高陡基岩薄层覆土坡面防护方案研究

高陡基岩薄层覆土坡面防护方案研究

李春

中电建路桥集团有限公司四川分公司四川成都610041

摘要：在西南山区改扩建道路难免遇到高陡边坡的防护与加固问题，高陡边坡薄层覆土的坡面常在雨季因防护较弱而发生坍塌或者滑坡现象。针对泸州市某岩质超限高边坡挡墙墙体开裂、滑移等严重损坏现象，提出重力式挡墙+放坡+格构锚杆防护+植草绿化+排水系统的方案，经过专家组综合论证并实施。有效的解决了岩质超限高边坡的加固难题，为工程设计和实践操作提供一定的参考依据。

关键词：岩质边坡；超限高边坡；加固治理

前言

在西南山区改扩建道路难免遇到高陡边坡的防护与加固问题。高陡边坡薄层覆土坡面的长期稳定性常被忽略，在雨季因边坡失稳造成滑坡或者坍塌而阻断交通的事情时有发生。因此，在明确高陡边坡地质情况和破坏特征的基础上，采取经济合理、耐久性好的的防护措施，是保证高边坡稳定的有效办法[1-2]。泸州市合江县某岩质边坡采用预制混凝土块和浆砌片石挡墙，坡高34m，局部墙体开裂，墙面破损严重，部分路段边坡未设置挡墙，两侧边坡表层多为松散土层和强风化石层且厚度较薄，如遇连续降雨，松散土石受到雨水冲刷或长时间浸泡，强度降低易发生滑移甚至塌落，存在失稳等安全隐患，不仅影响居民出行和城市形象，而且制约了城市的快速发展[3]。针对该岩质超限高陡边坡挡墙墙体开裂、滑移等严重损坏现象，笔者提出重力式挡墙+放坡+格构锚杆防护+植草绿化+排水系统的方案，经过专家组综合论证实施且防护效果较好，有效的解决了岩质超限高边坡的加固难题，为工程设计和实践操作提供一定的参考依据。

1.工程概述及特点

项目位于合江县城西侧。目前该路段两侧边坡灌木丛生，灌木树枝冒过墙顶遮挡部分人行道。部分路段边坡未设置挡墙，已有滑移现象。特别是与成渝高速交接处，由于施工对原有挡墙造成破坏，道路两侧边坡现状，存在潜在的失稳边坡安全隐患。因此，本工程项目的实施，对于加快城区的建设，促进合江县的经济和社会发展具有十分重要的作用[4]。

1.1地质岩性

沿线出露的地层主要有第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）全新统冲洪积（Q4al+pl）全新统人工堆积层（Q4me）全新坡洪积层（Q4dl+pl），侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）中统遂宁组（J2sn）中统沙溪庙组（J2s）。

1.2滑移原因分析

在修建道路及上部便道过程中，对该地段山体进行开挖,破坏了山体的整体平衡，形成该段人工高切坡；上部便道行车振动频率较大，处理不当可能导致边坡失稳、垮塌等环境地质问题[5]。

场地现状边坡已经成型，边坡现状整体稳定，边坡破坏主要是表层土的滑动，边坡坡脚为市政道路，具有安全隐患[6]。

1.3加固方案比选

防护段范围高度约34米，针对该防护段的设计方案进行了安全专项论证。根据论证结果的建议，把坡脚仰斜式挡墙修改为板肋式锚杆挡墙加固原挡墙，避免了挡墙基础开挖，确保施工的边坡临时稳定性。并根据会议建议及地勘报告，边坡现状稳定，锚杆框架梁主要为进一步加固表层土，满足绿化需要，所以把锚杆长度由8m改为6m，锚杆由3根φ18螺纹钢改为1根φ25螺纹钢。细化了截排水设计，完善了边坡施工要求及“动态设计、信息法施工”等[7]。

2.加固方案论证分析

11-5#挡墙段坡面较陡，且挡土墙较高，设计采用锚杆框架护坡绿化，坡脚设置肋板式挡墙加固原挡墙，挡墙高6m~8m，坡面斜率1:1，上部框架锚杆钢筋为1根直径25mm三级螺纹钢，长6m，锚固段长3m，间距3m。下部肋板锚杆钢筋为3根直径20mm三级螺纹钢，长8m，锚固段长3m，间距2m。

2.1稳定性计算

选取边坡11-5#挡墙段表层覆土最厚处5-5截面，覆土厚度约1.5m，选取该截面进行设计验算，剖面图如图1所示。

图1.11-5#挡墙段5-5截面剖面图

对5-5截面稳定性计算：

上块传递推力=202.323(kN)推力角度=21.957(º)

