖刷,2級坡出現了不同程度的滑塌,情況較嚴重,僅憑植草技術難以實現對邊坡的有效加固。案例工程對2級邊坡采用錨桿格梁防護技術。

1) 檢查坡面的穩定情況,清除不穩定的石塊或其他雜物,對坡面極為不平整處進行平整,凹陷處采用石塊進行填補,對于光滑巖面需要通過挖掘橫溝等方式進行加糙處理。根據設計圖紙將錨桿位置放出,并做清晰標識。

2) 鉆孔時根據確定好的每個孔的位置,控制孔位誤差低于±2 cm,傾斜度不能超過5%。在鉆孔施工中采用空壓機供風,淺水鉆無水干鉆成孔,鉆孔深度要大于設計深度50 cm以上。鉆桿與水平夾角呈20°,鉆機及其安放操作平臺均牢固穩定。鉆孔深度大于設計深度0.5 m以上。鉆孔傾角和方向符合設計要求,傾角允許誤差±1.0°,利用高壓風將鉆孔中的巖粉和積水清除,并對鉆孔質量進行檢查,檢查合格后灌入M30水泥砂漿。

圖2 錨桿主筋結構(單位:cm)

安裝前,需保證每根鋼筋順直、無銹、無油污。先核對錨孔編號無誤后,再安裝錨桿體,接著用高壓風吹孔,利用人工緩慢將錨桿體放入孔內,并用鋼尺量測露出孔外的錨桿長度,推算孔內的錨桿長度,確保錨固長度滿足要求。

4) 采用M30水泥漿通過孔底返漿法進行注漿,注漿壓力控制在0.6～1.0 MPa范圍內。注漿結束時,由孔底緩慢抽出注漿管,在孔口冒漿至少10 s后可停注,并且注漿量不得少于計算量。在此期間嚴禁拔出注漿管,注漿完畢待漿液收縮后,采用M30水泥漿對孔口進行補漿,且需在水泥漿中添加阻銹劑。注漿結束后,清洗干凈注漿管、注漿套管及注漿槍,并做好注漿記錄[8]。

5) 最后進行錨梁施工,邊坡高度為10 m,邊坡坡率分別為1∶1,1∶0.75,錨桿格梁尺寸為30 cm×30 cm,錨桿縱橫梁間距均為3 m,按照設計圖紙尺寸,側放出框架縱梁、橫梁位置及施工起始范圍?？屯羾姴ブ膊莞窳呵度胪翆由疃葹?0 cm,噴播植草格梁嵌入土層深度為25 cm。按框架豎梁、橫梁尺寸及模板厚度精確挖出單根梁肋輪廓,采用人工及風鎬等小型機具進行開挖。開挖完成后修整梁肋輪廓,要求線型平直順滑,基底密實無浮土,然后用2 cm厚水泥砂漿對基底進行找平。

2.4 錨索框梁施工

K57+020—K57+200的1級坡在開挖過程中發現巖層破碎,又經過大雨,出現了不同程度的滑塌,必須采取緊急措施予以邊坡加固處置:修整滑塌部位,對土體進行反壓,之后用C20混凝土修整坡面。邊坡的穩定性比較差,需要采用錨索框架梁+客土噴播等加固措施進行防護。錨索框架梁施工流程大部分與錨桿格梁施工相同。不同處為錨索注漿采用二次高壓劈裂注漿,錨固段和自由張拉段要同步灌注M40水泥砂漿,一次性注漿完成,控制注漿壓力為0.6～1.0 MPa。灌漿結束的標志為孔口冒漿持續10 s以上。在進行張拉鎖定之前,需要對張拉設備進行檢測。為保證鋼絞線張拉時受力的均勻性,在成束張拉之前,要保證錨索體處于平順狀態。先用小型千斤頂對單根進行張拉,確保鋼絞線平順及受力均勻后,提升張拉力至設計張拉力的0.1～0.2倍,并進行1或2次預張拉,保證錨固體各部分接觸密實;分別以25%,50%,75%,100%,120%分級張拉,前4級每級張拉完成后持荷2～5 min,5級張拉完成后需要持荷20～30 min。張拉完成后應及時開展封錨操作,接著進行框梁澆筑,先用厚度為3～5 cm的水泥砂漿進行基底找平,對超挖較大懸空處采用漿砌片石嵌補邊坡?；炷翝仓r用振動棒振搗密實,尤其對錨孔周圍,需仔細振搗。澆筑完成后,及時采用土工布覆蓋灑水養生至張拉齡期。在澆筑錨索框梁混凝土前,將錨具中的螺旋筋、錨墊板和鋼套管按要求固定在縱梁鋼筋上,與錨孔同向,平整擺放。橫梁每12～18 m設一道伸縮縫,伸縮縫寬2 cm,用瀝青麻筋填塞[9]。施工結束后,進行錨索框梁拉拔試驗,試驗數量不小于總錨索的5%。錨索框架立面見圖3。

