淺談公路高邊坡穩(wěn)定性評價及支護動態(tài)優(yōu)化設計

彭選德

（四川恒盛路橋勘察設計有限公司）

進入到21 世紀，我國的經濟增長促進了公路事業(yè)的發(fā)展，在大規(guī)模的公路工程建設中，邊坡工程的穩(wěn)定性和設計方案逐漸受到了人們的關注，巖土邊坡的破壞不僅會造成災害，也會影響到公路功能的發(fā)揮。而高邊坡的穩(wěn)定性受到巖土體特性、地質構造、巖體結構、地層巖性、坡體結構、水文、人為改造程度、開挖高度、坡形、等因素的影響，同時地質體復雜、多變、不均質等因素也增加了高邊坡的設計的難度。由此可見，對高邊坡的穩(wěn)定性作出準確分析從而動態(tài)優(yōu)化支護設計方案已成為公路建設中高度重視的問題，本篇文章將對其進行分析介紹。

1 工程實例

選取某處位于山區(qū)的公路為研究對象，該公路所在區(qū)域地質結構復雜，巖性多種多樣，受到地質結構的影響，巖石節(jié)理裂隙已經發(fā)育，風化程度不一，水文地質及工程地質條件都很復雜。路塹邊坡最大高程為1650 米，相對高度差為50米，高度增加10 米為一個坡級，坡率為1：0.75，該公路共有5 個坡級，每級坡腳預留3 米寬的馬道及平臺截水溝；道路高邊坡的地層從上之下依次為粉質粘土、強風化泥灰?guī)r及中風化巖灰?guī)r，具體巖土物理力學參數見表1；

土質 彈性模量/Mpa 厚度/m 重度（kN） 粘聚力/kPa 內摩擦角 粉質粘土 15 4 21 21 15 強風化泥灰?guī)r 35 17 22 32 21 中風化泥灰?guī)r 67 11 27 60 25

2 公路高邊坡動態(tài)優(yōu)化設計的內容

公路施工多是分為不同的標段，由于施工單位不同，同時地質復雜、高邊坡數量較多，常使高邊坡的安全及設計動態(tài)優(yōu)化方面出現問題，因此必須對高邊坡實施動態(tài)優(yōu)化設計并認真落到實處，使科研成果更快速、更有效的應用到施工中，促進高邊坡施工的順利進行，確保公路運營的安全性；以下主要介紹高邊坡動態(tài)優(yōu)化的主要內容。

1、設計或科研單位必須結合現場條件，以“高邊坡普查-提出動態(tài)優(yōu)化設計建設-篩選重點邊坡”為指導思想，首先通過普查高邊坡，對高邊坡的穩(wěn)定性進行定性評價，對于穩(wěn)定性好的高邊坡給予動態(tài)優(yōu)化建議，再對穩(wěn)定性差、地質復雜的高邊坡給予重點研究。重點邊坡應對施工過程加以跟蹤，并對巖體結構進行調查，再采用定性、定量相結合的方法研究邊坡的穩(wěn)定性，從而提出科學合理的支護動態(tài)優(yōu)化建設。

2、設計或科研單位在設計之初應以科學研究和現場資料為基礎，為業(yè)主或相關單位提出合理性意見。將設計或科研單位及施工現場的詳細資料作為依據，業(yè)主必須進行決策，設計單位必須快速動態(tài)優(yōu)化，監(jiān)理單位和施工單位則要對施工過程給予監(jiān)督指導，確保工程能夠高質量完成，確保研究成果的使用效果。如果設計中出現較大的變故，需要對其進行評審，這就需要業(yè)主組織專業(yè)人士來完成評審，并以該意見作為依據實施動態(tài)優(yōu)化設計，并由監(jiān)理單位管控施工，確保實際施工真正的按照設計方案來開展。

3 高邊坡普查

高邊坡普查是人們對公路高邊坡實施支護動態(tài)優(yōu)化設計前的基礎性工作，所謂高邊坡普查指的是以前期勘察資料分析為基礎，在對高邊坡四周的地質進行深入勘探，并以勘探結果作為依據實施更進一步的調查研究，隨后重點分析需要開挖地段的周邊巖體結構，再以分析得知的地質狀況及巖土結構為依據開展研究。相關分析必須結合定性研究與定量研究來進行分類，對設計方案實施動態(tài)優(yōu)化，從而達到更科學、更合理、更適合的設計，并以此為施工指導。實施該項工作的主要目的在于區(qū)分邊坡的穩(wěn)定性，從而為動態(tài)優(yōu)化設計方案提供更好的依據，并篩選出重點邊坡。

