茶园边坡支护中锚杆格构梁与台阶式放坡方案的比较分析

陈勋超 何炜军

广东省地质局第二地质大队 广东 汕头 515000

在潮汕地区的丘陵山地中分布着多处茶叶种植区，由于建房需要，人为开挖形成高陡边坡，这些边坡具备着坡高、坡陡、坡脚毗邻房屋、坡顶种植茶叶的特点，导致边坡支护时施工空间狭窄，对施工形成了阻碍。同时，山区边坡路途遥远，村路狭窄，房屋密集，大型施工设备难以进入，这些问题需要在方案设计时做好充足的考虑。本文对潮州市凤凰镇南溪村的茶园边坡进行简化得到基本模型，通过对边坡支护中常用的锚杆格构梁[1]以及台阶式放坡[2]两种方案在茶园边坡这种特殊环境下从边坡稳定性、施工可行性、工程量、造价以及人文经济各方面进行比较分析，评价这两种方案的优缺点，对不同情况下选取方案提出建议，结果对进行茶园边坡支护设计时提供参考意义。

1 基本模型

本文通过对潮州市凤凰镇南溪村的茶园边坡进行简化得到基本模型。该茶园边坡为人工开挖形成的高陡土质边坡，曾发生小型崩塌，崩塌后村民对崩塌堆积体以及坡面松散土体进行清理，从而形成现状边坡。根据潮安区、揭西县、饶平县地质灾害详细调查结果，潮汕地区的茶园边坡普遍具有与该茶园边坡类似的特点：①成因类似，茶园边坡普遍由于人工开挖形成，为了种茶便利，村民于山脚进行开挖建房，形成高陡边坡；②边坡形态类似，茶园边坡普遍具有坡脚离房屋近，人工边坡高陡，坡顶天然坡度较缓的特点，且坡高基本等于房屋高；③地质条件类似，潮汕地区的茶园边坡主要种植在火山岩区域，基底岩石主要为花岗岩以及凝灰岩，由于风化程度强烈，多为土质边坡，组成边坡的土体主要为粉质粘土、砂质粘性土，具有残积土的性质；④破坏形式类似，潮汕地区的茶园边坡由于表层为粉质粘土、砂质粘性土，弱透水，因此降雨往往影响到表层土体的物理力学性质，使其抗剪强度降低，破坏主要为表层土体崩塌[3]；⑤施工条件类似，山区边坡路途遥远，村路狭窄，房屋集中而密集，大型施工设备难以进入。因此选取该茶园边坡作为基本模型具有代表性。

为了简化分析，对基本模型作出如下假定：①将模型简化为二维模型，沿边坡走向方向，边坡特征以及地质情况保持不变，边坡长度取100m，便于计算工程量以及造价；②对边坡断面进行简化处理，忽略微地形，即不考虑原有茶园的台阶，简化边坡断面为房屋为二层约8m高，房屋前后室外地面处于同一标高，边坡坡脚距房屋距离为1m，人工边坡坡度70°，坡高8m，坡顶天然坡度20°；③对边坡地质条件进行简化处理，忽略地层纵向变化，简化为坡积层粉质粘土层①厚为2m，残积层粉质粘土层②6m，全风化凝灰岩层③6m，下部均按全风化层考虑，潮汕地区风化层较厚，地下水位普遍较深，天然工况地下水位按坡前3m，坡后7m考虑，暴雨工况地下水位按坡前2m，坡后5m考虑，其中地层界面倾斜角与天然坡度相同，即按20°考虑；④不考虑施工准备条件，即施工便道不作考虑；⑤不考虑微地形以及原有排水系统对治理工程排水系统的影响，坡顶截水沟按距坡顶边缘水平距离5m考虑，两侧采用急流槽处理，急流槽距离边坡水平距离按5m考虑，坡脚采用砼护脚结合地面硬化处理，不考虑边坡排水系统接入村内排水系统的部分。

2 方案设计

（一）锚杆格构梁

整体方案采用锚杆格构梁结合坡脚挡土墙作为支护结构，挡土墙脚趾起点距房屋1.5m，采用仰斜重力式挡土墙，墙高1.5m，地面高1m，顶宽0.6m，面坡坡率1:0.3，背坡坡率1:0.15，脚趾宽0.3m，高0.5m，底坡坡率1：0.1，墙顶平台0.8m，挡土墙后采用1:0.5修坡，坡面采用锚杆格构梁支护，锚杆格构梁间距为2m×2.5m（竖向×横向），锚杆杆体采用单根HRB400直径28的钢筋制作，锚杆倾角采用25°，共布置4排钢筋，锚杆长度自下而上分别为6、9、12、12m，格构梁采用C30混凝土，尺寸采用300mm×300mm，排水系统采用上述假定⑤处理（图1）。

（二）台阶式放坡

整体方案采用台阶式放坡结合坡脚挡土墙作为支护结构，挡土墙设计与（一）锚杆格构梁挡土墙部分相同，墙后每级台阶宽1.3m，坡率1:0.25，高度1m，整体坡率1：1.5，同时为了防止局部垮塌以及美观处理，每级台阶坡采用砖砌体支挡护面，砖砌体宽120mm，排水系统采用上述假定⑤处理（图1）。

