山区某高速公路边坡崩塌成因分析及处治措施

史崇新

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210000）

1 概述

随着西部大开发及“一带一路”倡议的提出，山区高速公路迎来发展黄金期。复杂的山区环境也会对山区高速公路的建设和运营带来巨大的考验。边坡崩塌对山区公路的运营和稳定形成直接威胁，具有极大的安全隐患，因此在施工和运营中进行防护处治是极为必要的。

2 边坡崩塌成因分析及边坡崩塌防治原则

通过实地调查分析，产生崩塌的原因如下。

1）岩体结构因素

该边坡体受构造运动影响，节理面和裂隙发育，岩体中节理面的发育整体较为破碎且边坡较高是影响该处岩质边坡稳定性的重要因素之一[1]。

2）水因素的影响

该处边坡爆破开挖后，未防护，经过1 个冻融期及雨季，造成边坡失稳。边坡经过雨水、冻融及施工时爆破的影响，加速了边坡内部过水通道的形成，使岩体松散、破碎并不同程度地增加岩体节理面的密度、贯通性、压缩性和透水性，从而导致节理面的抗剪强度降低，进而影响边坡岩体稳定。同时，水的侵蚀作用加剧，促使岩体中的节理面、裂隙发育及增强岩石的风化，造成岩体失稳[2]。

3）自然环境的因素

边坡施工过程中，周围的植被难免遭到破坏，因此边坡的排水能力会受到影响。边坡在自下而上的挖掘中，下部没有足够的支撑能力，导致吸收大量的水分，与此同时，这些水分又难以在短时间内排出，因此易产生崩塌。

4）边坡岩体残余应力的释放

开挖形成的挖方边坡影响挖方边界处岩体的应力状态，实际开挖坡面也未达到设计要求。这些应力集中程度和释放过程对边坡的稳定性也有一定影响，防护不及时易发生崩塌。

5）爆破方式的影响

开挖边坡采用的爆破开挖本身就会对边坡的稳定性产生不利的影响，设计要求采用光面爆破或预裂爆破，爆破药量的控制直接影响边坡的稳定性，爆破使原节理面张裂，受爆破力的影响，外倾结构面形成不稳定的楔形体，极易出现崩塌现象[3]。

针对该处崩塌体的特定情况，本着“以防为主，防治结合”的原则，保证“防中有治，治中有防”，同时兼顾整个工程的安全和利益，应采取“固脚、强腰、削坡顶”的工程措施，同时注重施工期间的施工安全。

3 工程案例分析

3.1 工程背景

新疆某高速公路K84 崩塌体位于沿溪山区段，地貌为中低山区，经过现场勘察该边坡高约30 m～90 m，坡体近乎于直立，坡面表现多为凹凸不平，岩体极为陡峭，倾角约40°～50°。崩塌体坡顶高程约1 295 m，沿线拟建道路路面设计高程约为1 204 m，总体走向为南北纵向山脊。

该高边坡于2017 年10 月采用普通爆破进行开挖，2018 年1 月份完成开挖，坡面不平整，存在超挖、倒坡现象，且未及时进行防护，2018 年3 月30日，K84 段发生崩塌。

3.2 崩塌后边坡调查情况

1）施工完边坡的地质调查

该崩塌体基岩裸露，出露岩性为阿克沙克组上段（C1d2）灰褐色石灰岩夹凝灰岩，崩塌处存在风化现象，节理裂隙较为发育，受爆破影响，节理张裂现象明显，崩塌卸载后无明显继续崩塌现象，但坡面存在的悬石、危岩和外倾结构面形成局部的崩塌掉块对公路和过往车辆及行人影响较大。

崩塌发生后发现边坡内部发育一处隐伏节理面，节理面产状大多呈现无规则状，节理面的发育控制了边坡的整体稳定性，其中发育一隐伏主节理面产状100°∠55°充填物以泥质为主，节理面间距10 cm～50 cm，局部裂隙极为发育，裂隙发育导致较多的危岩及碎落[4]。

2）崩塌体边坡现状

①坡脚：相对稳定，岩体相对完整，现状坡率约为1:0.2～1:0.5 之间，未达到设计要求，且坡脚超挖约1.5 m，如图1 所示。

图1 崩塌体坡脚现状

②坡面：岩体破碎，危岩较多，裂隙较为发育，坡面不够平整，存在较大的超挖现象，现状坡率约为 1:0.5～1:0.75，如图 2 所示。

图2 崩塌体坡面现状

③坡顶：未出现明显的新裂缝，未见明显的滑动特征，但存在一处倒坡，倒坡坡率约为1:0.2，如图3 所示。

图3 崩塌体坡顶现状

3.3 设计方案

1）根据实测的地面线，辅以必要的地质勘察，对已开挖的边坡进行稳定验算，通过对隐伏结构面的计算，该隐伏结构面不影响边坡稳定，极限平衡法在非正常工况下边坡稳定安全系数＞1.2。计算结果表明该边坡开挖后稳定，如图4～图5 所示。

图4 主结构面产状与隐伏结构面

图5 第一组节理与隐伏结构面

2）边坡坡率尽量拟合现有的坡率，采用人工和免爆措施对坡面进行整修。

①坡脚：坡脚岩体相对较为完整，局部较为破碎，但坡脚整体处于稳定状态，本次设计对坡脚进行加固，采取植入岩体短锚杆，并将锚杆垫墩置入增设的护面矮墙内，加固坡脚减少风化。

