黃土地區(qū)邊坡防護(hù)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

張昌軍 劉拴奇

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043）

黃土丘陵地區(qū)的地形條件、工程地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，同時(shí)隨著工程建設(shè)的推進(jìn)，高邊坡工程日益增多，隨之而來(lái)的邊坡防護(hù)工程的工作難度和工程量日益增大。黃土本身存在著原生、次生（或改造后）不連續(xù)面，黃土結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，具有獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)、裂隙、垂直節(jié)理及水敏性，這對(duì)對(duì)黃土地區(qū)的邊坡穩(wěn)定性影響較大。與此同時(shí)，黃土邊坡自身土體節(jié)理影響較大，易被雨水沖刷侵蝕。因而在各項(xiàng)工程的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮到區(qū)域性的特殊情況，繼續(xù)采用老舊的思路、方法來(lái)執(zhí)行，施工中施工速度慢，不僅無(wú)法得到預(yù)期效果，還會(huì)造成新的挑戰(zhàn)和疏漏現(xiàn)象。本文從目前黃土地區(qū)邊坡防護(hù)工程的設(shè)計(jì)存在的不足點(diǎn)著手，進(jìn)行黃土地區(qū)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化探討。

1 黃土地區(qū)邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)存在的不足

1.1 勘察資料不詳細(xì)

1、受地形條件限制，邊坡區(qū)域傳統(tǒng)的勘察手段無(wú)法全部實(shí)現(xiàn)，勘察資料不詳細(xì)。邊坡工程設(shè)計(jì)需依據(jù)詳細(xì)的勘察資料，但是黃土溝壑區(qū)地形地貌復(fù)雜，往往大部分高邊邊坡區(qū)域地形陡峭，無(wú)法形成勘察作道路和平臺(tái)，傳統(tǒng)的勘察鉆機(jī)設(shè)備無(wú)法進(jìn)行鉆進(jìn)勘探；如若采用人工開(kāi)挖探井，探井深度也僅限于10m之內(nèi)，很難全面、詳細(xì)的反應(yīng)邊坡區(qū)域工程地質(zhì)情況。

2、工程偏重于室內(nèi)試驗(yàn)，很少進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。限于邊坡勘察費(fèi)用和操作難度，黃土丘陵溝壑區(qū)域的勘察中土體力學(xué)參數(shù)往往通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲取，很少進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原味試驗(yàn)，尤其土體的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。因室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的土體所處的力學(xué)狀態(tài)不同，因而獲取的土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)有很大差別。此外，往往采用的是直接剪切和固結(jié)快剪，很少進(jìn)行進(jìn)行固結(jié)剪切試驗(yàn)并考慮土體飽和強(qiáng)度參數(shù)，這往往給造成設(shè)計(jì)選用的土體力學(xué)參數(shù)偏保守或者不準(zhǔn)確。

1.2 設(shè)計(jì)中對(duì)邊坡及其影響區(qū)域工程地質(zhì)條件考慮不詳細(xì)

目前，邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中采用的定量分析方法主要是建立在極限平衡理論上的力學(xué)計(jì)算方法，主要包括瑞典法、畢肖普法、簡(jiǎn)布法、不平衡推力法等。設(shè)計(jì)人員對(duì)缺乏對(duì)勘察資料的詳細(xì)研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，設(shè)計(jì)中往往只重視勘察資料中土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，然后借助相應(yīng)的邊坡計(jì)算軟件，采用極限平衡理論分析邊坡安全性，進(jìn)而進(jìn)行邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)，從而造成邊坡設(shè)計(jì)的考慮不全面。

1.3 選用設(shè)計(jì)方案缺乏針對(duì)性

邊坡勘察與設(shè)計(jì)往往是不同單位和人員參與完成的，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)邊坡及其影響區(qū)域的工程地質(zhì)條件分析往往不足。邊坡設(shè)計(jì)中常利用工程類(lèi)比法為主，缺乏對(duì)特定邊坡地質(zhì)情況和力學(xué)參數(shù)的分析研究。邊坡穩(wěn)定計(jì)算中，以二維極限平衡分析計(jì)算為主，進(jìn)行三維邊坡穩(wěn)定分析較少。在施工中，很多施工企業(yè)并沒(méi)有制定一套有針對(duì)性的施工方案，往往會(huì)將以前方法和經(jīng)驗(yàn)照搬照用。

2 黃土地區(qū)邊坡防護(hù)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

2.1 結(jié)合邊坡專(zhuān)項(xiàng)勘察，確保邊坡勘察的資料的準(zhǔn)確可靠

應(yīng)結(jié)合黃土地區(qū)特殊的地質(zhì)情況，制定針對(duì)性強(qiáng)的專(zhuān)項(xiàng)勘察方案，對(duì)擬建邊坡及相應(yīng)的影響區(qū)域的工程地層地質(zhì)條件、土質(zhì)構(gòu)成、地下水排滲流情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，采用新的物探和測(cè)試手段，查明邊坡及其影響區(qū)域的地質(zhì)條件、可能的地下管線、土體力學(xué)參數(shù)等；勘察中應(yīng)盡可能的結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)邊坡土體固結(jié)剪切試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)以原狀土固結(jié)不排水、固結(jié)排水、飽和土體固結(jié)不排水試驗(yàn)為主，為邊坡設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的力學(xué)參數(shù)。對(duì)于無(wú)鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)邊坡區(qū)域，應(yīng)著重借鑒“動(dòng)態(tài)勘察設(shè)計(jì)、信息化施工”的思路，結(jié)合施工勘察，做好相應(yīng)坡體開(kāi)挖中的勘察作業(yè)，準(zhǔn)確反映工程地質(zhì)情況，進(jìn)而由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保邊坡安全穩(wěn)定。

