高速公路路堑高边坡施工技术研究

于广华

（福建省路桥建设集团有限公司，福建福州 350000）

1 工程概述

1.1 工程概况

某工程原设计高边坡防护范围为K57+037.3—K57+163.1 右侧，是一处长度为125.8m 的高边坡，边坡高度为38.75m，2020 年8 月10 日确认的高边坡防护范围增加至K57+010—K57+163.1，长度为153.1m，进行边坡应急处置，加强边坡防护。该处高边坡第二次设计变更，边坡防护范围有所增长，主要采取刷坡卸载的方式增加锚索防护措施进行边坡加固。

该处高边坡属于岩质边坡类型，可能引发的地质灾害为楔形体滑塌。其所处地貌为低山区，路线以路堑形式穿越坡脚，地面高程约为120～240m，原始地面坡角为30～45°左右，坡面植被较发育，上覆地层碎石土和全风化粉砂岩，坡脚中风化基岩零星出露，地形总体较缓，边坡自然稳定性较好。该工点边坡防护主要以锚杆框架防护和锚索框架防护为主，框格内采用植生袋植草绿化。

1.2 施工重难点

此次高边坡防护主要针对第二阶段设计变更进行组织施工，施工重点是边坡坡顶外卸载、锚索防护施工及边坡生态修复。

2 施工方案

2.1 路堑开挖

高边坡卸载方案，卸载土石方量最大位置在5级、6级边坡，其余7级、8级、9级边坡刷坡卸载土石方量较少，因此高边坡开挖卸载土石方时，首先卸载5级边坡部分土石方量，创造施工作业平台。

机械设备沿新修便道至4级边坡坡顶位置，5级边坡是宽度为30m 的平台，首先进行台阶开挖，5级边坡分两次开挖，第一次开挖平台、坡面留10m 宽度不进行开挖，开挖宽度为20m，作为施工平台。5级边坡开挖后的作业平台外侧即靠近主路线一侧采用“钢管+竹排”进行全封闭围挡，防止碎石散落至坡下，影响1～3级边坡锚索施工。围挡内侧采用高度为2m 的土埂作为缓冲区域，防止6～9级边坡施工时有杂物冲至坡下。

然后以大功率挖掘机采用纵向台阶开挖法进行施工。挖掘机沿山坡修筑“之”字形施工便道，挖掘机沿施工便道上到9级边坡坡顶，随后挖掘机配合装载机以将弃土向8级边坡推土的方式进行施工，首次刷坡计划施工完成9级、8级边坡后，再进行9级边坡挂网喷播，同时进行8级边坡锚索钻孔施工。7级边坡坡顶平台宽度为6m，因此在8级边坡一次刷坡到位后，利用7级边坡坡顶平台作为8级边坡的施工平台，进行锚索施工。

8级边坡锚索钻孔完成80% 后，进行7级边坡开挖，计划7级边坡开挖分层分段开挖至设计坡面，该方案可避免搭设7级边坡钻孔作业平台，加快施工进度。开挖土石方采用装载机推土卸载至6级边坡，然后采用自卸汽车运至弃渣场。7级边坡锚索钻孔完成后，进行6级边坡开挖，然后对5级边坡再次进行刷坡，开挖至设计坡面。施工过程中，利用挖掘机配合自卸车将土石方运至弃渣场。

2.2 边坡防护

为加强边坡整体工程的安全性、稳定性，高边坡坡面设计为台阶形，采取工程防护与植物防护相结合的综合措施。1～3级边坡新增锚墩82 处，进一步加强已施工边坡的稳定性。9级边坡及两端低矮处采用放缓坡率，挂网结合绿化方案。8级、7级边坡防护采用锚索框架梁加固方案，框架内采用植生袋植草绿化。6级边坡防护采用拱形骨架，拱架内采用草灌混植绿化。5级边坡防护采用宽度为30m 的平台，在全部硬化后，设置种植槽进行绿化[1]。

2.2.1 锚索制作

一是锚索采用直径为15.2mm 的高强度、低松弛普通钢绞线制作，钢绞线强度为1860MPa。锚索以6根钢绞线为一束，以此进行加工制作。

二是锚具采用OVMlS-6 型，锚索穿越锚墩混凝土或框架梁混凝土段，采用φ90 钢套管进行防护，避免混凝土浇筑时漏浆，堵塞锚索自由端张拉。

三是钢绞线采用无黏结钢绞线，现场制作时，直接按照锚固段长度剥除钢绞线外侧包裹层，使锚固段直接与注浆浆液接触，确保锚固段锚固质量，进一步确保锚索张拉效果。

四是制作锚索时，钢绞线长度应较设计长度增加1.5m，作为锚索张拉时的工作长度。钢绞线成束采用架线环和紧箍环进行现场加工完成，锚固段架线环与紧箍环间距为每处0.5m，自由段架线环和紧箍环间距为1.5m。