4 重點高邊坡穩(wěn)定性評價

以地質學角度出發(fā)，對巖石高邊坡的穩(wěn)定性進行評價就是研究導致邊坡變形破壞的機制，利用數值模擬的方法模擬巖體高邊坡被破壞的過程，再以模擬結果為依據評價高邊坡的穩(wěn)定性。變形穩(wěn)定性分析主要采取變形理論與強度理論的穩(wěn)定性分析相結合的方法，形成建立在模擬控制基礎上的巖體高邊坡穩(wěn)定性評價，從而提出有效的控制方法。高邊坡穩(wěn)定性評價及支護動態(tài)優(yōu)化設計應貫穿于整個高邊坡施工階段，從而形成動態(tài)評價過程。以高邊坡的實際特征為依據，判斷其破壞模式，一般分為結構面控制型和最大剪應力面控制型。在支護動態(tài)優(yōu)化設計上，引薦強度穩(wěn)定性分析方法，計算出必要的設計數據，為了更好的驗證的支護效果，可對支護的結構與邊坡之間所形成的作用關系來完成，從而不斷的完善并動態(tài)優(yōu)化設計方案。

以地質狀況的角度出發(fā)，前文提及的案例公路，部分區(qū)域已出現破碎結構，同時呈現層狀，經過勘測，有50%的邊坡出現傾倒變形現象，造成這一現象的主要因素為巖體結構，另外部分折斷面則是受到巖體特征的影響。

5 高邊坡支護動態(tài)優(yōu)化設計

1、設計標準及設計原則。在設計高邊坡支護方案時，安全等級應為一級，所采用的穩(wěn)定性方法為圓弧滑動條分法，高邊坡的安全穩(wěn)定系數大于等于1.3，錨桿抗拔安全系數應為2。施工原則應以預防地質災害為第一原則，確保施工人員的人身安全為第一要務，施工流程應堅持以人為本，同時降低施工對環(huán)境的破壞。

2、分析邊坡穩(wěn)定性及計算。文中案例工程的高邊坡巖土層為粉質粘土、強風化及中風化泥灰?guī)r，勘察地質過程中，并未發(fā)現有重大安全隱患的斷裂構造地質現象。其中最大厚度的高邊坡巖土層為泥灰?guī)r，其厚度在17m 左右，從而判斷邊坡失穩(wěn)的形態(tài)可能會促使坡體沿著潛在的破裂面而滑動。改變高邊坡的坡度是影響高邊坡穩(wěn)定性的主要因素，這樣既能提高穩(wěn)定性，降低土石方的重量，還能增加安全性。放坡需從坡頂開始依次放坡至坡腳，坡率應為1：1，再分別計算不同階段的安全系數。錨桿支護的位置也是非常重要的影響因素，在選擇錨桿支護時，可以改變錨桿的位置，再對錨桿所處位置的總體穩(wěn)定性的影響因素進行計算。文中案例工程的預應力錨索應鉆直徑為150mm，采用15 根鋼絞線，傾角設置為25°。從上往下將第一級的錨固段長度設為20 米，自由段長度為8 米；第二級及第三級錨固段長度應為22 米，自由段長度為11 米。方形骨架護坡的位置也會對高邊坡的穩(wěn)定性造成影響，對于降雨較多，受氣候影響不利建設高邊坡的地方，可以采用方形骨架。為確保后期施工及公路實際使用中不會受到雨水沖刷的影響，加固了高邊坡的坡面及坡腳，同時結合草木種植的方法不僅提高了邊坡的穩(wěn)定性也增加了美觀性。

6 結束語

隨著經濟的發(fā)展，我國高速公路的修建速度及數量驟增，受到地形的影響，很多山區(qū)公路的修建存在很大安全問題。因此，在修建公路時必須以實際情況為依據，對坡體巖土的地形地貌、地層巖性、結構、地下水等進行針對性的研究，從而對高邊坡的穩(wěn)定性給予評價分析，選擇合理穩(wěn)定的設計方案，確保邊坡的安全性。