节理裂隙发育破碎的全强风化岩质边坡处治方案比选设计实例

一、深挖方路堑边坡概况

根据以上描述，可确定以下几个主要信息：  

（1）边坡已发生变形破坏，剪入口和剪出口都已明确，剪入口为二级边坡坡顶处，剪出口为其坡脚，稳定性反演分析应以此为准；  

（2）结合详勘该段高边坡钻孔结果，未见软弱层夹层（砂质泥岩），边坡表层确实存在浅层全风化泥质砂岩，但边坡发生变形破坏主要是其节理裂隙发育后沿碎石与基岩接触面进行滑动，该接触面具有裂隙不断发育破坏面不断内移的特点，这里我要特别说下我的判断依据：

    根据赤平投影，泥质砂岩的倾角约为10°左右，接近水平向，其顺倾特点确实会影响边坡的稳定，但不是主要因素，如果按其顺层破坏，根据破坏机理可看作为平面破坏，平面破坏主要分为无拉张裂缝和有拉张裂缝，本边坡为有拉张裂缝，如果沿其结构面滑动，拉张裂隙需要延伸约20m，这与实际情况违背，现场如今最高级边坡坡顶也发现了拉张裂缝，因此我认为主要为节理裂隙发育，同时岩层遇水后抗剪强度急剧减弱，发生了圆弧形滑动。

（3）一级边坡虽然现状稳定性较高，但其潜在破坏模式与二级边坡相同，降雨为主要诱发因素，必须考虑节理裂隙发育浸水后的实际抗剪强度，因此从高边坡破坏机制来看，锚固设计应充分考虑其裂隙饱水为类均质土坡后的潜在滑动面位置及相应的稳定系数，同时顺层破坏也要予以一并考虑。

（4）根据现场踏勘并结合平面图坡顶多为反向坡。  

下图为后缘拉张裂缝及两侧剪切裂缝：

边坡模型破坏情况破坏前后反演如下（采用有限元法、高斯6节点单元类型及网格自适应法）：  

二、稳定状态分析

    目前此高边坡的二级边坡拉张裂缝及剪切裂缝已形成，并在前缘发现了扇形压张裂缝，剪切裂缝未完全贯通，根据现状估计，再经过1-2场同等强度的持续降雨可发生滑动破坏，各部分主要特征如下：  

（a）滑动面，主滑段和牵引段滑面基本形成，滑体沿其下滑推挤抗滑段，抗滑段滑带还未形成；  

（b）边坡后缘，主拉张裂缝贯通加宽，外侧下错并向两侧延长，有形成圈椅状滑坡的雏形；  

（c）边坡前缘，局部有微隆起现象，出现了平行滑动方向的压张裂缝，鼓胀裂缝还未出现，坡脚有积水，未出现主动掉块局部溜坡现象；  

（d）边坡两侧，两侧剪切裂缝在逐渐向抗滑段延伸；  

（e）变形体，中上部下沉并向前移动，下部受挤压而抬升，滑体破碎，变松。  

因此综合判定此边坡目前已度过蠕动变形阶段，属于挤压变形阶段，天然工况下属于欠稳定状态，稳定系数为1.03，暴雨工况下将进一步发生破坏，稳定系数为0.998，由此进行了抗剪强度反演计算，在此省略。

三、处治方案比选

   根据边坡现状及变形区域岩土体物理力学性质情况，考虑项目区高边坡区域地形地貌及占地造价等因素，初拟三个处治设计方案，分别为1:3放缓坡至坡顶、清坡回填后搭配锚杆框架梁防护以及适当放缓坡率清除变形体后搭配锚杆框架梁防护。  

（1）1:3放缓坡至坡顶  

    根据高边坡滑动面位置及变形体方量，规模较小，因此可采用清方施做4m宽平台后放缓坡至坡顶的方案，强-中风化砂岩稳定性较高还未进行刷坡，现状开挖高度不高但坡度较陡，自稳性较好，层理基本呈反倾，但同时部分段落较为破碎，也可能在运营期历经多个雨季发生裂隙面饱水导致变形破坏，因此考虑本身岩体的风化程度及坡顶将清除变形体，结合本段长度较短且为与两侧土质边坡顺接，因此维持原设计1:1坡率，对坡顶开挖4m宽平台并做10cm混凝土硬化，搭配平台排水沟，对一级坡采用锚杆框架梁防护，上部边坡清除坡体后对边坡进行1:3坡率缓边坡放坡。天然工况下计算稳定系数Fs=1.634，暴雨工况下计算稳定系数Fs=1.478，潜在最不利滑动面位于一级坡处，稳定系数满足规范设计要求，此方案上部边坡不需要进行强支护，造价在方案中比较中为最少（预估造价80万不含征地费用），但上部放坡坡率影响额外占地较多（初拟缓坡坡率为1:3），且由于岩土体节理裂隙较多，采用人字形骨架一般防护不能保证其有再次形成新的潜在滑动面的可能，根据既有工程经验，岩质边坡放缓仍会由于节理裂隙饱水贯通发生滑动破坏，对于原岩质边坡来说，强风化层坡率为1:1.25已经很缓但仍发生了变形破坏，因此方案建议作为定性比较方案，不推荐。

