增從高速高邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)淺析

張麗華　張書峰（廣東省交通運(yùn)輸高級(jí)技工學(xué)校；廣州市公路勘察設(shè)計(jì)有限公司）

增從高速高邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)淺析

張麗華1張書峰2
（1廣東省交通運(yùn)輸高級(jí)技工學(xué)校；2廣州市公路勘察設(shè)計(jì)有限公司）

這幾年，我國公路路網(wǎng)日漸完善，特別是高速公路的建設(shè)，大大促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與聯(lián)系。在這些公路的兩旁隨時(shí)可見深挖路塹和高邊坡，與之相關(guān)的邊坡滑塌事件也時(shí)刻提醒工程建設(shè)人員做好高邊坡勘察設(shè)計(jì)、施工管理、后期養(yǎng)護(hù)治理等每一個(gè)環(huán)節(jié)。本文結(jié)合增從高速的一個(gè)典型高邊坡斷面進(jìn)行穩(wěn)定性及加固治理方案進(jìn)行分析。

高速公路；高邊坡設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性；加固治理

1　前言

高邊坡的穩(wěn)定性問題一直廣泛存在于工程之中，特別是在高速公路及鄉(xiāng)村公路、山區(qū)旅游公路的建設(shè)中，由于原始地形地貌相對(duì)復(fù)雜，路線途徑高山或山谷，所以邊坡的填挖高度相比人口密集區(qū)域道路的填挖高度大的多，經(jīng)常出現(xiàn)深挖路塹及高填方，高邊坡的穩(wěn)定問題也顯得更為突出。

2　工程概況

廣州增城至從化高速公路（含街口支線），簡稱：增從高速公路，為從莞深高速北段支線。此高速公路全長66.8公里（其中增城段40公里），由主線和街口支線（派街高速）組成，呈Y字形南北走向布局；主線長48.3公里，起于增城增江街周山村，向北途經(jīng)增城增江街、正果南、小樓鎮(zhèn)、派潭鎮(zhèn)灌村以及從化市溫泉鎮(zhèn)，終于從化市溫泉鎮(zhèn)衛(wèi)東村，與G45大廣高速（大慶-廣州高速公路）相接；支線長20公里，起于增城派潭鎮(zhèn)，通過黃嶺香立交與增從主線相接。線路途徑地區(qū)多山、多旅游景點(diǎn)。本文通過選取增從高速支線段第14合同段K15+460～K15+566.5右側(cè)深挖路塹作為示例，其中以K15+550右側(cè)最大挖方高度40.2m進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。

圖1　柱狀圖

地形地貌：路塹K15+460～K15+566.5路段右側(cè)邊坡位于低丘斜坡地貌區(qū)，地面標(biāo)高50.9～90.3m，相對(duì)高差39.4m，地形上為右側(cè)高左側(cè)低。路塹位于斜坡底部，設(shè)計(jì)標(biāo)高在60.7m左右，自然坡度27度左右。

地層巖性：表層為2.4m厚的粉質(zhì)粘土層；其下為4.4m厚全風(fēng)化混合花崗巖，呈硬土狀，原巖可辨別，遇水亦松軟；下伏為強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，呈半巖半土狀，底部呈碎石狀，層厚18.7m。

地質(zhì)構(gòu)造：根據(jù)地勘資料，本段路塹未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造通過。

水文地質(zhì)：本段未見地下水。

其詳細(xì)地質(zhì)資料參見柱狀圖（圖1）。

3　穩(wěn)定性分析

結(jié)合已有地質(zhì)勘察資料，根據(jù)邊坡的巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水的作用和風(fēng)化程度，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查分析，邊坡開挖部分位于強(qiáng)風(fēng)化層及全風(fēng)化花崗巖層中，計(jì)算中按類土質(zhì)邊坡進(jìn)行分析計(jì)算。邊坡設(shè)計(jì)初步確定共設(shè)置四級(jí)邊坡，前三級(jí)邊坡高度10m，最后一級(jí)邊坡10.2m，每級(jí)邊坡設(shè)置一2m寬平臺(tái)，從下往上采用的邊坡坡率依次為1：1、1：1.25、1：1.25、1：1.25，其計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖2　計(jì)算簡圖

圖3　K15+550橫斷面圖

邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用簡化bishop法，其安全系數(shù)為1.18。依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30-2004），對(duì)于挖方高邊坡設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目公路等級(jí)取“高速公路及一級(jí)公路”，路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)范圍為“正常工況1.20～1.30，非正常工況Ⅰ1.10～1.20”。 參照規(guī)范可知該邊坡在正常工況下為欠穩(wěn)定邊坡，需要對(duì)其進(jìn)行加固治理。

4　加固治理

加固治理方案：邊坡設(shè)計(jì)高度、坡率、平臺(tái)寬度均不作變化，第Ⅰ級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁，第Ⅱ、Ⅲ級(jí)采用人字形骨架植草防護(hù)，采用簡化bishop法重新進(jìn)行計(jì)算，其安全系數(shù)為1.23。（見圖3）

5　高邊坡設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

K15+460～K15+566.5右側(cè)深路塹作為第14合同段挖方高度最大的邊坡路段，在增從高速的高邊坡設(shè)計(jì)中具有一定的代表性?？偨Y(jié)起來項(xiàng)目高邊坡設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

