市政道路高邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

劉榮華,譚棟杰

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有些公司,上海 200092)

邊坡的失穩(wěn)通常是由多種因素共同作用的結(jié)果,其一是外力的作用破壞了巖體或土體原來的應(yīng)力平衡；其二是巖體或土體的抗剪強(qiáng)度受外界因素的影響而降低[1]。現(xiàn)以重慶市渝北區(qū)中央公園西路北拓段邊坡設(shè)計(jì)工程為例,介紹高邊坡評(píng)價(jià)及支護(hù)設(shè)計(jì)。

根據(jù)渝建發(fā)[2010]166號(hào)[2]“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)全市高切坡、深基坑和高填方項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)管理的意見”,高切坡、深基坑、高填方項(xiàng)目是指因建(構(gòu))筑物和市政工程開挖或填筑所形成的邊坡以及對(duì)工程正常使用或可能造成安全影響的邊坡項(xiàng)目,其高度或深度超過了以下范圍：

(一)高切坡：巖質(zhì)邊坡高度≥15米,巖土混合邊坡高度≥12米且土層厚度≥4米,土質(zhì)邊坡高度≥8米。

(二)深基坑：巖質(zhì)基坑高度≥12米,巖土混合基坑高度≥8米且土層厚度≥4米,土質(zhì)基坑高度≥5米。

(三)高填方：填方邊坡高度≥8米。

1 工程概況

中央公園西路北拓段(以下簡(jiǎn)稱公園西路)起于現(xiàn)狀公園西路,止于悅港北路,設(shè)計(jì)車速為50km/h,道路等級(jí)為城市主干路,道路全長(zhǎng)約為2.75km,道路標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度為32m,雙向六車道。根據(jù)重慶市建委渝建發(fā)[2010]166號(hào)文件精神,中央公園西路北拓段K0+000～K0+240兩側(cè)、K1+500～K1+990兩側(cè)為路基高挖方路段,最高挖方邊坡約為40.04m。中央公園西路北拓段K2+000～K2+700右側(cè)為高填方路段,最高填方邊坡約為35.2m。

2 設(shè)計(jì)原則

(1)遵循“安全第一”的原則。項(xiàng)目片區(qū)建設(shè)日新月異,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)齊頭并進(jìn),形成邊坡情況千差萬別,但所有邊坡支護(hù)項(xiàng)目都必須遵行“安全第一”的原則,確?！巴街ёo(hù)、不留后患”,支護(hù)后的邊坡安全、穩(wěn)定,不造成次生災(zāi)害。

(2)遵循“節(jié)約土地,造價(jià)合理”的原則。高邊坡支護(hù)本身需占用一定土地空間,在確保安全的前提下,提高土地利用率,使綜合造價(jià)趨于合理。

(3)遵循“因地制宜”的原則。邊坡支護(hù)和所在位置的地形、地貌、地質(zhì)、氣候條件及土地使用要求密切相關(guān),需考慮各種實(shí)際情況和影響因素,“因地制宜”的制定支護(hù)方案。

(4)遵循“與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一”的原則。為建設(shè)生態(tài)宜居園區(qū),在滿足“安全”的前提下,盡量采用生態(tài)環(huán)保的整治方案,創(chuàng)造積極良好的生態(tài)環(huán)境。

(5)遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息法施工”的原則。邊坡工程作為專業(yè)技術(shù)要求高的專項(xiàng)工程,應(yīng)特別遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息法施工”的原則,科學(xué)設(shè)計(jì)、精心施工,使治理工程最終效果最佳。

3 高邊坡地質(zhì)評(píng)價(jià)及處治措施

3.1 挖方基段K0+000～K0+240兩側(cè)

該段為挖方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.00～2.30m,下伏基巖為泥巖和泥灰?guī)r,及少量頁巖。道路按設(shè)計(jì)開挖后,左右兩側(cè)形成挖方邊坡,主要由泥巖、砂巖和少量粉質(zhì)粘土組成。

左側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)坡率1∶1.50分階開挖后,最大挖方高度為26.28m,部土層為粉質(zhì)粘土,厚度最大為2.10m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量粉質(zhì)粘土,邊坡安全等級(jí)為一級(jí),邊坡巖體類別為III類；右側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為35.42m,上部土層為粉質(zhì)粘土,厚度最大為2.30m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量粉質(zhì)粘土,邊坡安全等級(jí)為一級(jí),邊坡巖體類別為III類。

由地勘報(bào)告中的赤平投影分析圖可知道路左側(cè)邊坡傾向?yàn)?8°,為反向坡,裂隙2為主控外傾結(jié)構(gòu)面,傾角85°,按設(shè)計(jì)坡率值放坡后邊坡坡度小于裂隙傾角,邊坡穩(wěn)定性主要受巖體強(qiáng)度控制,破壞模式主要為風(fēng)化剝落和局部崩塌掉塊。邊坡破裂角取61°,等效內(nèi)摩擦角泥灰?guī)r取55°。

右側(cè)巖質(zhì)邊坡為順向坡,層面裂隙為主控外傾結(jié)構(gòu)面,邊坡可能沿巖層層面產(chǎn)生剪切滑動(dòng)破壞,裂隙1和巖層層面組合交線傾向坡外,傾向249°,傾角約11°,邊坡可能沿裂隙組合交線形成楔形體破壞,按設(shè)計(jì)坡率值1∶0.75分階放坡后邊坡坡度為53°,大于巖層傾角12°。巖層傾角較小,定性評(píng)價(jià)該邊坡按設(shè)計(jì)坡率開挖后處于穩(wěn)定狀態(tài),由于邊坡有豎向裂隙2存在,若在施工擾動(dòng)下貫通后,易使邊坡面附近巖體采生小規(guī)模滑動(dòng)。