②坡面：边坡沿道路方向进行坡面修整，坡面过渡顺势，垂直道路方向，边坡坡率坡脚至坡顶宜折线性过渡，局部超挖位置，可适当加宽平台宽度。

③坡顶：现状坡顶坡型为倒坡的应免爆处理，清理后，坡面应顺势过渡。

3）对坡面的危岩和悬石进行编号，分危险程度和层位逐级清理，施工过程前应做好专业技能培训和安全教育工作，避免发生安全事故。清理危岩过程中要做好围挡防护和地面缓冲措施，保证施工过程中过往车辆及行人的通行安全，如图6～图7 所示。

图6 危岩编号示意图（现状）

图7 危岩编号示意图（实测）（m）

4）危岩、悬石清理完毕后，对较大的层间裂缝采用水泥浆灌封的方式进行封水处理。对向上的、有可能出现渗水危害边坡稳定的裂缝和缝宽度＞1 cm 的裂缝，采用人工灌注水泥砂浆的方式进行封闭处理，防止边坡风化，破坏边坡稳定。

5）坡面整修后，进行挂网和垫墩锚杆施工，挂网防护范围根据岩体裂隙情况适当扩大，挂网要求离地面1.5 m，便于后期养护工作，且要求施工单位严格按设计要求顺序施工，由顶至底，开挖一级，防护一级，及时锚固坡面，保证边坡稳定。

6）锚杆大规模施工前，应进行拉拔试验，如不满足设计要求，应适当增加锚杆长度。现场施工时应遵循动态施工的原则，适时调整锚杆的入射角，对于较弱的岩体部分可适当增加锚杆数量和锚固段长度。

7）设置监控观测点观测边坡，发现异常及时预警、处理，不留隐患。

3.4 高边坡分区处治方案

处治方案分区如图8～图9 所示。

图8 处治方案分区示意图（现状）

图9 处治方案分区示意图（实测）

A 区：清理危岩和浮石，挂网面积至山顶，锚杆入射角度为15°～20°，锚杆密度和长度同原设计，其中，A 区在钢绳网下铺设小尺寸的格珊网，阻止小尺寸岩块的塌落。

B 区：采用人工风镐清理倒坡后挂网，并在钢绳网下铺设小尺寸的格珊网，阻止小尺寸岩块的塌落。锚杆角度根据开挖节理面适当调整，锚杆密度和长度同原设计。

C 区：为原坡面，为保证坡面稳定，增加挂网面积，挂网顶部应至山顶，其余同原设计。

D 区：为隐伏结构面范围，锚杆入射角度应垂直于结构面，锚杆密度和长度同原设计。

E 区：为崩塌区范围，锚杆入射角度为 15°~20°，锚杆密度增加，间距调整为1 根/3 m，锚杆长度调整为10 m，其中，E 区在钢绳网下铺设小尺寸的格珊网。

F 区：临空面楔形体较多，锚杆入射角度应垂直于岩层节理面，锚杆密度增加，间距调整为1 根/3 m，锚杆长度调整为10 m。

G，H 区：坡脚增加一排4 m 长的短锚杆，距地面高1.0 m，并将锚杆垫墩置入1.5 m 高护脚矮墙内，加固坡脚减少风化，短锚杆间距4.5 m，其余位置同原设计。

I，J 区：锚杆长度调整为 10 m，同时，锚杆密度增加，间距调整为1 根/3 m，并在坡脚增加一排4 m长的短锚杆，距地面高1.0 m，并将锚杆垫墩置入1.5 m 高护脚矮墙内，加固坡脚减少风化，短锚杆间距3.0 m，锚杆入射角度应垂直于岩层节理面。

3.5 监控点布设

通过对不稳定崩塌体的变形和活动动态进行监测，对施工及运营过程中崩塌体的发展趋势做出预报和预警，尽可能的将地质灾害的影响降到最低。

1）监测布置

崩塌体施工期间监测频率不宜低于2 次/日，运行期间频率不宜低于2 次/月，并在雨季、有异常情况出现时应增加相应的监测频率，竣工结束后的监测应交接给接养单位，养护单位应及时分析检测数据，如检测数据异变，应及时采取紧急措施封闭交通。

2）监控设计

在稳固岩面坡顶或平台上设6 处监测观测标，检测内容、方法及目的详见表1。

表1 崩塌体监测

3）监测要求

①观测标应完成设计要求的防护工程后埋设观测标，并在施工放样时记录高程、坐标及埋设日期，观测要求详见表2。

表2 崩塌体观测的内容和要求

②观测标可采用＞Φ32 mm 的钢筋制作，首先将钢筋最顶部打成半圆形，然后在中间位置画上十字。

③观测标观测应采用高精度的光电测距设备等进行测量，测量结果应有专项记录簿，并将记录簿编入竣工的资料内。

4 结论

本文详细探讨了山区公路边坡崩塌的影响因素，从力学机理上分析了影响原因和过程；提出进行边坡崩塌处治的防治原则和设计方案，同时兼顾表层加固和深层加固，才能使得边坡稳定取得有效控制；结合工程案例，分析了边坡崩塌的处治和防治措施，并后期监测不稳定崩塌体的活动动态，证明防护效果良好，可为其他工程提供一定的参考。