3 高邊坡滑坡治理優化

K57+020—K57+200高邊坡共分6級,坡高56 m,在高邊坡施工中對產生的滑塌情況進行變形機理分析,其原因主要體現為:1) 線路因深挖方形成路塹高邊坡,開挖方量較大,致使坡體開挖后地應力調整大,易形成較大的松弛區,從而導致邊坡的穩定性降低。2) 構成本邊坡的主要巖土體為粉質黏土和全—強中風化花崗巖。二元結構邊坡,存在巖土界面失穩的可能。3) 邊坡開挖后,在水的作用下容易沿結構面出現巖體崩塌、沖溝等災害。4) 該段邊坡右側為垃圾填埋場,主要成分為生活垃圾,欠壓實,易失穩,易產生污水。5) 開挖后巖層極破碎,且該地區臺風暴雨頻發,是產生滑塌的主要誘因。同時,需根據其變形原因,提出針對性的治理優化措施。

3.1 3級坡滑塌情況分析及治理優化

開挖揭示巖層極破碎,3級坡施工時土質邊坡右側出現了滑塌,經現場調查,邊坡沿3級平臺垮塌到2級平臺,邊坡傾向175°,3級坡傾角53°,現場測量得到兩組結構面200°∠38°,148°∠40°,結構面連續、光滑,角度較緩且與邊坡小角度斜交,為不利結構面,兩組結構面組合178°∠36°,是導致邊坡滑塌的主要因素。采取如下處置措施:3級坡按原設計坡形坡率進行反壓+四排錨索框梁(防護范圍加長、錨索長度加長)+6 cm客土噴播+C20混凝土修復坡面施工。

3.2 2級坡滑塌情況分析及治理優化

K57+020—K57+200的2級坡在開挖過程中出現巖層極破碎現象,又經過連續多天的大雨,2級坡出現了不同程度的滑塌,情況較嚴重。經現場調查發現邊坡傾向和不利結構面跟3級邊坡相似,以3級邊坡治理方式修整滑塌部位,對土體進行反壓,再用C20混凝土修整坡面。2級坡改為使用錨索框架梁防護技術(圖4)。

圖4 2級滑坡治理立面(單位:m)

3.3 1級坡滑塌情況分析及治理優化

K57+020—K57+200的1級坡現場開挖揭示,該邊坡為順層坡,巖層極破碎。在開挖過程中該坡面局部多次發生滑塌,經現場調查邊坡傾向和不利結構面與2～3級邊坡相似,修整滑塌部位,對土體進行反壓,之后用C20混凝土修整坡面。為提高滑坡治理效果,將1級坡改為錨索框架梁并增加泄水孔(圖5)。

圖5 1級滑坡變更后邊坡立面(單位:m)

3.4 綜合邊坡防護技術優勢

K57+020—K57+200高邊坡在施工時,從3級坡開始,邊坡圍巖變差,巖質破碎,出現滑塌現象。對邊坡防護形式及時進行了調整,之后又由于多天的大雨及臺風天氣帶來的影響,2級坡及1級坡出現了不同情況的滑塌現象,情況比較嚴重,給施工帶來了不小的影響。經現場確認,及時調整施工,由于4～6級邊坡已完成施工,坡率無法調整,則3級坡按原設計坡形坡率進行反壓+四排錨索框梁+6 cm客土噴播+C20混凝土修復坡面施工;2級坡改用錨索框架梁+8 cm客土噴播防護;1級坡改為采用錨索框架梁+8 cm客土噴播防護。施工完成后,采用全站儀、水準儀及應力計對位移監測樁及錨桿測力計進行邊坡監測,平均位移速率不大于2.5 mm/d;累計沉降量及位移量都控制在標準范圍內,防護成效良好。實踐證明:經過對滑塌部位進行以上優化調整后,高邊坡滑塌部位得到了及時治理,成效顯著,達到了長期防護的效果,確保了施工質量,有利于維護生態平衡,值得大力推廣?；轮卫砬昂髮Ρ纫妶D6。

圖6 滑塌防護技術治理前后對比

4 結 語

高速公路高邊坡防護施工具有較強的綜合性和系統性的特點決定了其施工的復雜性。高邊坡防護效果決定著高速公路運行的安全性能。在高邊坡滑塌防護技術中,需根據現場實際及區域地質,及時調整防護措施。3級坡在按原設計坡形坡率的條件下進行反壓,并采用4排錨索框梁,以6 cm客土和C20混凝土進行坡面的噴播防護和修復;2級坡采用錨索框架梁,以8 cm客土噴播防護;1級坡采用錨索框架梁,以8 cm客土噴播防護。施工過程及時治理滑塌部位,以確保長期有效的防護效果與施工質量,提升高邊坡的穩定性,實現與周邊環境相互融合的生態景觀,體現人與自然和諧的生態理念。