武深高速某复杂煤系地质高边坡病害处治

武深高速某复杂煤系地质高边坡病害处治
叶敬彬
【摘要】武深高速公路韶关段K227+180～K227+580右侧路堑高边坡为复杂煤系地质边坡;施工期受连续强降雨影响,煤系地层浸泡为软弱夹层,导致施工期间产生了多次大规模变形及滑塌破坏,为本高速公路施工难点之一.结合施工实际详细描述了工点病害过程、原因分析、处治思路及变更处理过程,对复杂煤系地层边坡防护处治有效方法进行了探讨,特别是阐述了注浆钢花管、钢锚管加固对煤系地质可起到良好的防护支挡作用.
【期刊名称】《广东土木与建筑》
【年(卷),期】2018(025)008
【总页数】4页(P38-40,75)
【关键词】煤系地质;边坡防护;注浆钢锚管;竖向注浆钢花管微型桩
【作者】叶敬彬
【作者单位】广东省南粤交通仁博高速公路管理中心广州 510101
【正文语种】中文
【中图分类】U418.5+2
0 引言
武深高速公路韶关段K227工点路线里程为K227+180～K227+580，属路堑高边坡挖方路段，路线中心挖高0.2～34.9 m，最大边坡高度大于45 m。

边坡由上至
下主要由强风化煤层及全～强风化砂岩（夹泥页岩）组成，广泛分布于边坡下部，其中强风化煤层为隐晶质结构，薄层状构造，经雨水浸泡多呈泥土状或泥块状，边坡所处斜坡风化带厚度较大，自然坡度较陡，是地下水的排泄区，为复杂的煤系地质高边坡。

施工期间产生了多次变形，较大的变更设计有2次，为该项目施工难
点之一。

1 工程地质条件
1.1 工程地质和水文地质条件
K227工点属丘陵地貌。

线路切割山体较陡，自然坡度12～45°，植被较为发育，主要为灌木。

根据前期地勘测绘资料，该工点地质属全新统残坡积层石炭系地层，主要为粉质黏土、强风化砂岩、中风化砂岩。

并根据开挖断面，砂岩地层局部夹粉砂岩、泥质砂岩，薄层受构造挤压的泥页岩和煤层；其中煤层为褐黑色，隐晶质结构，薄层层状构造，遇水易软化手可折断，厚度不均，并在复褶皱背斜、向斜、翼部发育厚度变化较大。

复式褶皱存在，岩层产状变化频繁，代表性岩层产状
55°∠22°，210°∠45°，10°∠38°，255°∠28°，262°∠30°，代表性节理裂隙产状90°∠85°，30°∠83°，81°∠57°。

根据滑坡变形破坏先后，可将该工点分为两段（见图1）。

图1 K227工点平面示意图Fig.1 K227 Working Point Plan
1.1.1 K227+190～K227+360段右侧（见图2 ）
K227+190～K227+360段右侧。

该工点于2016年6月受连续强降雨影响发生滑塌开裂病害，总体平面呈“簸箕”型，滑坡最大半径约52 m（距设计边坡坡脚约80 m），总滑坡体积约9万方，主要位于第2～4级边坡；此时，紧邻
K227+360～K227+520段暂未发现滑塌迹象。

滑坡形成始于5月施工开挖扰动，发生局部牵引式滑塌变形；6月初，滑坡体沿105°方向发生牵引式变形破坏；6
月中旬，强降雨浸润软化、土体自重增加，再次发生推移式变形。

上述因素结合边
坡较厚软弱覆盖层特别是煤层，形成了一系列滑坡变形破坏。

图2 K227+190～K227+360段典型断面图Fig.2 K227+190～K227+360 Typical Sectional View
1.1.2 K227+360～K227+520段右侧（见图3 ）
图3 K227+360～K227+520段典型断面图Fig.3 K227+360～K227+520 Typical Sectional View
K227+360～K227+520段右侧于2016年9月份时受紧邻的K227+190～
K227+360段右侧工点清方放缓及连续强降雨影响发生局部变形破坏，第三、四
级平台、堑顶截水沟均出现裂缝，第四级坡面已实施锚杆格梁自上至下开裂，第三级坡面已实施锚索框架梁横梁局部出现裂缝并呈整体外推，第二级坡面局部平台排水沟沉降错位。

滑体由上至下主要由强风化煤层及全～全风化岩（夹泥页岩）组成，强风化煤层遇水浸泡软化呈泥土或泥块状。

以上改变了斜坡结构、坡度及排水通道等条件，由降雨诱发了滑坡病害。

为避免K227+360～K227+520段右侧路堑边坡滑塌变形进一步扩展，当时结合
专家意见，建设单位要求施工单位对该边坡2级平台以上土体进行清方减载应急
处理，同时对一级坡进行堆土反压。

