煤系地层路堑高边坡治理

李兰平

（广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 511450）

0 引言

在煤系地层高边坡施工中，若未采取适当的处治方法就会引发山体滑坡、泥石流等危害，极易造成经济损失，延长整个项目工期，甚至会造成人身安全问题。

鉴于此，施工人员需要采取有效的处治方案和切实可行的管理机制使边坡达到稳定、安全。为此，对仁博高速TJ21 合同段煤系土层高边坡加以论证分析，并总结相关治理措施及其管理方法。

1 工程概况

仁博高速TJ21 合同段主线桩号为K429+230～K433+317.457、K432+500～K442+000，长链长度817.457m，全长13.587km。该标段深挖路堑边坡（边坡高度H≥20m 土质边坡及边坡高度≥30m 石质边坡）共有18 处。

边坡设计遵循“减载、固脚、强腰、排水、绿化、方便施工”相结合的原则。其中，K431+210～K431+710左侧路堑八级高边坡地质情况为煤系土层，原设计边坡最大坡高52.4m，属于高边坡范畴。因受降雨的影响，该第一级、二级边坡分别于2017年8月、2018年2月出现不同程度的滑塌。

经过这两次的滑塌，设计变更第一级为复合形式防护，挂三维网植草+锚杆格梁客土喷播+锚索框梁客土喷播+钢花管注浆+护脚墙；第二级复合形式防护，挂三维网植草+锚索框梁客土喷播+浆砌片石护面；第三、四级挂三维网植草防护+浆砌片石护面；第五级挂三维网植草+人字形骨架植草；第六、七、八级都为挂三维网植草。

2 开展高边坡安全风险评估工作

开工前根据该边坡主要特征，相关单位应充分重视对煤系土边坡不良地质体地段施工安全风险的评估。K431+210～K431+710 属于高边坡，首先应进行总体安全风险评估。经评估结果得知风险等级为Ⅲ级，因此将该边坡纳入专项风险评估。该施工过程中重大危险源主要有边坡开挖和预应力锚固作业。边坡开挖会导致的危害有边坡失稳、坡面病害、高处坠落、机械伤害、触电、爆破伤害。根据风险评估得出的危害性，项目经理部需要重点制定有针对的管理措施，加强重点管控，预防危害发生。

3 边坡稳定性分析

根据该路段各岩土原位测试及室内试验结果，按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）、《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），结合《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）综合确定，该路段各地基岩土层承载力基本容许值[fao]、各边坡岩土体黏聚力C（kPa）、内摩擦角φ 及边坡坡率推荐值见表1。

表1 岩土工程设计参数推荐值

类土质边坡稳定性分析：该段边坡主要位于含砾粉质黏土、强风化砂岩、全风化泥岩、强风化砂岩和全风化砂质岩。当潜在滑动面为圆弧时，采用bishopsimplified 法计算边坡稳定性（第一级边坡为1∶1，第二、三、四级为1∶1.25），安全系数K≥1.724，满足规范要求；当潜在滑动面为折线时，采用janbu 法计算安全系数K≥1.512，满足规范要求，属于稳定边坡。

赤平投影分析：拟建场区内基岩出露差，未见基岩露头，仅在场区附近找到灰岩出露点，结合自然斜坡走向及拟建公路走向，对该边坡稳定做以下分析，线路左侧为向坡，揭露裂隙下基本稳定，边坡开挖时，应采取相应的措施以防边坡上覆岩土体沿自然现象的产生，还应防止强风化可能产生的掉块或坍塌现象。