剩余下滑力传递系数=0.881滑面摩擦角=28.000(º)

本块总面积=5.843(m2)本块总重=108.671(kN)

有效的滑动面长度=4.171(m)下滑力=225.599(kN)

滑床反力R=145.120(kN)滑面抗滑力=77.162(kN)

本块剩余下滑力=148.438(kN)本块下滑力角度=11.003(º)

2.2分阶放坡稳定性计算

现状坡脚有挡墙支护，地勘显示处于稳定状态。但该缺乏太挡墙设计资料，现状防护设计为50年，无法评估边坡的永久稳定性，所以该挡墙的抗滑力作为安全储备，不计入此次设计。先按1：1坡率分阶放坡，并计算其稳定性系数及下滑力。

采用GEO/Slope软件，自动搜索并优化滑动面，岩土参数采用表1推荐值。破坏模式见图2。

图2.11-5#挡墙段5-5截面破坏模式图图3.11-5#挡墙段5-5截面安全系数计算图示

计算结果为：

方法Morgenstern-Price安全系数0.802

总体积=74.289m³同重量=1456.1kN

总抗滑力矩=45,033kN﹒m总下滑力矩=56,171kN﹒m

总抗滑力=551.75kN总下滑力=688.21kN

计算得出安全系数为0.802，处于失稳状态，滑体为覆土层，剪出口在坡脚上部1.2m处。剩余下滑力为136.46KN。可见，该边坡在分节放坡状态下，覆土层沿着岩土结合面滑移失稳，需要进行支护。

3.防护方案验算

防护方案采用坡脚对原挡墙加固的锚杆肋板挡墙，坡体采用锚杆框架。边坡剩余下滑力由锚杆肋板挡墙支挡，滑体由锚杆框架防护[8]。

坡脚锚杆采用3根直径20的三级螺纹钢，上部锚杆长度为6m，下部锚杆长8m，锚固段为3m，倾角25.锚固体直径为10cm，采用间距为3m的网格状布置。肋柱截面为400mm×400mm，挡土板厚度20cm，墙面坡度为1:0.2.

锚固力为471.14KN，锚固钢筋抗拉力为339.12KN。由于抗拉力小于锚固力，以抗拉力考虑安全系数后作为设计值。钢筋设计安全系数为2.0，设计抗拉力为339.12/2=169.56KN，由分阶放坡稳定性计算可知剩余下滑力为136.46KN，锚杆间距宽度2m，可知土体剩余下滑力为：=272.92KN。

由两根锚杆承担，锚杆抗拉力为339.12KN，锚杆抗拉力大于土体剩余下滑力，边坡稳定。计算破坏模式和安全系数见图3。

由图3可知，采用拟定的防护方案设计，边坡的安全系数为1.334，满足规范要求。原剪出口受到锚杆肋板挡墙的支挡，潜在前出口上移，并在锚杆框架的支护作用下，处于稳定状态。

4.结论

合江县某高陡基岩薄层覆土边坡有潜在滑移失稳，此次防护设计方案为重力式挡墙+放坡+格构锚杆防护+植草绿化+排水系统的方案，经过专家组综合论证并实施，有效的解决了高陡基岩薄层覆土坡面防护的难题，为工程设计和实践操作提供一定的参考依据，防护效果显示其能够有效支护边坡，确保边坡处于稳定状态。

参考文献

[1]孙崇绍,蔡红卫.我国历史地震滑坡崩塌的发育及分布特征[J].自然灾害学报.1997.6(1):25-30.

[2]李忠生.国内外地震滑坡灾害研究综述[J].灾害学.2003.18(4):64-70.

[3]崔鹏,韦方强等.汶川地震次生山地灾害及其减灾对策[J].中国科学院刊.2008.4:317-323.

[4]黄润秋.20纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报.2007(3):433.

[5]周家文,徐卫亚,邓俊晔等.降雨入渗条件下边坡的稳定性分[J].水利学报,2008,39(9):1066.

[6]谭文辉,璩世杰,高丹青等.降雨入渗对边坡稳定性的影响分析[J].武汉理工大学报.2010,32（15）:39-43.

[7]邹祖银,蒋关鲁,孔祥辉,朱占元.关于某岩质高陡边坡开挖加固方案的探讨[J].Proceedingsof2011AASRIConferenceonInformationTechnologyandEconomicDevelopment.2011(9):247-251

[8]荣冠,王思敬,王恩志等.强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(4):704–711.

作者简介：李春，男，1973年7月出生，本科，高级工程师，土木工程专业，主要从事路桥施工技术管理