2.2 邊坡穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法的探討

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）、《高填方地基技術(shù)規(guī)范》（GB51254-2017）等規(guī)范中對(duì)邊坡安全系數(shù)的有所規(guī)定，筆者建議目前建設(shè)中的高邊計(jì)算工況和安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照《高填方地基技術(shù)規(guī)范》（GB51254-2017）進(jìn)行。根據(jù)地質(zhì)、地形條件及邊坡高度等因素，合理選擇土體參數(shù)，選擇不少于 2個(gè)具有代表性剖面進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)先選用現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)指標(biāo)，分析邊坡在天然狀態(tài)、降雨?duì)顟B(tài)、地震狀態(tài)下坡體穩(wěn)定情況；復(fù)雜場(chǎng)地除進(jìn)行邊坡二維極限平衡分析外，尚應(yīng)結(jié)合數(shù)值模擬手段進(jìn)行三維穩(wěn)定性計(jì)算分析，綜合評(píng)價(jià)和選取邊坡防護(hù)方案。

2.3 邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方法的選取與優(yōu)化

黃土邊坡區(qū)域巖性一般從上而下依次為Q4新近堆積黃土、濕陷性黃土層（Q3為主）、非濕陷性黃土層（Q2為主）組成，下伏深部地層為第三系紅粘土和強(qiáng)～中風(fēng)化泥砂巖，產(chǎn)狀平緩，整體較穩(wěn)定。邊坡的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮邊坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、邊坡高度、地基巖土特性、場(chǎng)地施工要求及施工條工藝等綜合性因素。常用的邊坡防護(hù)處理措施有：放坡+坡面防護(hù)措施、支擋防護(hù)措施兩大類(lèi)。放坡+坡面防護(hù)措施，依靠坡體自身穩(wěn)定，對(duì)于高邊坡支護(hù)成本低，節(jié)約造價(jià)，但削坡在一定程度上破壞了原有自然邊坡植被，易造成水土流失。支擋防護(hù)措施，采用抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿支護(hù)體系并結(jié)合局部坡面防護(hù)措施，加強(qiáng)坡體穩(wěn)定，相對(duì)而言造價(jià)高，支擋結(jié)構(gòu)壽命有限。結(jié)合工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于高度低于 30m、用地受限的邊坡應(yīng)采用支擋防護(hù)措施；對(duì)于高度大于 30m、存在放坡條件的邊坡應(yīng)采用放坡+坡面防護(hù)措施，工程建設(shè)中應(yīng)結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)適用的原則，綜合考慮兩種方法。填方邊坡優(yōu)先采用放坡+坡面防護(hù)措施的防護(hù)方法。

2.4 合理設(shè)計(jì)邊坡坡型

黃土邊坡設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理優(yōu)化坡高、坡比和平臺(tái)寬度三者之間關(guān)系。尤其在采用放坡法設(shè)計(jì)中，坡高越高，增加坡比，加大平臺(tái)寬度，坡率降緩，邊坡安全性增大；但是坡比越大，邊坡坡面受雨水沖刷加劇，且開(kāi)挖土石方量增加，造價(jià)加大。確保邊坡安全可靠的前提下，邊坡設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)三者進(jìn)行優(yōu)化組合，選擇合理的邊坡坡型。對(duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡穩(wěn)定、下部地質(zhì)條件好的挖方高邊坡，采用放坡法防護(hù)時(shí)，可采用下陡上緩放坡模式；填方邊坡采用下緩上陡的坡型。同時(shí)，在坡高1/3處設(shè)置寬平臺(tái)，以減少坡體應(yīng)力，增大坡體穩(wěn)定性。

2.5 加強(qiáng)坡面防護(hù)和排水措施

無(wú)論是采用支擋防護(hù)措施還是放坡措施，在保證坡體穩(wěn)定的前提下應(yīng)加強(qiáng)坡面防護(hù)，防止坡面受雨水沖刷、剝離，引起坡面的滑塌。坡面防護(hù)措施包括漿片石（塊石）護(hù)面、拱形骨架植草護(hù)面、植物護(hù)坡等坡面保護(hù)措施。同時(shí)，做好邊坡土石結(jié)合面處的坡面滲水（地下水）的疏導(dǎo)措施，以及坡面截排水措施。此外，加強(qiáng)邊坡防護(hù)工程中“動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)、信息化施工”的管理與監(jiān)督體系，對(duì)存在的問(wèn)題針對(duì)性、及時(shí)解決，確保工程質(zhì)量。

3 總結(jié)

黃土地區(qū)邊坡防護(hù)工程的設(shè)計(jì)，應(yīng)從邊坡勘察著手，詳細(xì)弄清楚工程地質(zhì)條件、土體力學(xué)參數(shù)；結(jié)合工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，探討和選取合理的支護(hù)方法；選擇合理的邊坡坡型，并選用新技術(shù)，因地制宜，加強(qiáng)坡面防護(hù)和排水措施，對(duì)邊坡防護(hù)措施進(jìn)行科學(xué)的探究與優(yōu)化，確保邊坡設(shè)計(jì)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理。