高速公路路塹高邊坡設(shè)計(jì)和綜合治理探討

余良

高速公路路塹高邊坡是一種人工開(kāi)挖的永久性邊坡，其穩(wěn)定性具有重要的意義。本文主要分析了高速公路路塹高邊坡設(shè)計(jì)的思路和綜合治理進(jìn)行了探討，以供參考。

高速公路為了達(dá)到線形的平順和行車(chē)舒適性時(shí)常有大挖大填，以達(dá)到平順路基施工標(biāo)高的要求，因此該類(lèi)高邊坡容易在各種因素的影響下出現(xiàn)滑坡等病害，影響高速公路的使用效率及安全性，基于高速公路路塹高邊坡的各種地質(zhì)因素分析，在如何優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇合理的綜合治理方案顯得十分重要，本文通過(guò)對(duì)高速公路路塹高邊坡的設(shè)計(jì)內(nèi)容及思路的分析，提出合理的綜合治理方案，確保邊坡的穩(wěn)定進(jìn)行探討。

一、高速公路路塹高邊坡的特點(diǎn)

1.在公路工程中，一般把土質(zhì)挖方邊坡高度超過(guò)20m、巖質(zhì)挖方邊坡高度超過(guò)30m的邊坡稱為路塹高邊坡。

2.邊坡必須要有很高的穩(wěn)定性，否則路塹邊坡容易失穩(wěn)，危及到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.防護(hù)設(shè)計(jì)具有動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。由于地質(zhì)條件的隱蔽性、復(fù)雜性以及勘探測(cè)試條件的局限性，致使地質(zhì)勘探和測(cè)試資料不可能全面揭示邊坡的本來(lái)面貌，加上施工過(guò)程中的不確定因素過(guò)多，使得這類(lèi)問(wèn)題的力學(xué)分析難度比較大，也很難與實(shí)際情況相符。而隨著邊坡施工的進(jìn)行，地質(zhì)狀況逐漸明晰，甚至?xí)霈F(xiàn)新的未預(yù)料的地質(zhì)情況。因此按照一般的設(shè)計(jì)模式：地質(zhì)勘察—力學(xué)分析—設(shè)計(jì)—施工這樣的思路來(lái)進(jìn)行高邊坡的設(shè)計(jì)是不完善的。它實(shí)際上是一種靜態(tài)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并不能很好地適應(yīng)工程中出現(xiàn)的各種情況，有時(shí)會(huì)大大增加投資，甚至?xí)l(fā)生安全事故，造成人員傷亡和極壞的社會(huì)影響。

4.注重生態(tài)平衡。在路塹邊坡種植植被，可以防止水土流失，美化環(huán)境，保持路塹邊坡的長(zhǎng)久穩(wěn)定。

5.注重環(huán)境美化。隨著現(xiàn)代人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高以及對(duì)美觀和舒適度的要求提升，公路沿線的風(fēng)景要做到秀麗豐富，使人心情輕松愉悅。

6.路線要有誘導(dǎo)功能。路塹邊坡的坡型和植被種植方向?qū)?chē)輛的行進(jìn)方向要有引導(dǎo)作用，禁止在前進(jìn)岔路口栽植障礙性植被。

二、邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡是人工邊坡和自然岸（斜）坡的統(tǒng)稱。按照成因分為天然邊坡和人工邊坡，按照邊坡成分性質(zhì)可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡。按照穩(wěn)定程度，分為穩(wěn)定邊坡、失穩(wěn)邊坡以及可能失穩(wěn)邊坡。穩(wěn)定邊坡指的是在邊坡發(fā)揮作用期間，在自然狀態(tài)和承受載荷狀態(tài)下，坡體不發(fā)生變形；或者即使發(fā)生變形，變形量依然在允許范圍內(nèi)。穩(wěn)定邊坡不需要采取穩(wěn)定措施，只需要采取防護(hù)措施，保持其穩(wěn)定性即可。失穩(wěn)邊坡指在自然狀態(tài)、不施加人工載荷的情況下，邊坡已經(jīng)或者正在發(fā)生變形破壞。這種情況下必須采取穩(wěn)定措施，防止邊坡進(jìn)一步發(fā)生變形，造成破壞?？赡苁Х€(wěn)邊坡指在自然狀態(tài)工況處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是在自然狀態(tài)改變后或者遭受工程載荷狀態(tài)下會(huì)發(fā)生變形；或者邊坡的安全系數(shù)小于安全標(biāo)準(zhǔn)的邊坡。對(duì)這一類(lèi)邊坡要采取穩(wěn)定和防護(hù)措施，如果對(duì)工程和人民生命財(cái)產(chǎn)安全沒(méi)有影響的可以避開(kāi)。