1.2 水文气象
该区域属中纬度亚热带季风性湿润气候，温暖湿润，地方水系发达。

年降雨量平均约1 800 mm，分布不均、时节不匀。

滑坡病害区域地下水主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。

其中，松散岩类孔隙水赋存于第四系残坡积层内，以降雨渗入补给为主，季节波动较大，连续降水含水量显著增加，后续若晴天则含水量迅速减少，旱天无水；基岩裂隙水赋存于下部砂岩、煤层等基岩裂隙中，受大气降雨和上部孔隙水补给。

边坡病害发生后，坡顶后原已施工截排水沟、坡脚出现积水、渗水。

雨停后锚索，
锚杆孔内均有地下水冒出；第一级平台附近剪出口亦有地下水渗出。

晴天4 d后
均停止出水。

2 治理工程
2.1 原设计情况
原设计K227+190～K227+580右侧为五级路堑高边坡，分级坡高10 m、最大坡高43 m。

第一、二级坡率1∶1，第三、四级坡率1∶1.25，第五级坡率1∶1.5，平台宽度均为2；一级坡为锚杆格梁+人字形骨+喷架植草防护，二、三级坡为锚
索框架梁+人字形骨架+喷架植草防护，四级坡为锚杆格梁+人字形骨架+喷播植草防护，五级坡为喷播植草。

2.2 推力计算及结果评述
结合相关规范［1］，选取工况如下：
计算工况Ⅰ：自重+地下水，安全系数取1.25；计算工况Ⅱ：自重+地下水+暴雨，安全系数取1.15。

按传递系数法计算：
以图2断面作计算，摩擦力c=9.0 kPa，摩擦角φ=10.0°，分析得出6块滑坡（见图4），剩余下滑力为1 804.9～630.4 kN。

图4 滑坡下滑力计算结果图Fig.4 Calculation Results of Landslide Sliding Force View
2.3 治理措施
2.3.1 刷坡清方
清除大部分滑塌坡体，消除下滑力，二级平台以上均重新刷坡清方。

2.3.2 预应力钢锚管框架梁［2］
钢锚管利用核心混凝土约束作用，增强自身强度、塑性及韧性，锚固端钢管以水泥浆为介质与深层土体结合形成内锚，同时结合注浆水泥固结周围土层，可改变滑动
面上的应力状态和滑动条件，利用抗剪切起支挡作用；可配合机械化施工，有效提升工效。

对K227+190～K227+360段第一级坡面、K227+200～K227+360 段第二级坡面、K227+360～K227+520段第一级坡面及K227+360～K227+402段第二级坡面采用预应力注浆钢锚管框架格梁。

2.3.3 竖向注浆钢花管微型桩［3］
通过注浆管向软弱岩层高压灌注水泥浆，对软弱层进行渗透、挤密、切割及最终固结，形成高强度、防水及稳定的结合体，起微型桩作用，达到加固软弱土层、稳定平台的目的；并可配合机械化施工，有效提升工效。

对K227+190～K227+360段坡脚、一级平台、K227+360～K227+520 段坡脚碎落台、K227+360～K227+402段一级平台布置竖向注浆钢花管
（φ76×4.5mm）。

2.3.4 排水工程
对一、二级边坡K227+360～K227+510段布设仰斜式排水管，设置范围；设平台截水沟及堑顶截水沟；于二级坡顶外5 m、三级坡坡脚及二级平台中部设截水沟；从坡顶至路侧边沟设急流槽，贯穿宽平台。

3 变更设计情况
该病害高边坡地质情况复杂、岩性差，为保证边坡稳定，于第1次变更前后即建立了边坡监测点，以掌握边坡过程中稳定性及变化规律，及时调整设计。

进行了两次较大变更。

3.1 第1次变更（K227+190～K227+360段）
3.1.1 变更原因
面对煤系地质，锚杆、锚索防护难以起到很好的防护作用，无法确保边坡稳定，故须对原设计的锚杆、锚索防护进行调整。

3.1.2 破坏模式分析
该滑坡发生初期变形主要为牵引式破坏，表现为前缘先发生滑移，后方滑体失去支撑后再次形成滑移，滑坡规模逐步后退往后缘发展扩大，滑坡累加推力相对较小；随着滑坡发展，变形则主要转变为推移式破坏，各滑块滑移整体性较强，累加下滑力相对较大。

滑坡总体表现为复合式破坏。

3.1.3 变更设计方案
建设单位于2016年7月、10月召开了专家研讨会，明确了处治加固方案如下：
⑴ K227+190～K227+360段，第一级坡坡面采用注浆钢锚管框架格梁；在坡脚、一级平台处采用1.5 m护脚墙和竖向注浆钢花管加固。

⑵ K227+200～K227+360 段，第二级坡率1∶1.75，坡高6 m，二级平台宽48 m，高8 m，坡率1∶6；坡面注浆钢锚管框架格梁和预应力锚杆框架防护，平台
喷播植草。

⑶ 第三、四级坡坡面人字形骨架+喷播植草护坡。

⑷ K227+310～K227+360 段，第五级坡率1∶1.75，坡高 6 m；K227+210左
侧侧坡（CPK0+000～CPK0+050）、K227+350 右侧侧坡（CPK0+180～
CPK0+240）均采用人字形骨架护坡。