（2）清坡回填后搭配锚杆框架梁防护  

    此方案的优点在于不需要新增占地，且对三级边坡人字形骨架防护不需要拆除可继续利用，清方后换填隧道弃渣（块石，人工码砌恢复坡体）搭配预应力锚杆框架梁进行防护，但该方案如果清方后再回填，将形成新的接触面，已征求施工单位意见，施工难度较大，不能保证施工质量，且坡率较陡所需要的锚固力较高，需要施加预应力，由于中风化砂岩位于一级边坡，三级边坡锚固段仍然位于强风化砂岩，效果较差，经过试算，三级边坡同样也需施加预应力，且需施加的预应力较大，否则稳定系数仅有1.046，本方案造价在三个方案中并不具备造价优势，与后续推荐方案基本相当，（预估造价130万）且效果未知，该方案建议作为定性比较方案，不推荐。  

（3）适当放缓坡率清除变形体后搭配锚杆框架梁防护  

    根据以上定性方案的定性加定量判断成果结合其各方案优缺点确定推荐方案应具备的几个特点：  

1.本高边坡虽然为岩质边坡，但由于节理裂隙发育，块石间含较多粘性土，可按土质边坡进行分析，同时根据方案二坡率较陡锚固预应力较大且在破碎岩层中效果较差，因此应尽量放缓边坡增加边坡整体稳定性，放缓坡率主要根据现有二级边坡滑动面位置确定；  

2.根据方案一的分析结果，放缓边坡后仍可能在暴雨工况下沿着岩层发育裂隙带发生滑动变形，应搭配设置锚杆框架梁，锚杆锚固长度应根据定量计算结果结合规范要求综合确定；  

3.本高边坡段两侧存在两级土质边坡，现场观察为高液限土边坡，目前设计坡率1:1较陡，建议与高边坡一级边坡一同考虑坡率设计，方便衔接；  

4.应注意该边坡的坡面及时排水，因此应除了分析最不利潜在滑动面外，对各层潜在滑动面也应进行搜索分析，综合制定排水方案。  

    以此制定了第三种处治方案，采用合适的坡率+锚杆（索）支护的方案，坡率由稳定性计算确定，一级边坡考虑与两侧高液限土边坡同坡率顺接且清除变形体，坡率由原设计1:1坡率放缓至1：1.25，同时一级坡抗剪强度充分考虑裂隙发育下暴雨作用下的中风化砂岩的取值，对坡顶开挖4m宽平台后做10cm混凝土硬化，搭配平台排水沟，对一级坡采用12m锚杆框架梁防护（固脚），并配合仰斜式排水孔；二级坡及以上边坡坡率为1:1.5，并施打预应力锚杆框架梁，起到强腰作用，由于岩质边坡较为破碎，采用压力分散型锚杆，不仅工作时锚固段灌浆体剪应力较均匀，可有效抑制锚杆的蠕变,而且锚杆全长采用无粘结钢绞线,锚杆工作时灌浆体处于受压状态,因而具有良好的防腐性能，是目前在软弱破碎岩体和土体锚固工程中大力推广使用的锚杆，其中锚杆（索）的设计锚固力由剩余下滑力计算确定。  

    顶部粉质粘土层设计坡率为1:1.5，采用人字形骨架植草防护，本方案占地比方案一大大减少，同时相比方案二边坡的适当放缓提高了其本身整体的稳定性，搭配锚杆锚索加固固脚强腰，设置仰斜式排水孔及平台排水沟保证边坡排水顺畅，本方案预估造价130万。  

    因此，从尊重自然、利用好岩土体本身强度打造绿色公路的思路出发，从施工难度、运营期安全性及占地造价等方面综合考虑推荐方案三。  

四、处治前后稳定性验算分析

   按照处治方案进行清方刷坡，一级边坡坡率为1:1.25，坡高8m，坡顶设置4m的宽平台清除滑体碎石土，二级边坡及以上边坡坡率均为1:1.5，分级高度均为8m，分级处设置2m的平台。  

   根据计算结果，最不利滑动面为二、三、四级边坡一同整体滑动，稳定系数为0.97，剩余下滑力为438.11KN/m，剩余下滑力倾角为1.20°，二级边坡单级区域稳定系数为1.14，剩余下滑力38.21KN/m，剩余下滑力倾角为0.23°，三级边坡单级区域稳定系数为1.14，剩余下滑力38.81KN/m，剩余下滑力倾角为-0.82°，二、三级边坡区域整体稳定系数为0.99，剩余下滑力245.27KN/m，剩余下滑力倾角为12.10°，由于岩体遇水后强度降低很多，暴雨工况下最不利稳定系数更小，采用有限元进行校核天然工况，计算结果为稳定系数Fs=0.993，相较极限平衡法稍大，基本一致，有限元校核如下：

    加固后高边坡正常工况下稳定系数为1.44＞1.30，暴雨工况下稳定系数为1.17＞1.15，满足设计要求，同时对锚杆基于拉格朗日元做了抗拔性试验模拟，设计拉力满足其破坏荷载范围要求。