臨時(shí)禁挖區(qū)在公路高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■葉晨峰

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004)

1 引言

在公路高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中，常采用預(yù)應(yīng)力錨索(桿)框架梁等措施對(duì)高邊坡進(jìn)行加固， 在加固措施尚未施工完成之前，若邊坡一次性開(kāi)挖到位，往往臨時(shí)穩(wěn)定性不足，因此為了避免出現(xiàn)臨時(shí)失穩(wěn)，以往高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中，提出“開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)”的施工要求，即邊坡從上至下，分級(jí)開(kāi)挖，若上一級(jí)的防護(hù)加固措施未施工完成(如預(yù)應(yīng)力錨索未張拉鎖定)，不允許對(duì)下級(jí)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖。

在實(shí)際施工過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)未考慮施工通道，且預(yù)應(yīng)力錨索等加固措施施工周期較長(zhǎng)， 施工單位為了搶挖施工通道，加快施工進(jìn)度，常未按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，高邊坡一次性開(kāi)挖到位后再施作加固措施， 在施工過(guò)程中邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌， 不僅延誤了工期， 造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能影響周邊構(gòu)筑物的安全。

2 臨時(shí)禁挖區(qū)

2.1 臨時(shí)禁挖區(qū)的定義

臨時(shí)禁挖區(qū)系指在公路高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中， 分析施工期間的臨時(shí)穩(wěn)定性，結(jié)合施工方案，充分考慮施工便利和效率，細(xì)化開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案，設(shè)置各開(kāi)挖階段下臨時(shí)禁止開(kāi)挖的預(yù)留區(qū)域。

2.2 臨時(shí)禁挖區(qū)的意義

臨時(shí)禁挖區(qū)的應(yīng)用， 為施工單位提供了更具指導(dǎo)性開(kāi)挖和施工方案，可避免因“亂開(kāi)挖”引起邊坡失穩(wěn)，同時(shí)一定程度上提高了施工效率。

2.3 設(shè)計(jì)原則

(1)確保各開(kāi)挖階段邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，根據(jù)規(guī)范要求[1]，臨時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)可取1.05，若邊坡防護(hù)施工工期較長(zhǎng)，地質(zhì)條件較復(fù)雜，可提高至1.1。

(2)根據(jù)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方案及施工工序，應(yīng)針對(duì)不同開(kāi)挖階段設(shè)計(jì)相應(yīng)的臨時(shí)禁挖區(qū)。

(3)設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)應(yīng)結(jié)合地形情況，為施工提供必要通道，施工通道寬度不宜小于4m，同時(shí)還應(yīng)保證邊坡防護(hù)施工作業(yè)平臺(tái)寬度，不宜小于5m。

(4)在保證臨時(shí)穩(wěn)定性前提下，盡可能地減少臨時(shí)禁挖區(qū)的面積，便于提高施工效率。

2.4 設(shè)計(jì)要求

(1)對(duì)各開(kāi)挖階段的臨時(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，不滿足規(guī)范要求的階段應(yīng)設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)中應(yīng)標(biāo)注臨時(shí)禁挖線的尺寸，如臨時(shí)禁挖區(qū)的頂寬、高度、坡面的坡率、施工通道的寬度等參數(shù)。

(3)設(shè)計(jì)中應(yīng)描述各階段臨時(shí)禁挖區(qū)的開(kāi)挖條件。

(4)對(duì)不同施工階段的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果在設(shè)計(jì)文件中體現(xiàn)。

3 工程實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

福建高速公路某處高邊坡，最高約35.4m，根據(jù)邊坡鉆孔揭示，該邊坡為土質(zhì)邊坡：上部為坡積粉質(zhì)粘土，厚度約3m；其下為殘積砂質(zhì)粘性土，厚度約7m；全風(fēng)化花崗巖，厚度約6～7m；砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，厚度約6m；下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。 該邊坡自然坡高，土層較厚，邊坡穩(wěn)定性較差。

邊坡設(shè)計(jì)采用的加固方案：邊坡分四級(jí)開(kāi)挖，第一至三級(jí)單級(jí)坡高為8m，平臺(tái)寬2m；第一級(jí)坡率為1：0.75，采用C20 片石砼擋墻支擋；第二、三級(jí)坡率為1：1.0～1：1.25，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固，單根錨索設(shè)計(jì)拉力為700kN，錨索水平間距為4m，坡面采用液壓客土噴播植草綠化防護(hù)；第四級(jí)坡率為1：1.25，采用拱形骨架植草防護(hù)； 在邊坡第一級(jí)設(shè)置間距5m 的排水平孔，孔深15m，上仰角8～15°，邊坡坡頂設(shè)置截水溝，坡腳設(shè)置排水邊溝，平臺(tái)設(shè)置擋水梗，使邊坡形成完善的排水系統(tǒng)。