3.2 第2次变更（K227+360～K227+520段）
3.2.1 变更原因
边坡监测显示（见图5），其二级～四级平台的测斜孔均出现不同程度的坡外位移变形，二级平台测斜测得拐点，表示滑动面，由此往上深部位移量增大较多；四级平台测斜孔测得拐点，初步判断该处往上存在滑动变形。

图5 检测剖面测斜管变形Fig.5 Deformation of the Oblique Tube Was Measured in Profile
3.2.2 变更设计方案
建设单位于2016年10月、2017年2月召开了专家研讨会，明确了处治加固方案如下：
K227+360～K227+520段右侧路堑边坡采用预应力钢锚管框架梁与注浆钢花管桩加固方案如下：
⑴ 对K227+360～K227+520段坡脚碎落台布置2排竖向注浆钢花管，钢花管采用φ76×4.5 mm，长度采用6.0 m，横向间距1.0 m，纵向间距1.5 m。

⑵ 对K227+360～K227+520段一级坡面采用预应力注浆钢锚管框架格梁。

采用4排斜向注浆钢锚管，钢锚管采用φ50×4.5 mm，钢锚管长度采用18 m，纵向间距3.0m。

⑶ 对K227+360～K227+402段一级平台处采用3排竖向注浆钢花管，钢花管采用φ76×4.5 mm，长度采用15 m，纵向间距1.5 m，横向间距1 m。

⑷ 对K227+360～K227+402段第二级增设预应力注浆钢锚管框架格梁，采用4排斜向注浆钢锚管，钢锚管采用φ50×4.5 mm，锚钢锚管长度采用18 m，纵向间距3.0 m；K227+402～K227+485段二级坡面采用锚索框架梁；其余段落采用人字形骨架植草。

⑸ 对K227+360～K227+520段二级平台宽35 m，高3.5m，坡率1∶10，坡面应平整，采用10cm砂浆抹面。

⑹ 排水设施。

一级边坡布设仰斜式排水管，纵向间距为4.5 m，长度为20 m；平台处及坡顶5 m处布设平台及堑顶截水沟；二级坡顶外5 m，三级坡坡脚以及二级平台中部分别设一道截水沟；K227+420、K227+460设置急流槽，急流槽从坡顶至路侧边沟，贯穿35 m宽平台。

其后，K227+180～K227+580右侧路堑高边坡变形得以控制，特别是注浆钢花管、钢锚管的固结支挡作用，使煤系软弱夹层得以稳定，未再发生明显软化变形破坏。

施工完成后，监测数据显示该路堑边坡基本处于基本稳定状态。

4 结语
K227是典型的煤系土高边坡，遇水软化，变化复杂多样,施工难度大，导致造价因变更增加较大。

因此，于勘察、初步设计与施工图设计阶段加强基础资料收集的准确性与全面性，确保资料反映现场实际以对症下药，提高开挖防护方案的可靠性，尽量避免再次出现上述病害，值得不断探索。

山区高速公路施工是一个破坏山体原有平衡而又支挡加固重新建立新平衡的过程［4］。

防护措施、施工工艺对边坡开挖稳定起很大作用，如判断失误、方法不当，将导致边坡失稳或留下病害隐患，影响边坡的长期稳定。

K227边坡施工过程中出现的几次变形，除了地质条件复杂外，锚杆、锚索防护对煤系坡失效亦是原因之一。

后续治理采用了注浆钢花管的有效处理方法，措施合理、施工方法得当，工程得以顺利完成。

路堑高边坡特别是复杂地质边坡设计中，要及时根据工程地质条件的变化和变形观测所反馈的信息，对边坡工程措施进行动态设计，确保边坡稳定。

K227边坡施工期间虽然产生了多次变形，但是能根据现场实际情况及时调整、修改和完善设计，使这一大型工点从施工至峻工未发生重大坍滑事故，不失为武深高速公路韶关段成功应用动态设计的典范。

预应力注浆钢锚管框架梁、注浆钢花管微型桩施工方案设计可靠，适应了新工法、新工艺等机械化导向，提高工效，确保了路堑高边坡在施工过程中的安全和边坡的长期稳定。

参考文献
【相关文献】
［1］滑坡防治工程设计与施工技术规范：DZ T 0219-2006［S］.北京：中国标准出版社，2006. ［2］乔迎欣，黎剑华，张治平，等.公路边坡注浆钢锚管支护技术研究［J］. 路基工程，2008（2）：151-153.
［3］成尚锋，张海燕.钢花管注浆技术在填方路基病害处治中的应用［J］. 中外公路，2007，27（4）：36-39.
［4］马惠民，王恭先，周德培.山区高速公路高边坡病害防治实例［M］.北京：人民交通出版社，2006.10.
［5］王佳.高速公路桥下煤系与砂岩复合型高边坡病害分析与处治［J］. 广东公路交通，2018（1）：60-64.。