典型页岩地层高边坡支护工程设计实例

冯龙飞，葛 梁

（1、广东省工程勘察院 广州 510510；2、广东中煤江南工程勘测设计有限公司 广州 510440）

0 引言

页岩是由黏土脱水胶结而成的岩石。以黏土类矿物（高岭石、水云母等）为主，具有明显的薄层理构造。浸水后易发生软化和膨胀，变形模量较小，抗滑稳定性极差。页岩夹层往往成为边坡的不利结构面或潜在滑动面，对边坡稳定性极为不利，极易引起滑坡、崩塌等地质灾害。

针对页岩地层高边坡，诸多学者及工程技术人员进行了深入的理论研究和工程实践，内容涉及方案优选、数值模拟、病害整治、滑坡分析、降雨影响等方面［1-5］，但针对典型页岩边坡的设计实例介绍则相对较少。本文分别选取了炭质页岩、泥质页岩两种典型地层的高边坡工程实例，详细介绍了支护设计的整个过程，以期为类似工程提供参考。

1 页岩的分类及结构特性

页岩按成分不同，可分为炭质页岩、泥质页岩、钙质页岩、砂质页岩、硅质页岩等；强度方面以硅质页岩稍大，其余都较软弱。

其中，炭质页岩是一种强度低、易风化、易崩解的膨胀性软岩，开挖的炭质页岩高边坡在空气中暴露时，随着时间的推移和水的侵蚀，岩体初始力学强度急剧降低，在工程建设中极易造成滑坡或崩塌等失稳现象［6-7］。泥质页岩主要呈片状碎屑，因胶结物质和风化程度的差异，强度变化较大。多数泥质页岩在挖掘或爆破出来后易风化，具有明显的遇水崩解、失水干裂等性质［8］。

2 炭质页岩边坡设计实例

2.1 工程简介

某项目为滑坡地质灾害治理工程，拟治理边坡位于广州市白云区某学院内，总长约222 m，坡高约20 m；边坡坡脚北段约2 m 处即为学校焊工车间（1 层框架结构），其余范围紧邻一条现状道路，道路外侧即为技能训练中心（1 层框架结构），坡脚与技能训练中心之间的最小水平距离约6 m。

坡体及外围植被不发育，出露大多为强风化、中风化炭质页岩，岩质软、风化强烈，呈黑色、黑灰色等色，具有典型的煤系地层特征。强、中风化炭质页岩岩层受褶皱构造影响，局部产状差异较大，总体走向基本与边坡坡向垂直。

该边坡在2016 年6 月曾发生过滑坡，滑坡段长约23 m，前后缘相对高差约16 m，平均坡度约42°，体积约1 200 m3。灾害发生后，校方对边坡进行了分级放坡的应急处理，如图1所示。但由于坡面裸露，截排水系统不完善，高差大，处理后依然存在再次滑坡的可能。通过对已发生滑坡及现场岩层产状统计分析，确定滑动面为炭质页岩内倾角10°～16°的外倾结构面。本边坡于2019年6月重新进行了勘查设计并治理。

图1 应急处理后边坡Fig.1 Slope after Emergency Treatment

2.2 设计方案

结合区域地质资料及现场调查情况，本边坡可采取的治理方案主要有以下3种：

方案1：削坡卸荷+抗滑桩桩锚+坡面生态恢复+截排水；本方案支护结构拟采用φ1.0 m@2.5 m抗滑桩结合1道锚索，桩间设钢筋混凝土挡板，桩后边坡坡面采用自然放坡，坡面植草绿化。

方案2：重力式挡土墙+锚杆格构+坡面生态恢复+截排水，如图2 所示。本方案采用重力式挡土墙作为阻滑结构，挡土墙基础拟采用1.2 m×2.0 m@4.0 m矩形短桩，桩长4 m，兼作承载和抗滑，挡土墙墙高3.5 m，墙顶以上分两级放坡，一级坡坡率缓于1∶3.0，覆土后对坡面进行喷播植草绿化，二级坡采用1∶1.5的坡率，削坡卸荷后采用锚杆格构加固，框格内采用三维网喷播植草。

方案3：削坡卸荷+格构锚固+坡脚护脚挡墙+坡面生态恢复+截排水；本方案主要为格构锚固。削坡卸荷后分级放坡，坡脚采用护脚挡墙进行加固和阻滑，格构梁框格内采用三维网植草绿化；本方案边坡坡脚平台较宽，土石方挖方量较大。

2.2.1 安全性比选

方案1 受力条件最好，且抗滑桩穿过潜在滑裂面并进入稳定岩层一定深度，可以起到较好的阻滑作用。方案2 基于本工程浅层滑坡的特点，采用重力式挡土墙结合其桩基础共同组成阻滑结构，并尽可能放缓坡率，减小挡土墙所承受的侧向土压力，消除滑坡隐患［9］。方案3 坡脚部分土石方挖方量较大，开挖过程可能对坡体稳定性产生不利影响。

2.2.2 经济性比选

方案1 预估工程造价约550 万元，方案2 约330 万元，方案3 约300 万元，从经济性方面看，方案2与方案3工程造价相当，且方案2的阻滑结构较方案1具有明显的经济性。

2.2.3 施工复杂程度比选

方案1土石方挖方量较小，施工较复杂，由于场地条件所限，不利于机械设备安放，导致机械成孔难度大；若采用人工挖孔，则需考虑岩土体裂隙较发育、地下水位较高、次生滑动风险等可能导致塌孔的不利因素，施工风险较大。方案2施工简单，土石方挖方量最小。方案3施工最为简单，但土石方挖方量最大。

