摘要：针对某段公路崩塌边坡，在充分研究现场工程地质条件基础上，基于极限平衡法原理定量分析了边坡在天然、暴雨、地震和暴雨+地震四种状态下的稳定情况。计算结果表明：天然状态下边坡已处于极限平衡状态，在其它工况下安全系数均小于1.0，不能满足规范要求，据此提出采用全长粘结锚杆和中空注浆锚杆相结合加固方案。加固后经过一段时间观测，边坡变形稳定，没有再出现掉块现象。上述分析和治理方法为类似工程治理提供参考经验。
关键词：崩塌边坡，稳定性分析，极限平衡法，锚杆
Abstract: This paper according to the collapse slope of a certain road, on the basis of full field analysis of engineering geological conditions, analyzes the quantitative slope stability in the natural, heavy rain, earthquakes and heavy rain + earthquake four states, based on the principle of limit equilibrium method. Provide a reference for similar projects governance experience.
Key word: collapse slope，slope stability analysis，limit equilibrium method，anchor bolt
中图分类号：O317+.3 文献标识码： A 文章编号：
1 引言
在山区建设高等级公路的过程中，不可避免会遇到大量的高陡崩塌边坡，作为山区高级公路，高陡崩塌边坡的变形是破坏路基的主要形式，在公路运营期，还严重影响交通，给国家和人们生命财产造成巨大威胁。因此，在公路建成后，对于可能影响公路安全的高陡崩塌边坡采用合理的方案进行加固，具有重要的社会意义[1][2]。
本研究以河南省道S246南石段K60+535~K60+585段高陡崩塌边坡为例，采用极限平衡法分析了其稳定性，通过现场锚杆拉拔试验对比分析了全长粘结锚杆和中空注浆锚杆加固边坡岩体不同破碎程度的效果[3]-[5]。对高陡崩塌边坡的治理提出有效、安全的加固治理方法。上述分析和治理方法为类似工程治理提供参考经验。
2 工程地质条件
2.1 地形地貌
研究区域位于S246南石线渑池县界至新安县城K60+535~K60+585处，该段公路处于豫西王屋山脉新安县境，山峦叠嶂，山坡高陡河谷弯曲狭窄，其地貌成因类型为地壳长期上升的侵蚀构造中山。该段公路沿清河左侧展线，前缘临河为陡坎，边坡高度距离路面约30～40米，平均坡度约60°～70°，局部呈近直立坎状。测量区域山脊最高高程为162m（以路面某点为相对高度），山体两侧最低高程在102m左右，最大高差60m，见图1所示。地形图见图2所示。
图1 边坡立面图
图2 边坡工程平面图
2.2 岩性与构造
该区域主要分布地层为第四纪的卵砾石洪积层，山地分布有三叠系的T3（延长群）和第三系的汤阴群。出露的基岩主要为三叠系石灰岩，表面风化比较严重，岩体节理发育且贯通性好,岩体多呈碎裂结构，两组正交倾角近直立的节理贯通性好,并与倾角25°外倾层理结构面组合形成崩塌滑裂岩块，倾角25°节理为外倾顺向坡结构面，崩塌不良地质现象发育。
3 边坡稳定性分析
计算选取剖面I-I′和II-II′，采用Geoslope软件建立相关边坡模型，对边坡分别在天然、暴雨、地震和暴雨+地震四种状态下的稳定性进行了计算分析，计算所取参数见表1，计算结果如表2所示。
表1 边坡岩土体物理力学参数
计算结果表明：
（1）I-I′剖面在天然状态条件下的安全系数为1.045，考虑暴雨状态时安全系数为0.956，考虑地震状态时安全系数为0.853，最小安全系数发生在暴雨+地震组合条件下,为0.793；II-II′剖面在天然状态条件下的安全系数为1.082，考虑暴雨状态时安全系数为0.974，考虑地震状态时安全系数为0.912，最小安全系数发生在暴雨+地震组合条件下，为0.795；如考虑计算误差等因素，边坡实际上已经处于或将要处于临界状态，如不进行加固，随时有整体失稳或崩塌落石的可能。
表2 边坡稳定计算结果
