陳晉榮

摘要：文章以廣西某高速公路深挖路塹邊坡開(kāi)挖支護(hù)為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、變形監(jiān)測(cè)等結(jié)果分析了邊坡開(kāi)挖的變形響應(yīng)特征及失穩(wěn)原因，同時(shí)利用Geo-studio軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了邊坡開(kāi)挖后失穩(wěn)及卸載后錨桿加固兩種工況下邊坡的變形特征及穩(wěn)定性。結(jié)果表明：工程建設(shè)過(guò)程中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和變形監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)追蹤邊坡的變形響應(yīng)特征，數(shù)值計(jì)算方法可為變形邊坡的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算結(jié)果，實(shí)施卸載+錨框架梁后邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)滿足穩(wěn)定性要求，可為今后類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：公路；邊坡；監(jiān)測(cè)；變形響應(yīng)；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：U416.1+4 A 34 108 3

0 引言

西南重丘地區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜多變，線路工程建設(shè)過(guò)程中由于切坡形成的高邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題往往成為影響工程順利進(jìn)行的重要因素之一。近年來(lái)，已有眾多學(xué)者針對(duì)高速公路邊坡問(wèn)題，采用試驗(yàn)、變形監(jiān)測(cè)、數(shù)值計(jì)算及理論分析等眾多手段開(kāi)展了開(kāi)挖邊坡的變形響應(yīng)研究［1-6］。邊坡失穩(wěn)不僅威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，而且嚴(yán)重影響交通的正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

邊坡開(kāi)挖及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，其變形控制和穩(wěn)定性是極為重要的研究課題。目前，具有坡表監(jiān)測(cè)、地下監(jiān)測(cè)、數(shù)值分析等一系列方法可對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警以達(dá)到安全控制的目的［7-10］。因此，本文結(jié)合廣西信都至梧州高速公路上洞樞紐互通DK0+580～DK0+900段右側(cè)深挖路塹邊坡，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)、數(shù)值計(jì)算和穩(wěn)定性分析，為工程的安全建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，地面高程在88～185 m，相對(duì)高差97 m。設(shè)計(jì)路線大致呈北東-南西向，山體斜坡覆蓋第四系殘坡積土層，地表植被較發(fā)育，主要為桉樹(shù)及灌木叢。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭示，地層主要由第四系殘坡積層黃色黏土（Qel+dl）及泥盆系中統(tǒng)（D2y）泥質(zhì)粉砂巖夾薄層狀泥巖、頁(yè)巖組成，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈塊狀，少量呈短柱狀。巖層產(chǎn)狀為340°∠23°，另測(cè)得兩組優(yōu)勢(shì)節(jié)理分別為J1：15°/SE∠26°（5～6條/m），J2：335°/SW∠20°（4～5條/m）。

研究區(qū)地表水主要流經(jīng)山坡坡腳的水溝，屬季節(jié)性流水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，水量受季節(jié)影響較大，邊坡部位無(wú)常年地表水。地下水包含第四系地層孔隙水及巖石中的基巖裂隙水，受地表水和孔隙水補(bǔ)給。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及區(qū)域地質(zhì)資料，研究區(qū)北東側(cè)約2.8 km有一逆斷層?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并未發(fā)現(xiàn)第四系地層錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)其有新近活動(dòng)跡象，表明自第四紀(jì)以來(lái)，該斷層處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 工程概況

公路采用整體式路基，以路塹的方式從山坡中下部穿過(guò)，該路段內(nèi)路基設(shè)計(jì)高程在104.438～108.976 m，該段左右兩側(cè)均屬高邊坡。挖方長(zhǎng)度約為320 m，中線最大挖深為64.40 m。邊坡自下而上按照1～2級(jí)1∶1坡率放坡，3～4級(jí)1∶1.25坡率放坡，5～7級(jí)1∶1.5坡率放坡，并在第2級(jí)、第4級(jí)設(shè)10 m寬平臺(tái)。開(kāi)挖后邊坡坡向?yàn)?35°，形成的最大坡高約為75 m，構(gòu)成邊坡坡體的巖性自下而上為中風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及第四系殘坡積黏土。放坡后頂部的黏土厚度約為1.5 m。由于構(gòu)成坡體的主要成分為黏土、強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及中風(fēng)化泥灰?guī)r，人工邊坡屬巖土結(jié)合邊坡。開(kāi)挖后邊坡右側(cè)約50 m有一小型滑坡，該滑坡寬約20 m，長(zhǎng)7～8 m，厚2～3 m，為土質(zhì)滑坡，土層屬殘坡積黏土?；掳l(fā)生后，經(jīng)各方討論，采用“卸載”方案，即對(duì)現(xiàn)滑塌部分采用1∶1.75坡率放坡，確?；w部分全部清除；對(duì)未滑塌部分取消第2級(jí)、第4級(jí)的10 m寬平臺(tái)，全坡面按照1∶1.5坡率放坡。同時(shí)邊坡坡面采用錨桿格梁+掛網(wǎng)噴混凝土的加固措施。