4 综合治理措施

4.1 完善排水系统

分析两次边坡塌方的经验教训，总结得出因雨水进入煤系地层，引发边坡失稳出现垮塌现象。因此，煤系土层边坡治理水成为最关键因素。煤系土层软硬不均，层间胶结较差，结构松散，开挖后风化速度较快且遇水软化，性能极不稳定，具有孔隙比大、高压缩性、低强度性、流变性等特点。鉴于此，边坡开挖之前，要立刻实施堑顶截水沟、平台排水、急流槽等排水构筑物施工。一般采用混凝土预制块砌筑，砂浆强度等级不低于M15，采用机械搅拌。施工作业人员要按设计要求开挖沟槽，确保排水沟结构符合要求，错缝砌筑，线形顺直，砂浆饱满，沟底不漏水、不渗水，并制定预防雨季施工措施。施工现场应备足土工布和彩条布等防雨材料，遇到突发雨天能有效抵御雨水冲刷坡面煤系土层，起到保护作用。

4.2 建立动态设计和监控方案思维

在施工过程中，应注重深挖路基、特殊路基的变形与稳定监测工作，按照设计要求及相关规范、规程进行路基的变形与稳定监测。

对于深挖煤系土边坡，由于岩土工程的复杂性，因此不确定的因素比较多，地质勘察资料难以准确地反映坡面岩土的实际情况。但是，很多不确定因素在施工中能逐渐明朗化，因此边坡工程的设计实际上是一个动态设计、动态施工的过程，应该将动态设计与信息化施工紧密联系起来，保证工程施工安全与路基稳定，在施工过程中如发现现场情况与图纸不符，应及时与业主和设计单位联系，以便及时处理。

深挖路基边坡变形监测包括施工安全监测、处治效果监测和动态长期监测。施工安全监测对边坡体进行实时监控，以了解由于工程扰动等因素对边坡体的影响，及时指导工程实践。施工安全监测的数据采集应实时，以使监测信息及时地反映边坡体的变形破坏特征，供有关方面作出决断。

监测断面通常选在地质条件差、变形大、可能破坏的部位、边坡高的断面。变形监测点处埋设或者浇筑观测墩，水平位移和垂直观察可以用同一观测墩。观测墩应布置在稳定的土体上，避免在松动的变层上建点，并注意与排水沟协调。边坡施工之前建立可靠的高程和水平位移控制网，基准点应充分考虑到施工可能带来的影响，避免遭到破坏。

表面变形监测水平位移采用大地测量法，观测误差应不大于3mm，垂直位移达到二等水准测量的精度。选用的测试仪器和测试方法应满足精度要求。

位移、沉降测试：边坡施工期间，每15 天观测一次固定桩位移，雨季7 天观测一次，遇强降雨及突发性暴雨应每天观测1 次，边坡施工完成后至道路通车1年半时间内，每一个月观测1 次，若变形明显加大，应持续监测。施工期间下一级边坡开挖前应保证测试一次，或者根据位移变化情况减少和加密测试。

采用仪器进行监测是边坡监测不可缺少的重要手段。一般来说，现场巡视检查是一种边坡稳定情况的宏观调查，而仪器监测所获得的各测点监测值是边坡某几个局部现场的微观反映。只有通过现场巡视检查才有可能更好地将仪器反映的局部现象联系起来，建立整体概念。因此，进行人工巡视检查是必要的。

4.3 重点把控锚索（锚杆）施工质量

左幅K431+210～K431+710 高边坡，按设计“强腰”原则，第一、二级边坡属于高边坡腰部，主要承受上部荷载的关键部位。变更后防护加固形式变得更强，第一级边坡由原来的锚杆变成锚索，边坡两侧由原来的三维网植草变成锚杆，第二级锚杆变更成锚索。

首先，严格把关原材料进场质量，进场钢筋进行外观检查,钢筋表面必须洁净，无损伤、油渍、漆污和铁锈等。带有颗粒状或片状老锈的钢筋严禁使用，钢筋根据不同型号、厂家、规格、炉号按批量进行取样送检，符合要求才能使用。注浆材料应能抵御地下水的腐蚀，强度不低于M30 要求，并符合相关要求。锚具由锚环、夹片和承压板组成，具有补偿张拉和松弛的功能，预应力锚具和连接锚杆的部件，其承载能力不低于锚杆杆体极限承载力的95%，预应力筋用锚具、夹具及连接器必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ 85—2010）规定。套管材料具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏，具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

