高速公路工程邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

魯 祥

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

在高速公路工程項(xiàng)目中，其邊坡穩(wěn)定性會(huì)受自然因素、人為因素等影響不可避免出現(xiàn)深挖路塹邊坡，導(dǎo)致公路邊坡失穩(wěn)。其中，自然因素主要包括工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件、地形地貌、大氣降水以及地震災(zāi)害等；人為因素主要包括邊坡的開挖方式、防護(hù)設(shè)計(jì)方案以及養(yǎng)護(hù)和綠化等方面[1]。在此背景下，如果邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)，其穩(wěn)定性就會(huì)受到影響，進(jìn)而給路面的行車安全帶來威脅。

2 工程概況

在建云南省墨江至臨滄公路TJ6標(biāo)段主線起始樁號(hào)K70+950~K84+850，路線全長13.916km。其中，K70+950~K71+200左側(cè)邊坡于2019年11月15日開始開挖，2019年11月20日路基左側(cè)第五級(jí)邊坡開挖完成后，發(fā)現(xiàn)邊坡坡頂、坡面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為防止滑坡繼續(xù)發(fā)展，業(yè)主及時(shí)要求施工單位暫停該段挖方邊坡施工，同時(shí)要求施工單位在滑坡坡腳反壓回填，回填高度≥6m，滑坡發(fā)展速度得到暫時(shí)有效控制。

3 邊坡防護(hù)新理念

在傳統(tǒng)高速公路邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)工作中，為了實(shí)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性，保證高速公路的運(yùn)營安全，設(shè)計(jì)人員往往更注重邊坡強(qiáng)度功效，采用混凝土灰色防護(hù)，這一防護(hù)形式具有投資成本高、工程量大以及單調(diào)等特點(diǎn)，且與周圍的自然環(huán)境不協(xié)調(diào)，在目前的高速公路邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中已逐漸被淘汰。

新形勢(shì)下，高速公路邊坡防護(hù)新理念提倡以邊坡穩(wěn)定為基礎(chǔ)，采用綠色防護(hù)新理念，因?yàn)榫G色防護(hù)具有美化環(huán)境、保持水土、恢復(fù)植被、防護(hù)淺層邊坡以及完全覆蓋巖土邊坡等眾多優(yōu)勢(shì)，既實(shí)現(xiàn)了加固和綠化剛?cè)岵┑男Ч?，又能保證邊坡穩(wěn)定、解決邊坡防護(hù)與生態(tài)環(huán)境問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處[2]。

4 滑坡形成機(jī)制

高速公路工程邊坡是在巖體、土體、自重以及人為等作用下形成的具有一定傾斜度的臨空面，在具體的設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)由于不利地形條件、土層及巖土結(jié)構(gòu)，工程施工、大氣降雨等因素的影響，使邊坡的一部分與另一部分產(chǎn)生相對(duì)位移，邊坡喪失原有的穩(wěn)定性，進(jìn)而形成滑坡。在本工程項(xiàng)目中，滑坡的形成和發(fā)展同樣受不利地形條件、土層即巖土結(jié)構(gòu)，工程施工、大氣降雨等因素的影響。

（1）有利地形條件：滑坡處位于單項(xiàng)人工斜坡上，坡度為45°~53°之間，坡度較陡，坡腳路基已超出開挖范圍，形成臨空面，為滑坡形成提供了有利的地形條件。

（2）不利的地層及巖土結(jié)構(gòu)?；滤趨^(qū)域內(nèi)的邊坡主要以全風(fēng)化的砂巖、強(qiáng)風(fēng)化的炭質(zhì)頁巖夾砂巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟，遇水軟化速度快，巖體強(qiáng)度下降，自穩(wěn)能力差，為滑坡形成提供了有利條件。

（3）工程施工。K70+950~K71+200段為深挖方，路基左側(cè)為高邊坡，開挖后由于未及時(shí)封閉坡面，其在大氣降水、暴曬等自然因素影響下，導(dǎo)致開挖后的邊坡強(qiáng)度大大降低，出現(xiàn)失穩(wěn)、使邊坡坡面出現(xiàn)了大量的節(jié)理裂縫，導(dǎo)致坍塌。因此，在具體的施工過程中，未及時(shí)封閉邊坡是造成滑坡發(fā)生的一個(gè)重要因素。