3 邊坡變形監(jiān)測(cè)及成因分析

3.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)及預(yù)警策略

邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)邊坡變形監(jiān)測(cè)結(jié)果具有較大的影響，為全方位的掌握邊坡的變形情況，在邊坡開(kāi)挖后坡表均勻布設(shè)點(diǎn)位，采用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，按照2次/d進(jìn)行。

為使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠達(dá)到及時(shí)有效的預(yù)警，綜合邊坡地質(zhì)條件、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集頻率、施工條件等因素，采用四級(jí)預(yù)警等級(jí)，選取位移、速率為預(yù)警指標(biāo)，具體預(yù)警策略如表1所示。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果及成因分析

據(jù)邊坡右側(cè)（滑坡）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖1、圖2所示。由圖1可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)L5-8從2021-07-15開(kāi)始，變形逐漸增大，邊坡開(kāi)始進(jìn)入加速變形階段，到7月17日，水平位移達(dá)到135.6 mm，邊坡發(fā)出藍(lán)色預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)施工警戒提高。而在7月18日，邊坡位移速率突然快速增大到286.4 mm/d，邊坡變形達(dá)到紅色預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)施工立即停止并疏散施工人員，同時(shí)與邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)方討論變更處置方案。雖然7月18日過(guò)后的邊坡變形速率有所降低，但邊坡累計(jì)位移已＞600 mm，因此邊坡一直處于橙色預(yù)警狀態(tài)。一直到7月29日，邊坡變形速率再次突增到268.3 mm/d，同時(shí)累計(jì)水平位移＞800 mm，邊坡再次發(fā)出紅色預(yù)警，最終最大水平位移達(dá)到2 065.4 mm，最大沉降變形達(dá)到-1 644.5 mm。如圖2所示，L5-9監(jiān)測(cè)點(diǎn)也有類似變形特征，在2021-07-15至2021-08-17，邊坡右側(cè)產(chǎn)生了明顯的大變形，由于開(kāi)挖邊坡應(yīng)力釋放，該段時(shí)間內(nèi)的坡體變形速率明顯增加，位移激增，大部分觀測(cè)點(diǎn)的變形速率已＞40 mm/d，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生小規(guī)模坍塌，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況得知，邊坡右側(cè)已進(jìn)入加速變形-破壞階段。滑坡發(fā)生后，對(duì)滑塌部分進(jìn)行卸載并放緩邊坡整體坡率，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，變形未再增加。

自邊坡開(kāi)挖施工以來(lái)，邊坡右側(cè)產(chǎn)生了較大的變形，加之坡表巖體力學(xué)性質(zhì)不佳，坡面出現(xiàn)多條裂縫。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭露，該邊坡為順向坡，為泥盆系郁江階地層，屬于易滑易塌地層，且地下水埋深較淺，沿粉砂巖與炭質(zhì)泥巖界面滲出，當(dāng)邊坡開(kāi)挖至第2級(jí)10 m寬平臺(tái)處時(shí)，坡體自右側(cè)坡頂產(chǎn)生拉裂縫，拉裂縫逐漸貫通，并相繼于兩側(cè)緣產(chǎn)生羽狀剪切裂縫，在地下水等作用下巖層層面局部整體滑動(dòng)，剪出口位于第2級(jí)10 m寬平臺(tái)處（即粉砂巖與炭質(zhì)泥巖交界面）。

由于構(gòu)成該側(cè)邊坡主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及強(qiáng)風(fēng)化泥巖、頁(yè)巖，巖層產(chǎn)狀傾向與人工邊坡同向，為切向坡，上部坡體主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖、泥巖，傾角小于坡角，且泥質(zhì)粉砂巖與泥巖、頁(yè)巖的接觸面多風(fēng)化為土狀，力學(xué)性質(zhì)較差，結(jié)構(gòu)面多有泥質(zhì)充填，邊坡易沿巖層面滑動(dòng)，邊坡整體穩(wěn)定性較差。

加之強(qiáng)風(fēng)化巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，且風(fēng)化不均勻，裂隙較發(fā)育，構(gòu)成坡體的大部分巖體結(jié)構(gòu)已破壞，抗風(fēng)化和抗沖刷能力均較差，強(qiáng)降雨時(shí)，邊坡易產(chǎn)生掉塊、坍塌、崩塌等變形破壞。邊坡開(kāi)挖后，最可能出現(xiàn)的破壞模式為于巖土界面、巖層面或沿各類結(jié)構(gòu)面形成的滑動(dòng)破壞。

4 支護(hù)處治數(shù)值計(jì)算

根據(jù)上述滑塌原因，采用“卸載”方案，即對(duì)現(xiàn)滑塌部分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坡頂裂縫分布位置，采用1∶1.75坡率放坡，確?；w部分全部清除；對(duì)未滑塌部分，取消第2級(jí)、第4級(jí)的10 m寬平臺(tái)，全坡面按照1∶1.5坡率放坡，同時(shí)采用“錨桿框架梁”進(jìn)行支護(hù)。本文采用Geo-studio軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，選取邊坡DK0+728剖面建模，見(jiàn)圖3。