五是该项目采用二次注浆，注浆前做好孔口封闭。第一次采用M30 水泥砂装常压注浆，注浆压力不宜小于0.5～1.0MPa，第二次注浆为高压劈裂注浆，待第一次注浆后1～2h，采用M30 水泥浆对锚固段进行劈裂注浆，注装压力不宜小于1.5～2.0MPa。注浆完毕待水泥浆凝固收缩后，采用M30 水泥砂浆进行孔口补浆。

六是二次注浆管采用φ22 镀锌钢管制作，为一次性使用管材。在锚固段打注浆孔，孔直径为5mm，纵向间距为30cm，采用梅花形布设，并用工程胶布封闭孔口、管底（也可采用其他材料封闭），保证二次注浆前管内不会堵塞。

2.2.2 锚索张拉

一是锚具工作台必须与框架梁或锚墩同时混筑成整体，确保锚具与梁体的整体性。

二是张拉作业前对张拉机具和仪器进行标定、调校。根据设计锚固段长度锚固完成且强度满足设计要求后进行锚索试验孔张拉，确保锚固段长度符合预应力张拉要求。

三是为了使钢绞线受力均匀，在钢绞线成束张拉之前，锚索体应布置平顺。宜采用小千斤顶对钢绞线进行单根分别张拉，确保钢绞线平顺和均衡受力。随后应取0.1～0.2 倍设计张拉力对锚索进行1～2 次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，最后按设计锁定张拉力进行张拉锁定。

四是锚索张拉为5级进行，即设计张拉力的25%、50%、75%、100%以及120%，除最后一级需要稳定20～30min 外，其余每一级需要稳定2～5min，千斤顶行程与读表张拉力应进行校核，并分别记录各种情况（锚头位移、锚座变形、油表读数变化等），发现问题应及时处理。

2.3 1～3级边坡新增锚墩施工

2.3.1 设计方案

1级边坡：K57+065—K57+163 段坡面框架梁间采用厚度为5cm 的混凝土抹面封水(采用厚度为15cm 的喷射混凝土），在外侧设置植生袋绿化。K57+050—K57+090 段1级边坡锚索框格内增设十字锚墩，共26个，锚索长度为40m。

2级边坡：K57+050—K57+128 段2级边坡锚索框格内增设十字锚墩，共23 个，锚索长度为40m。

3级边坡：K57+052—K57+132 段3级边坡锚索框格内增设十字锚墩，共33 个，锚索长度为40m。

2.3.2 施工方案

每个十字形锚墩节点处设计一根锚索，采用6 束φj15 钢绞线，锚索长度为40m。竖肋、横梁长度均为1.5m，截面尺寸为0.5×0.6m，采用C25 混凝土浇筑，混凝土应夯捣密实，锚头待锚索张拉锁定后用C20 混凝土封填。施工时先施工锚索再施工锚墩，待锚固体及框架混凝土强度达到设计强度的80%后，方可进行锚索张拉、锁定。单孔锚索拉力设计值为600kN。

在进行1级边坡锚索钻孔施工时，1级边坡可直接安装锚固钻机进行钻孔，无须采用脚手架作为施工平台，即可完成锚索钻孔。2级、3级边坡锚索钻孔采用钢管脚手架搭设平台进行施工。

2级边坡施工可利用反压回填作为作业平台，施工至K57+090 时，在已施工水稳顶搭设脚手架作为钻孔作业平台，脚手架宽度为3m。

2.4 挂网客土喷播

挂网客土喷播适用于挖深4～30m 的整体稳定的强风化岩质边坡。风化石质边坡土质贫瘠，缺乏恢复生态的基本条件，此类边坡采用挂网客土喷播工艺进行客土种植，既保证边坡初期具有良好的水土保持能力并形成植被结构，也保证边坡表面的土壤结构稳定、持久，建立可持续发展的生态条件。

2.5 7级、8级边坡防护（锚索框架+绿化）

7级、8级边坡的锚索框架高度为8m，其中坡率为1∶0.75。每片框架由3 根肋柱和2 根横梁组为一片，每片框架设置9 束锚索，锚索长度为35m，采用6根φj15 钢绞线。锚索须穿越潜在的滑动面，锚固段须进入稳定岩层3～10m，自由段应深入潜在滑动面不小于1m。锚索安装倾角为25°。框架梁、竖肋截面尺寸为0.5m×0.6m，竖肋横向间距为3m，每片框架横向宽度为9m。锚索框架施工时应严格控制开挖，开挖一片及时施工一片。

每片框架施工时应一次浇筑而成，每片之间预留宽度为2cm 的伸缩缝，缝内用沥青木板填充。框架采用C25 混凝土浇筑，锚头待锚索张拉锁定后用C20 混凝土封填。施工时先施工锚索再施工框架，待锚固体及框架混凝土强度达到设计强度的80%后，方可进行锚索张拉、锁定。单孔锚索拉力设计值为600kN。

坡体可能产生深层滑动或已出现变形的坡面采用锚索框架防护，锚索长度的选取需要综合考虑坡体的残坡积层的厚度、风化层的厚度及可能产生滑移的结构面的深度等因素，高边坡锚索采用6 束，锚索长度为35m。每片框架梁由3 根肋柱和3 根横梁组成为一片，施工时应一次浇筑而成。

