高边坡病害机理分析及处治方案确定

高边坡病害机理的正确分析，是有效进行病害应急抢险方案确定和合理确定永久方案的基础。尤其是对于突发的工程斜坡病害，由于没有充裕的时间进行深入的而细致的地质勘察，因此，通过快速而严谨细致的现场调查，合理分析高边坡的病害机理，才能为高边坡的应急抢险与后续的永久处治提供至关重要的基础。

某高速公路于 2005年5月30日 通车。 6月19日 ~23日，境内遭遇400年一遇的强降雨，降雨量达到576.6mm，局部地区达到944mm。2005年7月5日K21段左侧最大高度53.2m、沿线路方向长377.0m的高边坡出现大规模失稳迹象，变形方量约为10万方。为有效的控制和处治高边坡病害，确保高速公路营运的安全，笔者 7月6日进行了细致的 现场踏勘，7月7日完成了抢险工程设计, 7月10日 开始抢险工程施工，7月12日完成了永久处治工程设计，多快好省的完成抢险任务的预期目的。

一、基本情况

高边坡位于构造剥蚀低山丘陵区，自然坡度25~55°， 坡体表层为厚约5.0~10.0m的 松散状 坡积层， 下伏为强~中风化白垩系粉砂岩夹薄层页岩，局部地段煤系地层发育。 岩体产状为315～320°∠28～35°，顺倾向线路。 大里程方向走向130°的 正断层形成坡体右侧界，断层内常年有1万方/天的地下水流出。小里程方向走向10°切割深切沟形成坡体的左侧界。区内年平均降雨量为1881.8mm，坡体地下水主要受后部正断层控制，岩体破碎，节理裂隙发育，坡面地下水渗流十分普遍。

高边坡采用坡率为1:0.5~1:0.75，二级平台宽为4.0m，其余为2.0m。其中二级、五级边坡采用锚杆框梁防护，三级、四级边坡采用锚索框架加固，整个坡面均采用六棱砖植草防护。

二、病害机理

1、 不良地质条件

1）地层上部为厚约5.0~10.0m厚的粉质粘土夹碎石层，其下为节理裂隙发育的强风化砂岩及中风化砂岩，加之断层的影响，坡体的储水状况良好。

2）本区岩层倾角28～35°，且坡体中发育的泥化夹层，导致坡体形成典型的顺层坡体结构。  

2、坡体中的地下水

1）高边坡后部依附于正断层，断层内常年水流稳定且流量达1万方/天，主边坡的开挖改变了地下水的径流条件，坡面成为地下水新的排泄面。

2）根据现场调查，一、二、三级边坡地下水出露普遍，平台截水沟的排水量约为2.5方/天，水流混浊，这说明坡体的潜蚀作用强烈，岩土体的物理力学性质受损严重。

3）区内四百年一遇的强降雨，直接导致大量的表水下渗，坡体地下水位在短时间内迅速上升，是造成本次坡体变形最直接的诱发因素。

图1 降雨量与位移-时间变化曲线

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3、 设计缺陷

1）对坡体发展趋势认识不足，仅在其中的某一级边坡或两级边坡上布置锚索工程，且坡脚的一级边坡无相应的锚固工程进行“固脚”，导致工程加固力度偏弱而不能有效达到坡体的合理安全系数要求。

2）设计锚索框架梁截面为0.4×0.4m，且锚索在框架梁结构上的布置不合理，造成框梁结构的受力弯矩及剪力偏大，导致在600KN/孔锚索的拉力作用下框架梁结构损坏严重，导致锚索预应力损失严重。

图3 代表性锚索应力变化曲线

4、施工缺陷

1）据现场调查，约70%的梁身砼在制梁过程中缺乏振动捣密，砼级配较差，砼有较多的蜂窝状，钢筋锈蚀严重，有些梁体砼强度不足10MPa，远低于设计的C25砼强度，使锚索在张拉受力的过程中，梁体即发生了断裂。

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2）由于坡体地下水富集，设计时在一级、三级边坡分别设置了水平间距为10.0m，孔深为20.0m的排水斜孔，但由于施工的缺陷，造成了大部分排水孔长度严重不足，无法起到疏排地下水的作用。

三、 应急抢险工程

为了阻止病害的恶化扩大，应急抢险设计在一、二、三级边坡大量出水的部位，调动多台钻机快速设置斜孔排水降低坡体的水位，有效减缓坡体的变形速率。

根据调查，抢险工程的斜孔排水量约为 120 方 /天 。 通过深部位移监测发现，高边坡在 7 月 10~ 20 日之间地下水位下降了近 5.0m ，坡体位移变化速率由排水前的 9.7mm/ 月下降为排水后的约 3.0mm/ 月，坡体变形速率大幅下降，这为坡体进行综合治理加固工程的实施赢得了宝贵的时间。

图5 代表性 地下水位与位移 - 时间变化曲线

四、永久处治措施

1 ）一级边坡设置锚杆工程，起到高边坡的“固脚”作用。

2）二级、三级、四级边坡设置 锚索工程，起到高边坡的 “ 强腰 ”作用。

3） 五级边坡设置锚杆工程，提高坡体表层粉质粘土夹碎石层的 自稳性。

4） 为了便于快速施工和后期的坡面绿化，锚固工程的坡面反力结构均采用十字梁。

5）在紧急抢险工程的基础上，一级、二级、三级边坡设置穿透潜在滑面的排 水斜孔。根据调查，斜孔排水量约为200方/天 ，这样大的排水量，非常有利于提高坡体的整体自身稳定性。

图6 边坡综合治理代表性断面示意图

根据工程监测显示，在9月25日完成永久工程完工后，高边坡的位移变化速率逐渐降低，直至稳定。坡体的地下水位下降了约7.0~12.0m，对坡体的成功治理起到了非常关键的作用。

图7 工后高边坡全貌

该坡体在合理的病害机理分析基础上，贯彻了“治坡先治水”和高边坡“固脚强腰”的处治原则，从而实现了快速的高边坡病害的应急处治和永久处治。工程自完工约17年来，一直保持稳定。

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