路基邊坡穩(wěn)定力學(xué)計(jì)算的基本方法是分析失穩(wěn)滑動(dòng)體沿滑動(dòng)面上的下滑力T與抗滑力R，按照靜力平衡原理，取兩者之比值為穩(wěn)定系數(shù)K，也即：

K=R/T

K=1時(shí)，表示下滑力與抗滑力相等，邊坡處于極限平衡狀態(tài)；K＜1時(shí)，邊坡不穩(wěn)定；K＞1時(shí)，邊坡穩(wěn)定?？紤]到一些不可預(yù)見(jiàn)因素的影響，為安全可靠起見(jiàn)，工程上一般規(guī)定采用K≥1.15～1.45作為路基邊坡穩(wěn)定性分析的界限值。

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)遵循“以定性分析為基礎(chǔ)、定量計(jì)算為手段”的原則。進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件或已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，定性判斷邊坡可能的破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)。

三、路塹高邊坡防護(hù)的設(shè)計(jì)原則及防護(hù)形式

1.設(shè)計(jì)體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，貫徹“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)”的指導(dǎo)方針，并遵循“減載、固腳、強(qiáng)腰、排水、綠化”相結(jié)合和方便施工的原則。

（1）綜合治理，防治結(jié)合，一次根治、不留后患；

（2）深入分析工程地質(zhì)條件，增強(qiáng)工程預(yù)判，提高技術(shù)措施的針對(duì)性；

（3）合理放坡、適度加固，盡量做到土石方填挖平衡，減小征地和棄方；

（4）技術(shù)措施合理、實(shí)用可靠，施工方便、安全；

（5）積極采用成熟可靠、行之有效的邊坡整治技術(shù)；

（6）增強(qiáng)邊坡綠化，加固防護(hù)工程實(shí)用與美觀相結(jié)合，力求工程與環(huán)境協(xié)調(diào)，提高工程社會(huì)效益；

（7）體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，多在細(xì)部構(gòu)造上下功夫，以方便施工，同時(shí)有利于工程建成后的維護(hù)；

（8）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，信息化施工。

2.土質(zhì)邊坡防護(hù)形式

（1）種草。適合土質(zhì)疏松的邊坡，可以防止邊坡被侵蝕，還可以美化環(huán)境。土質(zhì)較堅(jiān)硬時(shí)，可以種植大本類(lèi)植物。

（2）草皮。作用與種草防護(hù)作用相差無(wú)幾。一般使用平鋪和疊鋪的形式。

（3）種樹(shù)。在坡腳或者臺(tái)階上栽植低矮的灌木。

（4）混凝土砌塊格防護(hù)。一般適合于坡角小于45°的邊坡，但在寒冷地區(qū)、土質(zhì)容易發(fā)生凍脹變形的地區(qū)不宜使用。

（5）漿砌片、塊石骨架護(hù)坡。一般適用于坡度較緩的穩(wěn)定邊坡，防止邊坡受到雨水的侵蝕，并保護(hù)格內(nèi)的植物不受雨水的打擊侵蝕。骨架類(lèi)型包括人字形、拱形、魚(yú)鱗形和方格形。

（6）護(hù)面墻。適用于土質(zhì)較差的邊坡。

（7）捶面。適用于容易遭受雨水沖擊的土質(zhì)邊坡。

（8）擋土墻。常見(jiàn)形式分為：重力式、懸臂式、豎向預(yù)應(yīng)力式等。

3.石質(zhì)邊坡防護(hù)形式

（1）抹面。一般用于表面容易風(fēng)化的巖石，但是尚比較完整且沒(méi)有剝落，比如頁(yè)巖、千枚巖等坡面。

（2）護(hù)面墻。一般用于挖方邊坡。分為實(shí)體式、窗孔式和拱式等形式。實(shí)體式又可以分為等截面和變截面兩種形式；窗孔式用于小于4∶3的邊坡；拱式適用于有完整上部巖層但是需要對(duì)上部進(jìn)行防護(hù)的邊坡。