2.6 5级边坡平台硬化及绿化

5级边坡为重点卸载位置，平台宽度为30m，卸载桩号范围为K57+050—K57+130，长度为80m，生态恢复范围为K57+040—K57+140，长度为100m，坡率为1∶9，采用“混凝土硬化防护+种植槽绿化”。

5级边坡平台进行山体削切卸土，减少对下方支护结构（框架梁）的受力影响，同时为了防止山顶雨水沿坡面下渗，对平台采取整体硬化处理，为满足生态修复需要，同时不破坏宽度为30m 的平台硬化结构层，在平台顶部设置种植槽，槽内铺设含有机质的种植土并种植灌木及花卉，选择的植物品种以常绿为主，适当搭配彩叶和开花灌木，创造一个绿色生态的景观平台。

由于地形地貌平面呈扇形，因此采用厚度为10cm的C20 混凝土进行硬化处理，平台外围设置挡水埝及截水沟保证雨水及时排出。

2.7 防排水工程

通过天沟、坡面排水，与平台截水沟等地面排水设施及路基排水边沟、路堑纵向排水盲沟，组成一套完整的排水系统。

2.7.1 路堑边沟

路堑段采用矩形预制盖板边沟，根据汇水量、纵向长度选择矩形盖板边沟截面尺寸，采用C30 混凝土预制，正常路段的沟底纵坡与路线纵坡相同，凹曲线挖方段反挖处理以满足排水需要。路堑边沟尺寸一般采用图纸规定的正常尺寸，汇水量大的路段根据计算加大截面尺寸。路堑边沟根据路基断面形式采用不同的布局，填挖过度频繁的路段汇水量小，边沟出口多，设计采用支挡等措施对短距离边沟进行整合，减少排水出口，统一排水设施形式，减少占地[2]。

待路堑开挖到路床顶面时，可以先在路堑刷坡完成后，定线放样，安排施工，注意要保证路基宽度，边沟的流水底面要根据路面标高来确定，流水走向基本与路基纵坡一致。开挖的位置、断面尺寸和沟底纵坡应符合图纸及监理工程师的要求。当其需要铺砌时，应按图纸或监理工程师的指示，增加开挖深度和宽度。位于曲线处的沟底纵坡，应与曲线前后的沟底相衔接，不允许曲线内侧积水或外溢。路堑与路堤连接处的边沟应缓顺引向路堤两侧的自然沟或排水沟，勿使路基附近积水，也不得侵蚀路堤。

2.7.2 截水沟

坡顶截水沟采用C 形截水沟，截水沟尺寸为30cm×30cm，C30 混凝土预制块，现场安装。截水沟应在边坡开挖前根据施工图纸设计要求进行放样，确定其断面位置，距离路堑坡口不小于5m。施工时先开挖沟槽，开挖完成后进行沟槽检查，报监理工程师进行沟槽验收，槽内铺设砂垫层，安装预制块。截水沟安装完成后，沟壁外侧应采用黏土夯实回填，防止坡面水沿沟壁下渗至坡体。

路堑边坡平台全部设置截水沟，4级平台截水沟采 用A 形截水沟，1级、2级、3级平台截水沟采用B 形截水沟。沟底纵坡一般与路线纵坡相同，特殊路段根据排水需要可对平台纵坡进行适当调整，平台截水沟与平台种植槽配合设计和施工。路堑平台顶面先根据地层岩性设置浆砌片石或水泥砂浆防水层，避免坡面及平台汇水下渗破坏边坡。

考虑沿线多处高边坡岩体风化严重且较为破碎，地下水水量可能较大，为有效排出地下水，防止由于地下水水位上升饱和坡体而降低边坡稳定性，在坡面中部设置仰斜排水孔，仰斜排水孔的设置应综合考虑坡体含水情况、节理裂隙发育程度及地下水径流路径等。仰斜排水孔孔径为110mm，排水孔位置、水平间距、孔深具体见边坡防护立面图，根据排水孔实际出水量，孔数可作增减。

3 生态修复

严格按照生态修复设计方案进行施工。高边坡地质灾害治理工点为生态红线划定区域，边坡治理施工完成后需进行生态修复，生态修复工程的总原则是尊重自然、融入自然、保护环境，以当地植物优选组合情况进行植物的选择，结合边坡生态修复设计方案与边坡防护方案，满足边坡防护功能，同时达到生态绿化效果。根据该高边坡地质灾害治理点现状及山体生态植被情况，结合此次加固的工程实施方案，对锚索框架、4级坡顶宽度为30m 的硬化平台及坡面综合排水设施进行综合性生态修复，确保工程实施后山体植被恢复良好，生态系统修复完善。

4 结语

综上所述，路堑高边坡防护的施工质量将直接影响公路工程的整体使用安全和性能。因此，在路堑高边坡施工中应采用科学的防护措施，以提高公路工程的整体质量，进而推动我国高速公路建设事业持续健康发展。