高边坡稳定性分析与防治措施

摘要：该文根据在建、拟建高速公路的现场实际情况，分析验算边坡稳定性与地质状况的各类稳定参数上，分别论述说明了高速公路的锚杆和框架梁防护体系的施工过程与采取的措施，结合安全控制原则评价处理结果。

关键词：高速；高边坡防护；预应力张拉

一、工程概况

湖南炎汝高速公路35合同段由中核西北建设集团有限公司承建，该项目位于湘南郴州市境内，路堑高边坡分布较集中，连续挖方地段长，标段里程长度约2.8km，有4个高边坡。高约40m，一级坡高8-10m，挖方段坡率1：0.5；二级坡以上每10m预设一道平台截水沟，坡率1：0.75。

二、高边坡周边环境

* 2.1地质构造

地质主要由切割较强烈河谷呈“V”字形，地表水系发育，河床坡降约5‰，河床曲折，曲折系数局部达1.6，山脊多呈鱼脊状，山顶呈尖锥形，山坡较陡，坡角一般25-35，部分在40以上，植被发育，主要为松、杉、杂木类。地表水系发育。地貌单元主要为低山重丘，局部经过山间洼地，山坡高大，地形陡峻，影响边坡的整体稳定性，增加边坡的坡率坡形的设计难度。

* 2.2水文地质条件

该地区河网密布，多呈树枝状及叶脉状分布。河水含沙量较大，平均为0.11-0.237kg/m3。边坡地下水发育，地下水埋深较浅，一般埋深10m-15m，花岗岩的节理裂隙时地下水的重要通道，路堑边坡在地下水软化岩石强度、产生渗透力等作用下，会大大降低边坡的稳定性。

* 2.3物理地质现象

地质现象表现为滑坡及岩体风化、卸荷。沿线边坡受顺节理影响，在裂隙水等作用诱发下产生滑塌，滑塌多发生在强弱风化层交界节理面上，控制路堑边坡的整体稳定性。

三、边坡稳定性分析

* 3.1稳定性计算

边坡稳定性计算分析的方法有多种，如圆弧滑裂面-瑞典法，Bishop法，任意形状滑裂面-工程师团法等简化算法，而工程地质学的极限平衡法理论是较为严密的方法，它能同时满足力与力矩的平衡，是较为常用的分析方法。

本项目结合施工的周边地质条件，选用极限平衡理论分析计算边坡安全与稳定性，由极限平衡公式抗滑力/下滑力=n=（Wcosαtgβ+CL）/ Wsinα分析计算如下：

当n=1时，即当抗滑力与下滑力相等时，边坡刚好处于力学平衡状态，此时计算α为60o，即当边坡的仰角为60o时，边坡刚好在临界平衡状态，当边坡仰角大于60o时，边坡的土体便处于非平衡稳定状态，本项目全线自然边坡仰角均大于到70o。

经分析计算后的边坡平衡稳定性结果如下：

土体内摩擦角的粘聚力现状（Fs=1.0，Kn=0.25，），边坡防护（Fs=1.0，Kn=0.25，）

余下滑力稳定系数

31o 12.4kpa -267KN/m 1.04FS 1080KN/m 0.94FS

31o 12.4kpa -57KN/m 1.04FS 1347KN/m 0.9FS

四、高边坡的稳定性治理措施

* 4.1 节点锚杆框格梁与预应力锚索处理措施

节点锚杆框格梁防护措施：该项目完成边坡后对高于30米的不稳定边坡均采用了节点锚杆框格梁护坡的处理措施。使用菱形布置框格梁，梁水平方向间距为3.5m，竖向间距为4m，在竖向每15m设置一道沉降缝。采用C20现浇混凝土框格梁，截面尺寸为40cm×40cm，梁体嵌入坡面不少于10cm。在梁体交叉的节点处设置锚杆加固，节点的锚杆孔径为φ12mm，深度为12m～15m，用φ32mm螺纹钢作为节点锚杆的主筋。施工中应注意开挖同级坡、修坡、锚杆及节点锚杆框格梁施工的同步与配合，避免边坡表面长时间脱离防护而产生新的滑坡危害，进而造成更大的施工难度，增加施工成本，影响施工质量与进度。

