分析边坡垂直开挖技术在山区道路扩建中的应用

田 应

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001)

1 工程概况

某山区道路为满足日益增加的交通量决定对其现有边坡实施拓宽。现有边坡总高32 m，共分成四级，每级的高度相同，均为8 m，在相邻两级之间设有宽度为2 m的平台。边坡主体以花岗混合岩为主，厚度在15～20 m范围内。边坡坡率在1∶1～1∶1.25范围内。边坡以上山坡相对高陡，拓宽施工中不能使既有道路正常行车受到中断。对既有边坡进行扩建，过去常用的方法为按照设计要求的坡率以从上到下的顺序进行逐层开挖和防护。然而，在边坡高度相对较大的情况下，该方法存在很多缺陷。比如，实际开挖量较大，特别是当边坡高度较大且后缘山体较陡时；施工安全性较差，由于道路拓宽不会超过两个车道，宽度不大，使开挖与运输作业平台宽度不足，导致施工安全性降低；可能对现有道路行车安全造成很大的威胁，通常需要对其交通进行临时封闭。在边坡高度较大的情况下，滚石落土将有很大的弹跳高度，从防护设施上翻越，对现有道路的正常行车造成影响和威胁；施工所需时间较长，为确保现有道路正常和安全行车，每开挖完一级边坡都要进行防护，导致工期较长；要重新进行征地，而且边坡的高度可能进一步增加，特别是当后部山体高陡时。

2 垂直开挖技术应用

2.1 边坡状况调查与评估

对现有的边坡，应先做好相关资料的收集与现状调查工作，掌握边坡变形历史与当前所处稳定状态。在资料收集过程中，主要是对边坡原设计方案、施工过程与监测资料实施广泛收集，用于确定边坡的变形情况。而现状调查是指对边坡的整体外观、既有防护设施的完整情况、区域地下水的出露等开展全面调查，采用调绘方式，在必要的情况下还需进行勘探和测试。如果原边坡已经进行了加固，还需要对加固设施进行必要的调查及测量，比如检查确定挡墙整体外观是否完好等，并对应力和位移等进行测试，比如测定锚索体系锚固力和抗滑桩桩顶实际位移。以调查情况为依据，对边坡整体稳定性予以综合评估，并进行相应的计算分析。当评估确定边坡整体稳定性较差时，需要在补强加固之后才能进行下一道工序的施工。

2.2 预支护

(1)采用微型桩。在准备进行开挖施工的作业平台上，按照适当间隔距离布设微型桩或钢管桩，并将桩顶连接成一个整体。桩孔借助地质钻机形成，直径按照150～250 mm控制，成孔后在孔中放入钢筋(亦可使用无缝钢管)，最后注入水泥浆或水泥砂浆。

(2)锚固。在准备开挖施工的边坡表面，先采用预应力锚索形成框架，然后施加一定预应力，以此形成一条稳定的压应力带，用于对坡体应力场进行有效改善。

2.3 分级开挖和支护

在现有边坡的坡脚处进行垂直开挖施工，开挖与支护施工都必须分步和分级进行。在分步开挖时，具体的分步高度与次数都需要以地质条件为依据，结合边坡的高度确定。如果在分级开挖过程中分级高度过大，可能会使边坡失稳；而如果分级高度过小，会使开挖的次数增加，导致施工时间被大幅延长，进而增加成本。在分级开挖完成后，应马上组织人员开始支护。对于支护措施，主要包括临时性与永久性措施两种。对于临时性支护措施，大多以土钉墙为主，即在小导管注浆基础上在坡面上进行混凝土喷射。支护在降雨较多的地区显得十分重要，通过有效的支护能避免因坡面松弛或雨水冲刷造成的破坏。而对于永久性支护，需要紧跟在临时性支护之后进行，并对两者进行充分结合。为了对坡脚变形进行有效控制，大多将预应力锚固作为主要的永久性防护措施。对于坡面上的抑制构件，需按照从上到下的顺序设置逆作式结构，当然也可先行张拉，在坡面完成成型后进行浇筑。对锚索进行预张拉时，主要使用槽钢，单片或双片的对扣均可。为保证安全，槽钢通常不取出，在其上进行反力构件的浇筑施工。

对于土质边坡，通常以肋板式锚索或锚杆挡墙为主，沿竖向布置肋，将肋设置好后，直接将锚索设置其上。在肋之间，利用板相连，这样能对坡面予以有效防护。其中，板既可立模现浇，亦可在布置好钢筋网之后通过喷射混凝土形成。

垂直开挖面对不同地层及风化程度时的坡率、预支护、分级开挖高度及临时性和永久性支护措施为：(1)中风化层，分级开挖高度取4～6 m，临时性支护措施采用系统锚杆，永久性支护措施采用护面；(2)碎块状强风化层，开挖坡率按1∶0～1∶0.1控制，预支护方式选择微型桩，分级开挖高度取3～4 m，临时性支护措施采用系统锚杆和喷射混凝土相结合的方式，永久性支护措施采用锚杆或锚索框架，也可采用地梁；(3)砂土状强风化层，开挖坡率按1∶0～1∶0.2控制，预支护方式选择微型桩，也可采用锚索框架，分级开挖高度取2～3 m，临时性支护措施采取小导管注浆和混凝土喷射相结合的方式，永久性支护措施采用肋板式锚索挡墙(逆作结构)；(4)残积土层，开挖坡率按1∶0～1∶0.2控制，预支护方式选择微型桩和锚索框架相结合的方式，分级开挖高度取2 m，临时性支护措施采用土钉墙，永久性支护措施采用肋板式锚索挡墙(逆作结构)。

3 结 语

综上所述，在对山区道路进行拓宽时，通过对垂直开挖技术合理应用，除了能减少占地和开挖量，还能减小对现有道路正常行车造成的影响和干扰。但采用垂直开挖技术进行施工时，需要以边坡的实际情况为依据，采用适宜的预支护方法，并确定合理可行的分级支护方法和开挖高度。值得一提的是，通过对有限元法的应用，能对垂直开挖整个过程进行动态模拟，从而更好的为之后的设计与施工奠定良好基础，提供可靠参考依据。