以3-3'剖面為例對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步驗(yàn)算,驗(yàn)算公式采用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50332-2013)附錄A中A.0.2公式。巖層層面為潛在滑面,傾角為12°,天然狀態(tài)下層面為硬性結(jié)構(gòu)面,抗剪參數(shù)c取90kPa,φ取27°；受后緣裂隙充水飽和后,層面按軟弱結(jié)構(gòu)面考慮,飽和抗剪參數(shù)c取35kPa,φ取15°,泥灰?guī)r飽和重度取26.2kN/m3?？紤]后緣沿裂隙2充水高度8m。

3-3′剖面穩(wěn)定性驗(yàn)算簡(jiǎn)圖

巖體體積(m3)面積(m2)重度(kN/m3)荷載(KN)結(jié)構(gòu)面傾角(°)粘聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(°)下滑力(kN/m)抗滑力(kN/m)穩(wěn)定系數(shù)462.4334.9326.2001235152832.003637.711.41

驗(yàn)算結(jié)果表明：按照設(shè)計(jì)意圖開挖后,穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.41>1.35,表明該邊坡滑面飽和工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

建議邊坡按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,加強(qiáng)邊坡截排水系統(tǒng),防止地表水下滲形成后緣裂隙充水的情況。建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,對(duì)巖質(zhì)邊坡采用防風(fēng)化處理,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

3.2 挖方路基段K1+500～K1+990m兩側(cè)

該段為挖方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.60～6.30m,下伏基巖為泥巖和砂巖。道路按設(shè)計(jì)開挖后,左右兩側(cè)形成挖方邊坡,主要由泥巖、砂巖和少量粉質(zhì)粘土組成。

左側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)坡率1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為15.90m,上部土層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚度最大為7.10m,為巖土混合邊坡,邊坡安全等級(jí)為一級(jí),邊坡巖體類別為III類；右側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為26.30m,上部土層為素填土,厚度最大為2.30m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量素填土,邊坡安全等級(jí)為一級(jí),邊坡巖體類別為III類。

左側(cè)邊坡上部土層巖土界面平緩,邊坡開挖主要破壞模式為土體內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)破壞；由下部巖質(zhì)邊坡赤平投影分析圖可知道路左側(cè)邊坡傾向?yàn)?8°,為反向坡,裂隙2為主控外傾結(jié)構(gòu)面,傾角85°,按設(shè)計(jì)坡率值放坡后邊坡坡度小于裂隙傾角,邊坡穩(wěn)定性主要受巖體強(qiáng)度控制,破壞模式主要為風(fēng)化剝落和局部崩塌掉塊。邊坡破裂角取61°,等效內(nèi)摩擦角泥灰?guī)r取55°。

右側(cè)巖質(zhì)邊坡為順向坡,層面裂隙為主控外傾結(jié)構(gòu)面,邊坡可能沿巖層層面產(chǎn)生剪切滑動(dòng)破壞,按設(shè)計(jì)坡率值1∶0.75分階放坡后邊坡坡度為53°,大于巖層傾角12°。巖層傾角較小,定性評(píng)價(jià)該邊坡按設(shè)計(jì)坡率開挖后處于穩(wěn)定狀態(tài),由于邊坡有豎向裂隙2存在,若在施工擾動(dòng)下貫通后,易使邊坡面附近巖體采生小規(guī)?；瑒?dòng)。建議邊坡按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,加強(qiáng)邊坡截排水系統(tǒng),防止地表水下滲形成后緣裂隙充水的情況。

建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,對(duì)巖質(zhì)邊坡采用防風(fēng)化處理,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

3.3 填方路基段K2+000～K2+700m右側(cè)

該段為填方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.30～8.80m,下伏基巖為泥巖、頁巖和砂巖。按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,最大填方邊坡高度為35.72m,主要由素填土組成,邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。路基橫向地形平緩,傾角一般小于10°,局部達(dá)15°,且原地表開挖成向內(nèi)傾斜2～4%的反向臺(tái)階,臺(tái)階寬度不得小于2m,當(dāng)?shù)乇砥露榷赣?∶2.5且路堤邊坡高度大于8m時(shí),為避免路基不均勻沉降過大造成路面拉裂破壞,除要求開挖臺(tái)階外,還應(yīng)在路面底面以下鋪設(shè)2～3層土工格柵。當(dāng)為半填半挖路基時(shí),格柵應(yīng)伸入挖方段不小于4m。邊坡不會(huì)形成整體滑移,按設(shè)計(jì)坡率值1∶1.50放坡后,邊坡整體穩(wěn)定,邊坡的主要破壞為水土流失和雨水沖刷形成沖溝。

地表經(jīng)上述處理后,填方邊坡整體穩(wěn)定,填方區(qū)存在魚塘的,則應(yīng)在放干魚塘水后對(duì)軟土地基進(jìn)行換填處理。建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

4 結(jié)語

由于邊坡巖土介質(zhì)的復(fù)雜性、可變性和不確定性,地質(zhì)勘察參數(shù)難以準(zhǔn)確確定,加之設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法帶有經(jīng)驗(yàn)型和類比性,因此邊坡工程的設(shè)計(jì)往往難以一次定性,需要根據(jù)施工中反饋的信息和監(jiān)控資料不斷進(jìn)行校核、補(bǔ)充和完善設(shè)計(jì)。這是目前邊坡工程處治設(shè)計(jì)中較為科學(xué)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法,這種設(shè)計(jì)法要求提出特殊的施工方案和監(jiān)控方案,以保證在施工過程中能獲取對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行校核、補(bǔ)充和完善的有效資料和數(shù)據(jù)。