模型計(jì)算中，考慮了初始邊坡、邊坡卸載及錨桿支護(hù)等因素，確立了以下計(jì)算工況：邊坡卸載工況以及卸載支護(hù)加固工況。計(jì)算模型如圖4、圖5所示。

計(jì)算所需參數(shù)如表2所示。

邊坡卸載開(kāi)挖后位移如圖6所示。由圖6可知，在開(kāi)挖后邊坡的位移最大分布區(qū)間在4～6級(jí)平臺(tái)之間，開(kāi)挖區(qū)附近巖體位移顯著增加，最大合位移為0.082 m。卸載后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表3所示，由表3可知，雖然邊坡卸載后3種計(jì)算方法的穩(wěn)定性系數(shù)均＞1，但都不滿足工程安全儲(chǔ)備。結(jié)合變形計(jì)算值可知，僅進(jìn)行卸載處理不能將邊坡變形控制在安全范圍內(nèi)。

邊坡卸載開(kāi)挖支護(hù)后位移云圖如圖7所示。由圖7可知，在邊坡表層進(jìn)行加固后邊坡變形量明顯減小，最大合位移為0.055 m，且變形范圍僅在坡表0.2～1 m深處。而支護(hù)加固后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表4所示，由表4可知，邊坡卸載加固后穩(wěn)定性系數(shù)均＞1.15，滿足安全儲(chǔ)備，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

這是因?yàn)檫吰滦遁d降低了巖土體沿軟弱易滑層滑動(dòng)的下滑力，同時(shí)，坡表錨桿框架梁加固支護(hù)后，使得坡表松散巖土體的力學(xué)性能得到提高。從而解決了邊坡在初始開(kāi)挖后產(chǎn)生滑坡的問(wèn)題，因此采用卸載+錨桿框架梁支護(hù)的處治措施是有效的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要以廣西信都至梧州高速公路上洞樞紐互通DK0+580～DK0+900段右側(cè)深挖路塹邊坡開(kāi)挖支護(hù)為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、變形監(jiān)測(cè)等手段分析了邊坡開(kāi)挖的變形響應(yīng)特征，同時(shí)利用Geo-studio建模，重點(diǎn)分析了開(kāi)挖卸載后及加固后兩種工況下邊坡的變形及穩(wěn)定性，得到以下結(jié)論：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和全站儀監(jiān)測(cè)，抓住了邊坡初始開(kāi)挖后的變形響應(yīng)特征及其引發(fā)的邊坡右側(cè)滑坡不良地質(zhì)現(xiàn)象，并分析了滑坡產(chǎn)生的成因。

邊坡初始開(kāi)挖產(chǎn)生滑坡后，根據(jù)滑塌原因，采用“卸載+錨桿框架梁支護(hù)”方案，即對(duì)滑塌部分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坡頂裂縫分布位置，采用1∶1.75坡率放坡，確?；w部分全部清除；對(duì)未滑塌部分，取消第2級(jí)、第4級(jí)的10 m寬平臺(tái)，全坡面按照1∶1.5坡率放坡；對(duì)邊坡卸載和卸載加固后的變形特征及穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示加固后的整體穩(wěn)定性系數(shù)＞1.15，該工程采用的支護(hù)加固措施滿足要求，可為類似邊坡問(wèn)題的處理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］宋從軍.路塹高邊坡開(kāi)挖變形理論及控制措施研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2004.

［2］馮 君，周德培，李安洪.順層巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（9）：1 474-1 478.

［3］郭永建，謝永利，劉保健.巖質(zhì)邊坡卸荷作用對(duì)鐵路交通運(yùn)營(yíng)的影響分析［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8（4）：58-60.

［4］吳昊宇，崔圣華.巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖變形破壞特征及錨索支護(hù)分析［J］.路基工程，2017（4）：114-119.

［5］王張軍.基于數(shù)值模擬的順層巖質(zhì)邊坡抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)［J］.公路與汽運(yùn)，2016（4）：107-110.

［6］農(nóng)明科．路基高邊坡穩(wěn)定性分析及防護(hù)措施研究［J］.西部交通科技，2021（10）：8-11，33.

［7］晏長(zhǎng)根，孫巍鋒，徐 偉，等.基于錨桿監(jiān)測(cè)的單滑動(dòng)面邊坡動(dòng)態(tài)預(yù)警分析及安全分級(jí)［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2018，31（6）：188-194，226.

［8］趙小平，閆麗麗，劉文龍.三維激光掃描技術(shù)邊坡監(jiān)測(cè)研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2010，35（4）：25-27.

［9］丁 勇，施 斌，崔何亮，等.光纖傳感網(wǎng)絡(luò)在邊坡穩(wěn)災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27（3）：338-342.

［10］楊紅磊，彭軍還，崔洪曜.GB-InSAR監(jiān)測(cè)大型露天礦邊坡形變［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，35（4）：1 804-1 811.

收稿日期：2023-02-13