（4）大氣降水。大氣降水一部分隨著邊坡坡面向坡腳排泄，對(duì)邊坡造成沖刷；另一部分通過巖體風(fēng)化裂縫下滲，使坡體含水量增加，巖體和斜坡強(qiáng)度降低。大氣降水既是造成滑坡產(chǎn)生的自然因素，也是主要的外在因素。

總的來說，K70+950~K71+200段在不利地形條件、不利地層即巖土結(jié)構(gòu)、工程施工以及大氣降水等的共同作用下，導(dǎo)致該路段邊坡出現(xiàn)變形，從而產(chǎn)生滑坡。

5 邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

針對(duì)因滑坡造成災(zāi)害的路段，需結(jié)合其對(duì)本工程項(xiàng)目的危害程度、維修難度以及勘察結(jié)果進(jìn)行綜合性防護(hù)設(shè)計(jì)[3]，并遵循以下設(shè)計(jì)原則。

5.1 綜合治理原則

在本工程項(xiàng)目中，由于造成滑坡的影響因素較多、性質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模較大、危害嚴(yán)重，需要對(duì)滑坡路段使用抗滑樁、抗滑擋墻、錨桿（索）等巖土支擋和錨固措施、加強(qiáng)排水等多種手段進(jìn)行綜合治理。

5.2 安全第一原則

在設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)方案時(shí)需綜合考慮多種客觀因素的影響，尤其加強(qiáng)注意本項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的地形、地質(zhì)條件、大氣降水、工程施工等不利影響，力爭(zhēng)一次完成，不留任何安全隱患，不引發(fā)新的災(zāi)害，保證本工程項(xiàng)目的安全運(yùn)營。

5.3 施工便利原則

全面考慮工程項(xiàng)目施工的便利性、方案的可行性以及方案實(shí)施的可操作性。同時(shí)，在具體的施工過程中不斷健全與完善安保措施，保證施工人員的生命不受威脅。

5.4 經(jīng)濟(jì)合理原則

應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，采用成熟的巖土工程治理技術(shù)，防范災(zāi)害的發(fā)生，做到因地制宜，合理解決經(jīng)濟(jì)性與安全性之間的矛盾，確保工程項(xiàng)目順利推進(jìn)。

5.5 環(huán)保美觀原則

在具體的施工過程中，盡量做到不破壞原坡體上既有的植被，并對(duì)邊坡的開挖部位進(jìn)行綠化，使工程環(huán)保美觀，以此增加公路的運(yùn)行能力，提高駕乘人員的舒適程度。

5.6 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則

由于受地質(zhì)條件的復(fù)雜性和勘察鉆孔局限性的影響，在具體的施工過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)滑坡地表的監(jiān)測(cè)和巡視，隨時(shí)掌握和了解滑坡動(dòng)態(tài)，保證施工的安全性。另外，將信息化施工運(yùn)用到其中，遵循動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，一旦發(fā)現(xiàn)局部滑面與方案設(shè)計(jì)不一致時(shí)及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)反饋，并優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

6 邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方案

6.1 雙排抗滑樁支擋

（1）刷坡減載。將第2級(jí)邊坡坡腳位置作為清方起點(diǎn)，向上按照設(shè)計(jì)坡率1∶1.25~1∶4，再根據(jù)調(diào)整后的邊坡坡率清除部分滑坡體，減小滑坡推力。

（2）抗滑支擋，為保證邊坡的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)在K70+991~K71+231段第1級(jí)邊坡平臺(tái)處設(shè)置41根尺寸為1.8m×2.4m抗滑樁進(jìn)行支擋（前排樁），樁長18m，樁間距6m；K71+030~K71+180段在坡頂距主線中樁65m處設(shè)置26根樁徑為1.8m×2.4m和2.0m×3.0m的兩種樁，樁長為22m~24m，抗滑樁全部采用C30混凝土鋼筋混凝土澆筑，樁間采用C30鋼筋混凝土擋土板，并結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，在K70+950~K71+300段主線坡腳位置設(shè)置路塹墻?？够瑯豆ぷ髟砣鐖D1所示。