⑴設(shè)計(jì)遵從“不破壞就是最大的保護(hù)”的理念，采用自穩(wěn)定為主，加固為輔，盡量做到減少征地和棄方，合理放坡。高邊坡是人類改造自然的工程，邊坡設(shè)計(jì)首選自穩(wěn)定，減少人類對(duì)自然界的干預(yù)與改造，最大限度地保護(hù)環(huán)境、最小程度地破壞、最大限度地恢復(fù)，使邊坡工程防護(hù)與生態(tài)保護(hù)和諧統(tǒng)一，達(dá)到安全、生態(tài)、美觀的防護(hù)目的。增從高速沿線邊坡除個(gè)別邊坡無法自穩(wěn)定需要預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索、板樁墻加固處理外，其余均采用常規(guī)的植草、骨架防護(hù)，選用與華南地區(qū)氣候相宜的植被，以保護(hù)環(huán)境。

⑵邊坡地質(zhì)災(zāi)害成因分析：①地質(zhì)方面原因。松散地質(zhì)結(jié)構(gòu)是邊坡滑坡的最重要地質(zhì)基礎(chǔ)。本項(xiàng)目樁號(hào)范圍內(nèi)右側(cè)邊坡開挖的土層除表層素填土之外，其余均處于全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖層。根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)勘探報(bào)告及巖層風(fēng)化特性，該處加固分析時(shí)，按照土質(zhì)邊坡進(jìn)行放坡。四級(jí)邊坡從下往上依次采用1：1、1：1.25、1：1.25、1：1.25，不宜做過大的邊坡坡率調(diào)整。放坡過緩，開挖量過大，征地范圍變大。放坡過陡，土質(zhì)邊坡特性無法自穩(wěn)定，輔以其他加固措施成本代價(jià)過大。②水的原因，包括降水影響及地下水影響。地下水位過高，土體自重增大，自然會(huì)增加滑坡風(fēng)險(xiǎn)。施工期及項(xiàng)目運(yùn)營期降水滲入土體同樣影響邊坡穩(wěn)定。③施工方面的原因。合理的邊坡開挖方法、施工工序才能保證邊坡開挖后的穩(wěn)定性。

⑶加固治理原則：固“腳”強(qiáng)“腰”、截水排水。①固“腳”強(qiáng)“腰”，本路段邊坡在治理前，屬于正常工況下欠穩(wěn)定邊坡，同時(shí)邊坡巖層為強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化花崗巖，為保證運(yùn)營安全，采用預(yù)應(yīng)力錨索加固坡腳。強(qiáng)腰設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在坡率及平臺(tái)設(shè)計(jì)。結(jié)合地質(zhì)資料，選用合理的坡率及平臺(tái)寬度，綜合考慮邊坡穩(wěn)定與土方開挖量、征地范圍的相對(duì)平衡，既保證邊坡能夠穩(wěn)定又能保證控制工程成本。②修筑截水、排水設(shè)施。對(duì)于地表水，修筑截水溝、攔水平臺(tái)、排水溝，以減少雨水對(duì)邊坡沖刷以及對(duì)土體地下水的補(bǔ)給。對(duì)于地下水位較高的邊坡，在削坡卸載以后，邊坡就可能在動(dòng)水壓力和潛蝕的作用下，失去原有的平衡狀態(tài)，如果沒有采取適當(dāng)?shù)呐潘胧?，邊坡便可能失去穩(wěn)定。因此在邊坡開挖的過程中，要先及時(shí)引排地下水，以降低孔隙壓力，保證邊坡的穩(wěn)定。

⑷邊坡設(shè)計(jì)堅(jiān)持采用邊挖邊測、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法。高邊坡設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，不論理論還是實(shí)踐都是探索階段的經(jīng)驗(yàn)做法，選用的力學(xué)模型也無法精確模擬實(shí)際狀況，所以高邊坡設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不只是一個(gè)純理論的分析設(shè)計(jì)。鑒于地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性，而現(xiàn)有的地質(zhì)勘探資料可能存在局限性，以及在后續(xù)的施工方法、水文、天氣等都可能存在不可預(yù)見的變化，所以設(shè)計(jì)階段的高邊坡設(shè)計(jì)是一種超前的具有風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)測的設(shè)計(jì)。因此，在增從高速高邊坡設(shè)計(jì)中我們不只重視前期勘察工作，對(duì)于整個(gè)施工期間所有資料的監(jiān)測也非常重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變化，匯總傳遞給設(shè)計(jì)，及時(shí)根據(jù)變化調(diào)整、完善、優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量設(shè)計(jì)出合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工方便、工藝簡單、造價(jià)低的防護(hù)工程。

6　結(jié)束語

這幾年邊坡滑坡事件屢見不鮮，特別是2015年底深圳大型土方邊坡的滑坡，更加給人類合理改造自然活動(dòng)敲響警鐘。本文結(jié)合增從高速一典型高邊坡斷面對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性及加固方案進(jìn)行淺析。設(shè)計(jì)者在分析、計(jì)算、設(shè)計(jì)的過程中，既要熟悉影響邊坡穩(wěn)定的原因，對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害有前期預(yù)見性，又要對(duì)邊坡治理加固提出合理方案，保證邊坡穩(wěn)定及公路的正常運(yùn)營。●

［1］雷用，郝江南，肖強(qiáng).高邊坡設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題探討［A］.貴州省巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］.2010.

［2］楊航宇，顏志平，朱贊凌等.公路邊坡防護(hù)與治理［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］岳尚全，王清，蔣軍，等.地質(zhì)工程學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.