圖1 邊坡典型斷面(K29+240 斷面)設(shè)計(jì)圖

3.2 臨時(shí)禁挖區(qū)的提出

邊坡若一次性開(kāi)挖成形， 在加固防護(hù)措施尚未施作的工況下， 經(jīng)計(jì)算邊坡的臨時(shí)穩(wěn)定性安全系數(shù)為0.958，低于規(guī)范的要求，邊坡無(wú)法保證施工期間的穩(wěn)定性，所以在原設(shè)計(jì)文件中提出 “至上而下開(kāi)挖， 開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)”的施工要求，即邊坡從上至下分級(jí)開(kāi)挖，上一級(jí)的防護(hù)加固措施未施工完成(如錨索未張拉鎖定)，不允許對(duì)下一級(jí)的土石方進(jìn)行開(kāi)挖。 施工過(guò)程中，受地形限制，該段路基成為施工通道的必經(jīng)之路，若依據(jù)原設(shè)計(jì)要求，邊坡防護(hù)加固施工完成后才能開(kāi)挖施工通道， 將嚴(yán)重影響施工開(kāi)展，延誤施工進(jìn)度。

為解決以上矛盾， 在保證邊坡施工臨時(shí)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡開(kāi)挖方案進(jìn)行細(xì)化，補(bǔ)充臨時(shí)禁挖區(qū)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，為施工提供更為精細(xì)的開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案。

3.3 臨時(shí)禁挖區(qū)的設(shè)計(jì)方案

分別計(jì)算在各級(jí)防護(hù)措施尚未施工前， 不同開(kāi)挖階段的臨時(shí)穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求， 即分別計(jì)算邊坡開(kāi)挖第一至四級(jí)時(shí)邊坡的臨時(shí)穩(wěn)定性， 計(jì)算結(jié)果顯示邊坡第一、二級(jí)開(kāi)挖完成后，臨時(shí)穩(wěn)定性安全系數(shù)小于1.05，無(wú)法滿足穩(wěn)定性要求，不允許一次性開(kāi)挖到位，需設(shè)置臨時(shí)禁挖區(qū)。

根據(jù)臨時(shí)禁挖區(qū)的設(shè)計(jì)原則， 在保證臨時(shí)穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，盡可能地減少禁挖區(qū)的方量，為施工提供便利的通道。在第三級(jí)錨索未張拉鎖定情況下，第二級(jí)邊坡開(kāi)挖前，設(shè)置第二級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)，禁挖區(qū)設(shè)計(jì)頂寬為10m，高度為16m，外側(cè)坡面斜率為1∶1.25，經(jīng)計(jì)算邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.116，滿足臨時(shí)穩(wěn)定性規(guī)范要求； 在第二級(jí)錨索未張拉鎖定情況下， 第一級(jí)邊坡開(kāi)挖前，設(shè)置第一級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)，禁挖區(qū)設(shè)計(jì)頂寬為8m，高度為8m，外側(cè)坡面斜率為1∶1.25，經(jīng)計(jì)算邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.115，滿足臨時(shí)穩(wěn)定性規(guī)范要求。

表1 各開(kāi)挖階段臨時(shí)穩(wěn)定性安全系數(shù)

圖2 第一級(jí)開(kāi)挖完成穩(wěn)定性計(jì)算圖

圖3 第二級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)設(shè)計(jì)圖

圖4 第二級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算圖

圖5 第一級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)設(shè)計(jì)圖

圖6 第一級(jí)臨時(shí)禁挖區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算圖

3.4 實(shí)施效果

該段邊坡已根據(jù)設(shè)計(jì)方案完成施工， 且邊坡在施工過(guò)程中，未出現(xiàn)表層滑塌或整體失穩(wěn)等不利病害；同時(shí)施工工期較原設(shè)計(jì)開(kāi)挖方案，提早了約3 個(gè)月，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論及建議

(1)在公路高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中，為了保證邊坡施工期間穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)文件要求施工過(guò)程中“開(kāi)挖一級(jí)、防護(hù)一級(jí)”，但實(shí)際施工中，為了挖通施工通道，加快施工進(jìn)度，施工單位常一次性開(kāi)挖到位后再進(jìn)行防護(hù)施工， 導(dǎo)致施工過(guò)程中出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)，對(duì)工程建設(shè)造成惡劣的影響。

(2)臨時(shí)禁挖區(qū)的設(shè)計(jì)原則：確保邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性是基礎(chǔ)；應(yīng)針對(duì)不同開(kāi)挖階段設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)；設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)應(yīng)結(jié)合地形情況，為施工提供必要通道；在保證臨時(shí)穩(wěn)定性前提下，應(yīng)盡可能減少臨時(shí)禁挖區(qū)的面積。

(3)高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)各開(kāi)挖階段的臨時(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，不滿足規(guī)范要求的階段應(yīng)設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)。

(4)設(shè)計(jì)臨時(shí)禁挖區(qū)應(yīng)標(biāo)注相關(guān)尺寸，描述各階段臨時(shí)禁挖區(qū)的開(kāi)挖條件， 并驗(yàn)算不同階段的邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性。

(5)臨時(shí)禁挖區(qū)的應(yīng)用，為施工單位提供了更具指導(dǎo)性開(kāi)挖和施工方案，可避免因“亂開(kāi)挖”引起邊坡失穩(wěn)，同時(shí)一定程度上提高了施工效率。