（3）噴漿防護(hù)。一般用于容易風(fēng)化并且坡面不平滑完整的挖方邊坡，但是在寒冷、凍脹嚴(yán)重的地區(qū)不能使用。

4.防護(hù)新形式

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料新工藝的出現(xiàn)，人們對(duì)高等級(jí)公路路塹高邊坡的防護(hù)不僅采用工程防護(hù)，而且還加入了生物防護(hù)，不但提高了邊坡的穩(wěn)定性，而且還減少成本，縮短工程期限，美化環(huán)境和路容路貌。

（1）土質(zhì)邊坡防護(hù)新形式

①香根草綠籬。香根草適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、根系發(fā)達(dá)，是保持水土能力和恢復(fù)地力最理想的植被。

②土工格柵。土工格柵是連續(xù)壓縮聚乙烯材料的一種聚合物格網(wǎng)。材質(zhì)柔韌疏松、耐酸堿、耐腐蝕，有很大的彈性和強(qiáng)度，網(wǎng)孔可以容納土體。植被或草皮的覆蓋率高，抗水抗風(fēng)能力強(qiáng)。

③綠化加筋。綠化加筋指的是將灌木枝條分層埋在邊坡土壤中，形成加筋土?？梢猿蔀榕潘ǖ?，并且防止邊坡土移動(dòng)；

④防止溜坡。配合土工加筋材料，可以防止黏性土形成的邊坡滑坡的問(wèn)題。

（2）石質(zhì)邊坡防護(hù)新形式

①客土噴播。客土噴播集土壤學(xué)、植物學(xué)和生態(tài)學(xué)為一體，配制出適合特殊地質(zhì)生長(zhǎng)的客土和種子，然后利用掛網(wǎng)噴播技術(shù)噴播在邊坡表面，起到邊坡防護(hù)和綠化的作用。

②噴混植草。是指將混有草種子的有機(jī)混凝土噴在巖石邊坡表面上。適用于所有巖石邊坡表面，效果顯著。

③SNS柔性防護(hù)網(wǎng)。SNS是指以鋼絲繩網(wǎng)構(gòu)成的防治系統(tǒng)，分為主動(dòng)系統(tǒng)和被動(dòng)系統(tǒng)。

四、路塹高邊坡設(shè)計(jì)治理措施

1.邊坡坡形、坡率。結(jié)合近年來(lái)高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，高邊坡設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用臺(tái)階式邊坡，研究發(fā)現(xiàn)臺(tái)階邊坡可以比直線形邊坡具有更好的整體穩(wěn)定性，尤其當(dāng)坡率介1∶0.5～1∶1.0 之間時(shí)臺(tái)階作用較為有效。一般8m～12m一級(jí)，邊坡平臺(tái)一般寬2m，研究還發(fā)現(xiàn)處理高邊坡問(wèn)題時(shí)，可以在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺(tái)，將一個(gè)高邊坡化解為兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的邊坡段，因此對(duì)于高度較大的邊坡，如有卸載條件，常在坡體中部設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)8～20m的寬平臺(tái)，以減少坡腳應(yīng)力的集中發(fā)展，達(dá)到分解高大邊坡的設(shè)計(jì)目的，一般平臺(tái)寬5m 左右時(shí)效果較為明顯。