（2）从表2安全系数计算成果来看，地震对边坡稳定的影响比较显著，在地震荷载作用下安全系数降低幅度在15～18%之间。计算显示虽然降雨对边坡的安全系数影响低于地震的影响，但考虑到刚体极限平衡的原理是确定边坡的整体安全系数，暴雨情况下虽然边坡能够保持整体稳定，但对于破碎的岩体结构来说，降雨可能随时诱发局部岩块的崩塌滑落，因此应给予足够的重视，采取工程措施对边坡进行整体加固。
4 边坡加固现场试验
崩塌边坡是岩体节理裂隙结构面切割岩体为大小不等岩块，单个坠落，因此锚杆加固是依据崩塌滑裂岩块单元体最大侧压力，这不同滑坡加固是依据滑体沿滑动面的下滑推动力[7][8]。
根据现场地质调查情况，采用中空注浆锚杆（图3）和全粘结锚杆（图4）分别加固边坡的一般破碎区和严重破碎区，研究其加固效果的差异。坡体加固处理共完成长5.0 m、直径25 mm全长粘结锚杆和中空注浆锚杆各9根，3.0m的插筋104根，坡体全部挂网喷混凝土支护。为对比中空注浆锚杆和全长粘结锚杆对碎裂边坡的加固效果，共进行5根的中空注浆锚杆和4根全长粘结锚杆的拉拔试验。5根中空注浆锚杆的编号为2#，4# ，5#，8# 和15#，全黏锚杆的编号为3#，6#,7# 和14#，其中14#，15# 处于严重破碎区，其余锚杆处于一般破碎区。边坡加固后如图5所示。
图3 中空注浆锚杆 图4 全长粘接锚杆
图5 加固后的边坡
5 加固效果分析
现场锚杆注浆及拉拔试验结果见表3所示。
表3 现场锚杆注浆及拉拔试验结果
5.1 边坡岩体一般破碎区加固效果分析
（1）注浆分析
从表3数据可以看出，在一般破碎区坡体上临近位置等长钻孔中，2#中空锚杆和3#全长粘结锚杆的注浆压力基本相同，中空注浆锚杆的注浆量为117L，全长粘结锚杆注浆量为97L，中空注浆锚杆的注浆量是全长粘结锚杆的1.2倍。注浆量越大表明浆液充填裂隙效果越好。
（2）锚杆极限拉拔力分析
从表3数据可以看出，在一般破碎区，4#和5#中空锚杆的极限拉拔力分别为181KN和183KN，相对应的变形分别为30mm和32mm，而同一部位的6#全粘锚杆的极限拉拔力为188KN，对应的变形为36mm。试验结果差别不大，这说明在一般破碎区，中空注浆锚杆和全长粘结锚杆的极限拉拔力和杆体变形均相差不大，两种锚杆的加固效果没有明显差别。
5.2 边坡岩体严重破碎区加固效果分析
（1）注浆分析
从表3中数据可以看出，边坡岩体破碎越严重，注浆压力越小，注浆量越大；在一般破碎区两种锚杆单孔注浆量在100多升的范围，在严重破碎区两种锚杆单孔注浆量达到600多升；在同一个区域内，中空锚杆的注浆量要大于全粘锚杆，说明破碎越严重的地方，中空注浆锚杆可保持较高注浆压力，越有利于在杆体周围注浆饱满，有利于锚杆和周围围岩的粘结，从而有效地提高锚杆的施工质量。
（2）锚杆极限拉拔力分析
从表3中数据可以看出，破碎越严重的地方，锚杆的极限拉拔力越小，但同等条件下，中空注浆锚杆的极限值大于全长粘结锚杆的值。边坡破碎越严重，中空锚杆的极限值和全粘锚杆极限值差别越大。在一般破碎区8#中空锚杆极限拉力为189KN，大于7#全粘锚杆的179KN，相差10KN，达到5.6%。在严重破碎区，15#中空锚杆极限拉力为179KN，大于14#全粘锚杆的153KN，相差26KN，达到17.0%。表明在边坡破碎严重区中空注浆锚杆的加固效果优于全粘结锚杆。
5.3 加固后边坡稳定性分析
对剖面I和II进行加固后的稳定性计算得出在天然状态下的安全系数分别为1.321和1.311，满足规范和设计要求。经过加固后一段时间观测，边坡变形稳定，没有再出现掉块现象。
6 结论
（1）采用刚体极限平衡分析法对高陡崩塌边坡进行了稳定性评价，研究结果表明：该高陡崩塌边坡在天然状态下已达到极限状态，在暴雨或地震的作用下，会产生整体失稳和局部掉块。
（2）在加固工程中采用中空注浆锚杆和全长粘结锚杆技术，通过现场锚杆拉拔试验，发现在一般破碎岩体内，两种锚杆变形有所不同，全长粘结锚杆的变形量要大于中空锚杆。
（3）根据对锚杆注浆压力和注浆量测试成果的分析，在一般破碎区，两种锚杆的注浆量和注浆压力差别不大。而在破碎区，中空注浆锚杆的注浆压力和注浆量要大于全长粘结锚杆的值，岩体越破碎，这种现象越明显，说明中空注浆锚杆加固边坡效果越好。
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作者简介：邬建华，2001年毕业于华北水利水电学院，现四川省水利水电勘测设计研究院，从事水利水电工程地质勘察工作。
张旭柱，2001年毕业于华北水利水电学院，中国水电顾问集团北京勘测设计研究院工作，从事水电工程勘察工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。