某煤系地层高边坡病害分析和处治方案讨论

一、基本情况

某高速公路煤系地层高边坡最大高度约40m，坡体主要由泥质页岩和炭质页岩构成，原自然坡度约30度左右，岩层产状总体上坡向小角度相交，倾角为25~33度，属于顺层边坡。坡体位于突出山脊，其中大里程侧沟谷深切，长约400m；而小里程侧冲沟深度较浅，长约180m。区内常年降雨丰富，一年中有2/3左右的时间烟雨蒙蒙。

原设计设置1：0.75～1：1的坡率开挖后，全坡面设置长为26～33m的锚索框架进行加固。工程开挖至路基面附近时过程中，坡体多次发生变形而坡面地下水渗流严重。加之工程施做期间区内发生震源深度为9km的5.3级地震，造成高边坡所依附的坡体裂缝贯通。具体为：

图1 边坡施工现状（镜头朝上）

图2 原设计与变更后的工程地质断面图

1）在坡口线以外约40m的范围内发育两条近平行于线路走向的长约40m左右的贯通裂缝；

2）沿小里程侧冲沟侧界贯穿一条长大裂缝，并穿过冲沟后向后部山体延伸，走向于大里程侧冲沟走向近于一致，裂缝长约400m左右，宽度约20cm；

3）在长约400m左右的范围内，坡体上分散的民居多有开裂，且多从窗户部位开裂，或部分裂缝没有从地面起裂而直接从窗户部位向上开裂。

基于此，设计再次在二、三级边坡上设置长约38m的锚索十字梁进行补强加固，但由于多种原因，坡体仍存在很大的安全隐患。

二、笔者病害原因分析

1、该高边坡位于突出山脊前部，坡体卸荷松弛严重、岩体破碎。加之坡体为典型的顺层边坡和煤系地层，地下水发育。因此，该高边坡的管理、设计、监理和施工各方，应有充分的危机认识。

2、根据常规，突出山脊地下水应不发育。但在坡体开挖后的多级边坡坡面上，地下水渗流严重，且在钻孔施钻的过程中，坡体不同深度部位多层地下水位。

根据笔者分析，这是小里程侧冲沟深度较浅，良好的沟内汇水穿过山脊向大里程侧深切的沟谷渗流。 工程开挖后的人工坡面成为新地下水排泄通道，从而在坡面上渗流。

3、依据监测资料看，大里程深切沟一侧，边坡变形方向为人工坡向和自然深切沟之间的某一夹角，并随着远离深沟而逐渐转向坡向。这说明，坡体的变形在一定程度上受到了深切沟临空面的影响。

4、在坡口线以外约40m的范围内发育两条近平行于线路走向的长约40m左右的贯通裂缝，为典型的工程边坡扰动后补偿不足所致；

5、沿小里程侧冲沟侧界直至后部山体的长约400m左右的裂缝，与深切沟走向近于一致，且远离人工边坡，为地震所致。

图3 长约400m与深切沟近于平行的裂缝（镜头朝下）

6、坡体上分散的民居开裂部位多从窗户部位开裂，或部分裂缝没有从地面起裂而直接从窗户部位向上开裂。这是典型的地震引起的坡向向深切沟变形的张拉裂缝或地震引起的民居开裂缝特征，而与工程边坡开挖没有直接关系。

图4 地震引起的民居开裂

6、高边坡锚固工程质量欠佳

图5 各级边坡平台在施做锚索后发生开裂

三、处治方案分析

1、高速公路高边坡加固需考虑两问题，即工程边坡开挖引起的坡口线外40m范围内的坡体变形和高边坡在一定范围内受大里程侧深切冲沟影响的变形病害。

2、由于高边坡的已施做的锚索质量堪忧，故宜适当抽检后对高边坡的稳定性进行评价，并继而依据高边坡“固脚强腰，分级加固”的原则对高边坡的整体稳定性和局部稳定性进行加固。

3、建议在取消坡脚墙、碎落台的基础上，在高边坡坡脚部位设置抗滑桩对坡体的整体稳定性进行支挡加固，且考虑到锚索施工质量，建议考虑采用普通抗滑桩。

此外，由于坡脚以下存在厚约8m的岩质页岩，考虑到其在地下水的作用下对抗滑桩的锚固力贡献有限，故建议在抗滑桩前部设置3排钢管注浆（钢管保留）对抗滑桩锚固段的锚固能力进行提高。

4、考虑到锚索质量问题，以及二、三边坡经锚索框架和十字梁补强，造成坡面上已无再次进行工程补强的空间，故建议对三级平台以上的四级边坡进行刷方（继承老一辈和笔者以往经验，刷方取潜在滑体的1/7~1/6），从而大幅减小潜在下滑力作用下，边坡从锚索质量欠佳的二、三级边坡剪出，继而将整体高边坡分为两个次高边坡。在此基础上，对刷方形成的四、五级边坡设置钢锚管和锚索进行加固。

5、由于大里程侧深切沟造成坡体存在横向变形的情况，故宜在冲沟部位设置一排抗滑桩对高边坡的侧向进行约束，并应优先进行施做，从而防止高边坡上的锚索质量下降。

6、坡体地下水丰富，建议在坡面多层出水部位设置长度不小于25m的仰斜排水孔对地下水进行引排，提高坡体的自身稳定性。

图6 笔者建议处治方案工程地质断面图