图1 锚杆格构梁与台阶式放坡设计方案

3 完工后的边坡稳定性

将上述方案采用极限平衡方法进行稳定性分析，分析天然工况（常水位）、暴雨工况（水位提高）以及地震工况（常水位加8度地震即基本地震加速度为0.20g）的边坡稳定性，不考虑坡脚建筑荷载对边坡稳定性的提高作用，同时不考虑茶树的荷载，岩土体物理力学参数根据勘查报告以及天然、现状边坡反演[4]进行取值，取值见表1，最终计算结果见表2。

表1 岩土体物理力学参数取值表

表2 两种方案边坡稳定性

可见，施工完工后两种方案均为稳定，且符合相关规范要求，其中锚杆格构梁方案在相同工况下具备更高的安全储备。

4 施工可行性及施工期安全性

（一）锚杆格构梁

由于边坡距离房屋较近，施工空间狭窄，采用机械开挖可能在施工过程中危害到房屋安全（开挖时掉落的土体砸损房屋），因此可采用人工修坡，及时清理开挖的土体，自上而下施工，开挖形成的平台用于锚杆的施工，施工完锚杆后，施工坡脚挡土墙，自坡脚挡土墙上搭设脚手架，进行格构梁的施工，后续再进行绿化等的施工，由于边坡距离房屋较近，自坡脚前2排锚杆需进行多次连接，较考验施工质量，整体方案具备施工可行性。

该方案施工期安全性主要是考虑到修坡时掉落土体对房屋的危害以及在雨季施工时边坡的稳定，因此建议采用人工修坡，及时清理开挖的土体降低掉落土体对房屋的危害，而按原坡修坡，在修坡过程中会破坏坡面植被，导致坡面直接受到降雨冲刷，容易发生局部土体垮塌，因此需要注意气候并及时采用防水布覆盖等方式进行坡面防护，直至施工完成。

（二）台阶式放坡

若机械能进入的情况下，采用台阶式放坡仅涉及开挖以及挡土墙的施工，基本无施工难度，自上而下开挖及时清理开挖的土体，在开挖靠近房屋侧的土方时避免一次开挖大量土方导致砸损房屋。整体方案具备施工可行性。

该方案施工期基本安全，主要是开挖靠近房屋侧的土方时可能掉落砸损房屋，控制好施工质量即可解决。

5 工程量及造价概算

按上述假定分别估算两种方案的工程量，如下：

（一）锚杆格构梁

主要工程量为①挖方2500m3；②挡墙123m3；③锚杆1560m3；④格构梁75m3；⑤截水沟140m；总造价概算约为90万元。

（二）台阶式放坡

主要工程量为①挖方8460m3；②挡墙123m3；③砖墙185m3；④截水沟180m；总造价概算约为60万元。

可见，锚杆格构梁方案的造价会高于台阶式放坡方案，后者更经济。

6 方案比较

根据上述对两种方案进行比较，两种方案治理后的边坡稳定性均符合相关规范要求；两种方案均具备施工可行性，但锚杆格构梁更考验施工单位的施工质量；相比锚杆格构梁方案，台阶式放坡方案更加经济。

由于凤凰镇该边坡点若采用台阶式放坡方案的放坡距离较大，且坡上部分茶园涉及较多村民，不同意进行开挖，因此该边坡点采用了锚杆格构梁方案，减少放坡。

7 特殊条件下的茶园边坡

由于农村地区的茶园往往存在一些施工条件、土地权属等特殊情况，本方案对这些情况下的两种方案进行比较。

（1）道路狭窄，机械难以进入：一些边坡位于村内深处，仅有小路出入，若采用机械需修施工便道，本身产生的费用以及青苗等问题导致难以实施，若仅采用人工进行施工，采用台阶式放坡会由于开挖量过大，工期以及造价就会增加，远远超过锚杆格构梁，这时候采用锚杆格构梁方案从工期、经济上更合适。

（2）边坡上茶叶不属于房屋主人：农村很多边坡都存在这样的问题，边坡土地权属跟威胁对象不一致，对边坡治理产生了较大的阻碍。由于采用锚杆格构梁方案会部分开挖山体，导致破坏部分土地使得该部分无法种植，在采用该方案时需要考虑对茶叶主人的赔偿问题；若本身山坡茶叶种植零乱，土地利用率不高，且种植的茶叶价值不高，可以短时间恢复，那么采用台阶式放坡方案类似于整地，治理好的边坡土地仍归茶叶主人使用，可以种植更多茶叶，那该方案会更合适。潮汕地区很多茶叶种植都是顺着原始边坡简单修整，土地利用率不是很高，在低山丘陵茶叶价值较低的区域比较适用，且茶叶主人会更趋于同意该方案。

（3）重要建（构）筑物等：农村有些边坡山上有信号塔等重要建（构）筑物，会限制开挖的范围，这种情况下台阶式放坡会由于开挖面积大可能破坏建（构）筑物而不适用。

8 结论与建议

（一）结论

（1）两种方案在完工后边坡均为稳定，且稳定性满足相关规范要求，其中锚杆格构梁方案完工后在相同工况下具备更高的安全储备；两种方案均具备施工可行性而锚杆格构梁方案对施工质量要求更高；锚杆格构梁方案造价会高于台阶式放坡方案，台阶式放坡方案更经济；

（2）两种方案的选择往往需要考虑施工条件、土地权属等问题。

（二）建议

茶园边坡设计过程中跟建设单位、当地村委、当地村民的调查沟通很重要，在调查过程中需要了解好施工条件、土地权属、村民意愿等等，方能选择更符合该特殊条件下的设计方案。