其次，从施工过程工序控制，开挖按照从上自下进行，坚持以“开挖一段，支护一段”为原则。锚孔在成孔钻进过程中，严格控制钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻、塌孔、掉块、涌砂、缩颈等通病出现。钻机成孔后，质检员通知监理工程师验孔，合格后安置锚索（锚杆），并立即注浆作业。严格控制水泥浆、水泥砂浆配合比，搅拌均匀，并使灌浆设备和管路处于良好的工作状态。重点控制锚索预应力张拉环节，左幅K431+210～K431+710 高边坡第一、二级采用锚索强支护形式，第一级边坡锚索长度25m，第二级边坡锚索长度32m，锚固长度都为10m，锚固力设计500kN，锚索主筋采用15.24mm。框梁浇筑后，混凝土强度达到设计要求后，按10%、50%、110%分级张拉。外露钢绞线暂时不切割，等待边坡全部支护稳定后，经过监测数据对比分析，坡面无变形无位移才能切割并封端。

最后，快速封闭坡面，按设计要求采用15cm 客土喷播植草防护。按要求配制根植土和氮肥以及草籽，采用客土喷播机进行喷射。施工管理人员严格自检厚度，并检查框梁与坡面的紧密程度，防止出现贴面不密实情况，需要及时填筑沙包封端，防止雨水渗入。框架梁覆盖无纺布，并用铆钉紧固，使坡面完成绿化防护，形成有效的闭合措施。

4.4 钢花管注浆加固煤层强度

左幅K431+210～K431+710 一级边坡碎落台、一级平台、二级平台分别设计6m、16m、20m 长，间距为2m 的钢花管，并且要求钢花管与锚索错位布置。钢管内径108mm，壁厚6mm，无缝钢管材质。其主要是加固煤系土层的强度，还能起到止水帷幕的效果，防止山体渗水冲击坡面，造成崩塌。

按设计要求进场钢花管材料，厂家须提供符合国家法定单位或部门的合格证书及试验检测报告。钢花管注浆钻孔重点把控项目，项目总工对各部门负责人及全体管理人员安全、技术交底。督促加强管控各个生产流程，从原材料到加工半成品、成品每道工序严格控制。应对钻孔用风、水冲洗，并排尽残渣和污水。灌浆应利用压力泵进行，采用灌浆M30 水泥砂浆，灌浆完后静置待凝。灌浆必须饱满、充分，被检验的灌浆体应该在现场提取，并按规范要求进行养护，其抗压强度应不小于设计强度。

4.5 设置超宽钢筋混凝土板平台

左幅K431+210～K431+710 第二级设置10～11.5m 宽度不等超宽平台，设计采用10cm 厚强度等级C20 钢筋混凝土硬化。设计变更主要目的是把第三级边坡放缓，使之上部荷载变轻，使边坡趋于稳定，达到平衡安全状态。遵循设计“减载”原则。

采用钢筋混凝土硬化平台有两个主要作用：第一，可以有效抵御煤系土山体蠕动变形，产出顶面混凝土开裂，有效防止雨水渗透土层，产生煤系土遇水变软、结构不稳定带来的崩塌危害。第二，增大顶面的自重，能约束山体的横向位移，达到稳定性。

事实证明，在封闭平台整个施工过程中，主要体现为快和稳。施工过程中，稳中求进，采用监控量测技术手段，实时关注监测数据措施。如果超过设计要求，坡面产生裂缝过大、变形，就必须加强支护并停止开挖，分析原因。最后封闭完成形成相对稳定的坡面。

4.6 布设深孔排水措施

该边坡设计变更后，位于第一、二级边坡坡脚处，各增设一排长度15m、内径110mm 硬式透水管，并规定纵向间距为3m 深层排水管。其主要作用是引流煤系土层山体层间渗水。施工时，钻孔机严格按设计要求倾斜10就位。隔空跳打，成孔之后检验合格方可下管。必须保证孔距、孔径、孔深符合规范要求，硬式透水管材料符合设计要求，需要进场检查合格后才可使用。深层排水管设置充分有利于山体内部渗水排水，减轻山体自重，增大煤系土边坡的自稳性。