综上，本着“技术可行，经济合理，施工方便，环境协调”的设计原则，本工程治理方案采用方案2，治理设计典型平面及剖面如图2所示。

图2 滑坡治理典型平面及1-1剖面图Fig.2 Typical Plane and Section 1-1 of Landslide Treatment

2.3 工程重难点

⑴开挖挡土墙基础及施工挡土墙过程中，应做好有效的支挡措施，以防次生灾害发生；且应将挡墙后坡体削坡至临时稳定的坡度，确保施工作业面安全。

⑵炭质页岩节理裂隙发育，岩体破碎，锚杆成孔困难，必要时可采用跟套管钻进。锚孔注浆须严控注浆质量，确保锚杆受力满足设计要求。

⑶本边坡地层含养分较少，绿化种植不易成活，可考虑采用蟛蜞菊或其他耐旱、耐涝、耐贫瘠的草种。

⑷本工程炭质页岩中矿物成分复杂，富含硫、铁等矿物元素，施工完成后挡墙泄水孔排出大量的硫、铁矿物水，污染挡墙外立面，应定期做好清洁工作。

3 泥质页岩边坡设计实例

3.1 工程简介

本项目为建筑边坡支护工程，位于惠州市惠阳区沙田镇，项目北侧为自然边坡，边坡高度约25～40 m，平面长度约141 m。边坡周边环境较复杂，坡脚场地拟建4 栋17 层塔楼，设1 层地库。地库外边线与用地红线之间最小水平净距仅为5 m，地库覆土完成面标高为71.30 m，地库结构设计为砌块填充墙，侧壁拟做结构空腔，地库挖深范围内边坡均按永久边坡设计。

边坡类型为土质与岩质混合边坡，坡面植被一般发育，坡体主要由粉质粘土、全风化、强风化及中风化泥质页岩构成。其中，页岩层主要呈褐黄色、灰黑色、灰色、浅紫色等色，泥质结构，斜层理构造，泥质胶结，胶结较好，岩体较破碎，风化裂隙发育，遇水易软化。边坡潜在滑动面可能在其内部软弱结构面或土岩接触部位，自然边坡未见明显的软弱滑动面，通过坡面与岩层层面极射赤平投影图分析，认为岩层倾向未对其稳定性造成不利影响。但因建设场地需要在人工开挖后会破坏这种稳定状态，结合地质条件及强降雨因素，边坡存在失稳的可能性，须及时进行边坡支护。

3.2 设计方案

本边坡开挖高度大，岩体软弱，多具层状结构，且坡脚距离拟建建筑物较近，须严格控制边坡对拟建建筑物及地库的影响。

因地质调查中未见明显的软弱滑动面，且岩层倾向未有明显顺层，认为自然边坡稳定，削坡开挖后可采取的支护方案有以下两种：

方案1：削坡卸荷+抗滑桩桩锚+锚杆（索）格构+坡面绿化+截排水；本方案支护结构拟采用φ1.2 m@2.2 m 抗滑桩结合2 道锚索，桩间设钢筋混凝土挡板，桩后留设2 m宽平台后采用1∶1.0放坡至顶，放坡段采用锚杆（索）格构进行支护，本方案优势在于边坡削方量较小，支护结构强度高，受力明确，但施工复杂，工程造价较高。

方案2：削坡卸荷+锚杆（索）格构+坡脚护脚墙+坡面绿化+截排水，如图3⒝所示。本方案主要分三级坡进行削坡卸荷，每级坡高约10 m，坡率1∶1～1∶0.8，坡体采用锚杆（索）格构进行支护［10］；地库挖深4.5 m范围内同样采用削坡结合锚杆格构进行支护，坡率1∶0.75，框格内采用三维网喷播植草。本方案削坡土石方量较大，但施工相对简单，工程造价较低，预估本方案比方案1节约造价约200万元。

通过对方案技术性、经济性和施工便捷性等方面的综合比选，本工程最终采用方案2，边坡支护设计平、剖面如图3所示。

图3 边坡支护典型平面及剖面Fig.3 Typical Plan and Sectionof Slope Support

3.3 工程重难点

⑴因建设单位拟将坡脚地库侧墙与外侧边坡体隔断，地库侧壁拟做结构空腔，如图3⒝所示。侧壁不允许覆土回填，仅顶板以上部分进行回填处理，故本项目基坑挖深的4.5 m 削坡范围连同外侧边坡体一起按永久支护考虑，基坑深度范围内的坡体采用锚杆格构加固。

⑵泥质页岩边坡在未有明显不利结构面的条件下，可考虑采用锚索格构支护方案，根据边坡高度及地质条件可将锚杆和锚索在竖向间隔布置，以节约工程造价。

⑶本工程整体施工顺序应先进行边坡开挖与支护再进行坡脚拟建建筑施工，严禁为了抢建筑工期而改变施工顺序；同时边坡应从上至下分级削坡与支护，严禁整体削坡完成后再整体做支护。

4 结论

⑴页岩地层边坡层理结构明显，应详细调查其地层产状、不利结构面等信息，分析其抗滑稳定性，以采取经济合理的抗滑加固方案。

⑵页岩岩性较软弱，节理裂隙发育，锚孔注浆效果较差，设计采用锚杆格构时应对锚固体摩阻力进行适当折减，以确保加固效果。

⑶拟建建筑须确保在边坡支护施工完成后再进行施工，边坡支护须严格遵守边开挖边支护的原则，严禁超挖，切忌盲目追求施工进度而整体削坡完成后再进行支护结构施工。

⑷边坡绿化应因地制宜，选用抗逆性较强的草种；可采用三维网喷播植草、植生袋等进行绿化，必要时可采用客土植草、种植爬藤等绿化方式。

⑸本文工程案例整体实施效果良好，消除了安全隐患，达到了预期的加固效果，可为类似工程提供借鉴和积累经验。