臨時禁挖區(qū)在公路高邊坡防護設計中的應用研究

■葉晨峰

(福建省交通規(guī)劃設計院，福州 350004)

1 引言

在公路高邊坡防護設計中，常采用預應力錨索(桿)框架梁等措施對高邊坡進行加固， 在加固措施尚未施工完成之前，若邊坡一次性開挖到位，往往臨時穩(wěn)定性不足，因此為了避免出現(xiàn)臨時失穩(wěn)，以往高邊坡防護設計中，提出“開挖一級防護一級”的施工要求，即邊坡從上至下，分級開挖，若上一級的防護加固措施未施工完成(如預應力錨索未張拉鎖定)，不允許對下級邊坡進行開挖。

在實際施工過程中，由于設計未考慮施工通道，且預應力錨索等加固措施施工周期較長， 施工單位為了搶挖施工通道，加快施工進度，常未按設計要求執(zhí)行，高邊坡一次性開挖到位后再施作加固措施， 在施工過程中邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌， 不僅延誤了工期， 造成了巨大的經(jīng)濟損失，還可能影響周邊構筑物的安全。

2 臨時禁挖區(qū)

2.1 臨時禁挖區(qū)的定義

臨時禁挖區(qū)系指在公路高邊坡防護設計中， 分析施工期間的臨時穩(wěn)定性，結合施工方案，充分考慮施工便利和效率，細化開挖設計方案，設置各開挖階段下臨時禁止開挖的預留區(qū)域。

2.2 臨時禁挖區(qū)的意義

臨時禁挖區(qū)的應用， 為施工單位提供了更具指導性開挖和施工方案，可避免因“亂開挖”引起邊坡失穩(wěn)，同時一定程度上提高了施工效率。

2.3 設計原則

(1)確保各開挖階段邊坡臨時穩(wěn)定性是基礎，根據(jù)規(guī)范要求[1]，臨時穩(wěn)定安全系數(shù)可取1.05，若邊坡防護施工工期較長，地質條件較復雜，可提高至1.1。

(2)根據(jù)邊坡防護設計方案及施工工序，應針對不同開挖階段設計相應的臨時禁挖區(qū)。

(3)設計臨時禁挖區(qū)應結合地形情況，為施工提供必要通道，施工通道寬度不宜小于4m，同時還應保證邊坡防護施工作業(yè)平臺寬度，不宜小于5m。

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

2.4 設計要求

(1)對各開挖階段的臨時穩(wěn)定性進行計算，不滿足規(guī)范要求的階段應設計臨時禁挖區(qū)。

(2)設計中應標注臨時禁挖線的尺寸，如臨時禁挖區(qū)的頂寬、高度、坡面的坡率、施工通道的寬度等參數(shù)。

(3)設計中應描述各階段臨時禁挖區(qū)的開挖條件。

(4)對不同施工階段的邊坡穩(wěn)定性進行計算，并將計算結果在設計文件中體現(xiàn)。

3 工程實例

3.1 項目概況

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，該邊坡為土質邊坡：上部為坡積粉質粘土，厚度約3m；其下為殘積砂質粘性土，厚度約7m；全風化花崗巖，厚度約6～7m；砂土狀強風化花崗巖，厚度約6m；下伏碎塊狀強風化花崗巖。 該邊坡自然坡高，土層較厚，邊坡穩(wěn)定性較差。

邊坡設計采用的加固方案：邊坡分四級開挖，第一至三級單級坡高為8m，平臺寬2m；第一級坡率為1：0.75，采用C20 片石砼擋墻支擋；第二、三級坡率為1：1.0～1：1.25，采用預應力錨索框架加固，單根錨索設計拉力為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；第四級坡率為1：1.25，采用拱形骨架植草防護； 在邊坡第一級設置間距5m 的排水平孔，孔深15m，上仰角8～15°，邊坡坡頂設置截水溝，坡腳設置排水邊溝，平臺設置擋水梗，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)設計圖