预应力锚索防护措施：该项目在高边坡的二、四级碎落台先后设置承压梁与预应力锚索。二级碎落台锚索长度为25m，四级碎落台锚索长度的锚固段长度不小于5m，且以进入完整的基岩为准。以C30现浇混凝土梁为承压梁，梁长为5m，宽1m，高0.5m，梁底面嵌入坡面岩体不小于0.2m，且坡底需做水平处理。承压梁的箍筋为φ10，主筋为φ22。梁顶面锚索间距为4.5m，两根上、下锚索距梁端2m。

* 4.2节点的加固原理分析

4.2.1节点锚杆框架梁加固原理

将锚固于稳定岩体内锚杆力传递给框架梁后经框架梁将非稳定的岩体组成整体，提高岩体间的摩阻力与正压力，使抗滑力增加，阻止不稳定岩体的裂隙继续发育，加强边坡岩体与土体的稳定平衡性。而通过给锚杆孔内高压注浆，用浆液填充锚孔周边岩体的裂隙，进一步提高岩体的整体稳定性。

4.2.2预应力锚索加固原理

通过锚固在坡体内部稳定岩体上的锚索将力传给承压梁，经过承压梁对不稳定坡体预先施加一个应力，用来挤压不稳定的松散岩体，大大提高岩体间的正压力和摩阻力，抗滑力增大，不稳定坡体的岩体发育得到限制，进而加固了边坡岩体的稳定性。

* 4.3施工过程

准备施工钻凿锚孔安置锚索锚杆孔道压浆框架梁与承压梁的施工张拉锚索封锚质量验收。

* 4.4施工工艺

* 4.4.1钻凿锚孔

本项目的孔道直径为φ100mm，倾角为20度。孔钻机采用YM160步履式潜孔钻机，采用偏心钻钻孔工艺。但因边坡岩体破碎，应在破碎岩体中用套管跟进的钻孔方式，钻透松散岩层后，开始钻进锚固段时，应停止跟进套管，同时依据岩体的性质来确认通过松散破碎岩层到稳定性高的基层中，在有足够的锚固长度后再终孔（其中嵌入基岩的锚固长度应不小于5m），最终使用高压水或空压机清孔。

* 4.4.2制作锚索

应选用D15.24mm，抗拉强度为1860MPa的高强度低松驰延伸率不小于3.5%、无粘结的钢绞线组装，为便于安装钢绞线锚固段应设计成枣核状。而自由段应用三道保护措施，分别为涂防锈漆，用PVC套管隔离，水泥砂浆裹护。

* 4.4.3张拉预应力锚索

拉力设计：锚索的设计张拉力为700KN，钢绞线为每孔道5根。

锚索张拉力与锚固力：采取分步张拉锚索，每孔道的5根钢绞线整体分步张拉，按设计荷载700KN的25%，50%，75%，100%和110%分别按步进行张拉，每步的持荷时间应为2min-5min，第五步持荷的稳定观测时间按10min的设计要求锁定，并在锁定后48h中没有出现较大的应力松驰现象，便可进行封锚。

* 4.4.4压浆

孔底压浆方式，压浆材料为M40纯水泥浆胶结，水灰比为0.4～0.5范围内，采用普通硅酸盐P.042.5R水泥。

5 结束语

从近年来山区高速公路的建设经验可以看出，路堑高边坡的治理往往引起重视后，在施工过程中稳定性问题少，而一般边坡由于重视程度不够，便会导致稳定事故频发。本项目在合理设计坡形坡率条件下，以预防为主、少加固或不加固的设计原则，只对高边坡进行了特殊加固，而对个别工程条件较差的低边坡，在无放坡的情况下也得适当采用其他加固措施，并根据施工现场实际地质条件，实时动态的调整边坡稳定方案，使边坡的施工开挖防护既合理，稳定性又高，避免施工及运营期间产生各类不稳定性的病害。

参考文献

[1] 张建红，旺小刚等岩石边坡倾倒破坏稳定分析的简化方法，岩土工程学报，1996，92-95；