4.7 增设固脚支挡措施

遵循设计“固脚”为原则，设置在第一级边坡坡脚增设护脚墙。这种护脚似于重力式挡土墙，尺寸不大但作用很大，可以明显增大坡脚的强度，有效抵挡背后土压力，起到稳固山体、达到安全稳定作用。

施工时，护脚墙采用间隔跳槽开挖方式，从两边向中间施工。每隔10m 设置沉降缝一道，并采用沥青麻絮填塞缝，泄水孔按照2m 间距梅花形布置，100mm孔径，墙背采用0.5cm 厚反滤层。需要重点检测地基承载力、平面位置、高程等。当地质情况与实际开挖情况进行比较发现有差异时，立马通知监理设计进行变更，并做好现场临时排水需要。混凝土浇筑要振捣密实，防止漏振。混凝土强度必须符合设计要求。

护脚施工完毕后，观察发现并没有出现崩塌现象，通过监测数据加以论证得知几乎没有产生位移和变形，事实证明增加护脚稳固作用很大。

5 建立完善的管理体系

5.1 施工质量保证体系

建立工序质量和工程质量的重点控制清单，制定处理施工中的关键质量问题措施，重点抓好施工中的过程管控工作，专人负责。严格把关材料，外购材料须提供出厂合格证、质量保证书等证件，进场后需按规定抽检，合格后才可使用。

建立严格的管理制度，煤系土施工前要形成一套完整的检测制度。一方面要建立好相关工作流程制度，把握关键工序，用制度管理模式确定下来；另一方面是对煤系土层的专项检验、验收制度，按照不同方式、不同形式、不同方法进行，确保施工质量达到设计要求。

5.2 安全管理保证体系

为了能够进一步建立健全安全生产管理体系，首先需要进行安全生产目标的制定，安全生产目标主要包括以下几点：

第一，应该坚决杜绝伤亡责任事故的出现。

第二，应对物体打击、高空坠落、机械伤害、触电伤害、车辆伤害、起重伤害、淹溺、坍塌伤害的死亡人数控制为零，每年由上述伤害导致重伤的工作人员应少于一人，轻伤的人员应该控制在5 人及以下。另外，还应该将火灾责任事故的出现控制为零，从而使“平安工地”的建设任务达到标准，进一步建设安全标杆工程。

第三，应该建立安全生产管理制度，在此过程中应该进一步建立健全安全生产教育培训制度、安全生产技术交底制度、安全生产检查制度、安全专项方案制度、消防安全责任制度、安全奖惩制度等各项规章制度，结合该工程在进行项目工程建设过程中的实际特点进行安全事故应急预案的制定，并且建立应急事故处置领导小组，针对在施工过程中可能出现的各种问题尤其是突发安全事故进行处理，将责任落实到个人。

6 结语

通过对左幅K431+210～K431+710 煤系地层高边坡施工的实际情况分析得出，针对地质情况复杂，强风化泥质砂岩与炭质页岩互层，泥质粉砂岩泥层伴蜂窝状煤系且地下水较发育，褶皱、强度低的煤系土边坡的特点。首先，应从设计方面着手，遵循边坡设计与“减载、固脚、强腰、排水、绿化、方便施工”相结合的原则。最为关键的是对高边坡要害之处——“腰部”采用多层次复合性加固措施，该案例中主要对其“腰部”加固防护有锚索、锚杆、护脚墙、放缓坡率削坡减重、钢筋混凝土超宽平台，深层排水沟等联合支护。其次，要建立完善的管理机制，重点控制过程管理，责任落实到人。结合以上两点措施可以有效减少煤系土边坡出现危害的概率，减少人员与财产损失，并且符合高质量发展要求以及与时俱进的理念，为我国交通事业奠定扎实的基础。