3.2 臨時禁挖區(qū)的提出

邊坡若一次性開挖成形， 在加固防護措施尚未施作的工況下， 經(jīng)計算邊坡的臨時穩(wěn)定性安全系數(shù)為0.958，低于規(guī)范的要求，邊坡無法保證施工期間的穩(wěn)定性，所以在原設計文件中提出 “至上而下開挖， 開挖一級防護一級”的施工要求，即邊坡從上至下分級開挖，上一級的防護加固措施未施工完成(如錨索未張拉鎖定)，不允許對下一級的土石方進行開挖。 施工過程中，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)原設計要求，邊坡防護加固施工完成后才能開挖施工通道， 將嚴重影響施工開展，延誤施工進度。

為解決以上矛盾， 在保證邊坡施工臨時穩(wěn)定性的基礎上，對邊坡開挖方案進行細化，補充臨時禁挖區(qū)的設計內(nèi)容，為施工提供更為精細的開挖設計方案。

3.3 臨時禁挖區(qū)的設計方案

分別計算在各級防護措施尚未施工前， 不同開挖階段的臨時穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求， 即分別計算邊坡開挖第一至四級時邊坡的臨時穩(wěn)定性， 計算結果顯示邊坡第一、二級開挖完成后，臨時穩(wěn)定性安全系數(shù)小于1.05，無法滿足穩(wěn)定性要求，不允許一次性開挖到位，需設置臨時禁挖區(qū)。

根據(jù)臨時禁挖區(qū)的設計原則， 在保證臨時穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求的基礎上，盡可能地減少禁挖區(qū)的方量，為施工提供便利的通道。在第三級錨索未張拉鎖定情況下，第二級邊坡開挖前，設置第二級臨時禁挖區(qū)，禁挖區(qū)設計頂寬為10m，高度為16m，外側坡面斜率為1∶1.25，經(jīng)計算邊坡臨時穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.116，滿足臨時穩(wěn)定性規(guī)范要求； 在第二級錨索未張拉鎖定情況下， 第一級邊坡開挖前，設置第一級臨時禁挖區(qū)，禁挖區(qū)設計頂寬為8m，高度為8m，外側坡面斜率為1∶1.25，經(jīng)計算邊坡臨時穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.115，滿足臨時穩(wěn)定性規(guī)范要求。

表1 各開挖階段臨時穩(wěn)定性安全系數(shù)

圖2 第一級開挖完成穩(wěn)定性計算圖

圖3 第二級臨時禁挖區(qū)設計圖

圖4 第二級臨時禁挖區(qū)穩(wěn)定性計算圖

圖5 第一級臨時禁挖區(qū)設計圖

圖6 第一級臨時禁挖區(qū)穩(wěn)定性計算圖

3.4 實施效果

該段邊坡已根據(jù)設計方案完成施工， 且邊坡在施工過程中，未出現(xiàn)表層滑塌或整體失穩(wěn)等不利病害；同時施工工期較原設計開挖方案，提早了約3 個月，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測數(shù)據(jù)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結論及建議

(1)在公路高邊坡防護設計中，為了保證邊坡施工期間穩(wěn)定性，設計文件要求施工過程中“開挖一級、防護一級”，但實際施工中，為了挖通施工通道，加快施工進度，施工單位常一次性開挖到位后再進行防護施工， 導致施工過程中出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)，對工程建設造成惡劣的影響。

(2)臨時禁挖區(qū)的設計原則：確保邊坡臨時穩(wěn)定性是基礎；應針對不同開挖階段設計臨時禁挖區(qū)；設計臨時禁挖區(qū)應結合地形情況，為施工提供必要通道；在保證臨時穩(wěn)定性前提下，應盡可能減少臨時禁挖區(qū)的面積。

(3)高邊坡防護設計應對各開挖階段的臨時穩(wěn)定性進行計算，不滿足規(guī)范要求的階段應設計臨時禁挖區(qū)。

(4)設計臨時禁挖區(qū)應標注相關尺寸，描述各階段臨時禁挖區(qū)的開挖條件， 并驗算不同階段的邊坡臨時穩(wěn)定性。

(5)臨時禁挖區(qū)的應用，為施工單位提供了更具指導性開挖和施工方案，可避免因“亂開挖”引起邊坡失穩(wěn)，同時一定程度上提高了施工效率。