2.邊坡加固防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了減小人工雕琢痕跡盡量減少圬工工程，根據(jù)路塹邊坡的工程地質(zhì)條件，加固防護(hù)主要采用預(yù)應(yīng)力錨桿格子梁、錨桿格子梁、TBS植草和植草等方式，格子梁采用全部嵌入隱蔽的方式。一級(jí)邊坡：采用3排全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)8m，設(shè)計(jì)抗拔力為60kN；錨桿格子梁方形布置，間距3m×3.13m，格子梁尺寸為0.3m×0.3m；坡面采用TBS植草防護(hù)。二級(jí)邊坡：采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固，錨桿長(zhǎng)17m，錨固段長(zhǎng)6m，設(shè)計(jì)抗拔力250kN；格子梁方形布置，間距3m×4.24m，格子梁尺寸為0.4m×0.4m；坡面采用TBS植草防護(hù)。三級(jí)邊坡：采用3排全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)8m，設(shè)計(jì)抗拔力為60kN；錨桿格子梁方形布置，間距3m×3.54m，格子梁尺寸為0.3m×0.3m，坡面采用TBS植草防護(hù)。四級(jí)邊坡：坡面采用TBS植草防護(hù)。五級(jí)邊坡：坡面采用植草防護(hù)。

3.排水設(shè)計(jì)。水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素之一，許多高邊坡滑塌不穩(wěn)定事故大都是由水所引發(fā)，因而排水防水成為加固邊坡的一種措施，也是采用其它各類(lèi)加固措施時(shí)，都必須考慮的輔助措施。排水設(shè)計(jì)是路塹邊坡設(shè)計(jì)的重要組成部分，其主要分為坡體表面排水及坡體內(nèi)部排水。

（1）每級(jí)邊坡平臺(tái)上均需設(shè)置平臺(tái)截水溝。采用C20預(yù)制塊砌筑，厚0.19m。

（2）全段路塹頂部開(kāi)口線5m外設(shè)置塹頂截水溝，用于塹頂擋水及排除平臺(tái)截水溝匯水。采用C20預(yù)制塊砌筑，厚0.19m。

（3）第一級(jí)邊坡坡腳設(shè)置邊溝。

（4）應(yīng)根據(jù)邊坡級(jí)數(shù)每隔幾級(jí)邊坡合理設(shè)計(jì)一排斜孔排水，孔徑130mm，間距10m，孔深15m。

（5）第一級(jí)邊坡每隔6m設(shè)置一道支撐滲溝，滲溝下部設(shè)排水孔，排水孔采用PVC管，孔徑100mm。滲溝斷面采用矩形。支撐滲溝的排水層用干砌片石充填，施工時(shí)需用碎石或卵礫石填充其中孔隙，排水層與滲水的溝壁之間（兩側(cè)）及每級(jí)臺(tái)階后側(cè)需設(shè)置反濾層（兩側(cè)），反濾層采用砂礫石和卵礫石，各層厚0.15m，滲溝頂部采用M7.5漿砌片石。

五、結(jié)語(yǔ)

在公路建設(shè)中遇到的路塹高邊坡防護(hù)和治理問(wèn)題復(fù)雜突出，這對(duì)公路的建設(shè)質(zhì)量和日后使用時(shí)人民生命安全的影響都特別大，結(jié)合多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)高速公路路塹高邊坡設(shè)計(jì)和綜合治理有如下體會(huì)：

1.地勘工作是高速公路建設(shè)的基礎(chǔ)，項(xiàng)目所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的存在和演變，不僅控制著沿線山脈、水系的發(fā)育特點(diǎn)，而且決定著地層巖性的分布和各種物理地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育狀況，因此查明公路沿線的工程地質(zhì)條件，提供準(zhǔn)確的合乎要求的工程地質(zhì)材料，對(duì)于設(shè)計(jì)和后期的施工治理，具有重要的作用。

2.地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)以預(yù)防為主、防治結(jié)合。

3.加強(qiáng)高邊坡路段監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)重大不良地質(zhì)工點(diǎn)的變形、沉降、位移監(jiān)測(cè)，是保證邊坡在施工中的穩(wěn)定的關(guān)鍵。

4.地質(zhì)人員參加設(shè)計(jì)、配合后期施工很有必要。在參加設(shè)計(jì)和配合施工過(guò)程中，地質(zhì)人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，補(bǔ)充地質(zhì)資料，盡快解決施工中出現(xiàn)的各種地質(zhì)問(wèn)題，有利于變更設(shè)計(jì)，減少隱患，保證工程質(zhì)量。

5.對(duì)于重大疑難工點(diǎn)工程措施應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比選，以及對(duì)沿線邊坡整治與環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一性等組織專(zhuān)家會(huì)診。