圖1 抗滑樁工作原理示意圖

（3）為防止邊坡出現(xiàn)局部滑移，在第1級(jí)邊坡處設(shè)置路塹墻，墻頂采用錨索框架防護(hù)；第2、4級(jí)邊坡處設(shè)置抗滑樁段落外，其余全部采用錨索框架植草加固；第3級(jí)邊坡K70+950~K71+200段采用三維網(wǎng)噴播植草防護(hù)，K71+200~K71+300段采用錨桿框架防錨桿框架護(hù)；第5級(jí)邊坡采用三維網(wǎng)噴播植草防護(hù)。

（4）排水工程。①截水溝：在距離挖方坡頂外的5m處設(shè)置尺寸為40cm×40cm的坡頂梯形截水溝，并采用C20現(xiàn)澆混凝土澆筑；②排水溝。在每一級(jí)的邊坡平臺(tái)處分別設(shè)置尺寸為40cm×40cm的平臺(tái)排水溝，并采用C20現(xiàn)澆混凝土澆筑。

6.2 單排抗滑樁+坡面強(qiáng)防護(hù)

由于本工程項(xiàng)目滑坡產(chǎn)生的位置為者整村下方，清方困難。因此需要對(duì)已產(chǎn)生滑動(dòng)位置進(jìn)行抗滑支擋。

（1）刷坡減載。將第2級(jí)邊坡坡腳位置作為清方起點(diǎn)，向上按照設(shè)計(jì)坡率1∶1.25~1∶6，根據(jù)調(diào)整后的邊坡坡率清除部分滑坡體，減小滑坡推力。

（2）抗滑支擋。為確?；碌姆€(wěn)定與安全性，K70+972~K71+182段在坡頂距主線中樁73m處設(shè)置36根抗滑樁，樁徑為1.8m×2.4m、2.0m×3.0m兩種，樁長為22m~25m，抗滑樁均采用C30鋼筋混凝土澆筑，樁間采用C30鋼筋混凝土擋土板，部分抗滑樁頂面以下1m、2m分別設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，采用6束Φ15.2mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線（1860MPa），錨固段長度10m，單孔錨索設(shè)計(jì)錨固力340kN，鎖定錨固力272kN。如果繼續(xù)開挖施工，滑動(dòng)面勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)下移，因此需要在K70+975~K71+230段主線坡腳位置設(shè)置抗滑擋墻，K70+950~K70+975段、K71+230~K71+300段主線坡腳位置設(shè)置路塹墻。

（3）邊坡防護(hù)。第1級(jí)邊坡坡腳設(shè)路塹墻，墻頂采用錨桿框架防護(hù)；第2、3級(jí)邊坡采用錨索框架防護(hù)（6束Φ15.2mm鋼絞線），錨索設(shè)計(jì)荷載650kN，鎖定荷載480kN；第4級(jí)邊坡除設(shè)置抗滑樁段落，K71+182~K71+230段采用錨桿框架防護(hù)外，其余坡面采用三維網(wǎng)噴播植草防護(hù)；第5級(jí)邊坡采用三維網(wǎng)噴播植草防護(hù)。

（4）排水工程。①截水溝：在距挖方坡頂外不小于5m處，設(shè)置尺寸為40cm×40cm坡頂梯形截水溝，并采用C20現(xiàn)澆混凝土澆筑；②排水溝：在每一級(jí)邊坡平臺(tái)處設(shè)置尺寸為40cm×40cm的平臺(tái)排水溝，采用C20現(xiàn)澆混凝土澆筑。

7 結(jié)束語

綜上所述，邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)作為高速公路工程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)防護(hù)方案是一個(gè)逐漸優(yōu)化的過程。本文以實(shí)際項(xiàng)目為例，探討了邊坡方案設(shè)計(jì)的原則和具體措施，最終取得了良好的治理效果。在具體的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程項(xiàng)目的地形、地質(zhì)條件、施工方法，并通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法對(duì)邊坡的穩(wěn)定性予以正確評(píng)價(jià)，選擇不同防護(hù)類型，直至滿足施工方案設(shè)計(jì)要求為止。