動態(tài)設(shè)計(jì)在高速公路路塹高邊坡工程中的應(yīng)用

吳洪平

摘要：高速公路路塹高邊坡是一種人工開挖的永久性邊坡，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工程設(shè)計(jì)的含義，高速公路路塹高邊坡工程動態(tài)設(shè)計(jì)的流程以及具體案例分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：動態(tài)設(shè)計(jì)；高速公路；路塹高邊坡工程

引言：隨著人口的增長和土地資源的開發(fā)，邊坡問題己變成同地震和火山相并列的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害（源）之一。近年來，隨著人類工程活動規(guī)模的不斷擴(kuò)大和場區(qū)工程地質(zhì)條件的限制，因邊坡失穩(wěn)引起的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失，邊坡的穩(wěn)定性問題日益突出。而動態(tài)設(shè)計(jì)作為一種行之有效的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)該更多地應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的路塹高邊坡工程中。

一、高速公路路塹高邊坡工程設(shè)計(jì) 概述

規(guī)范一般認(rèn)為，巖質(zhì)邊坡高度大于30m，土質(zhì)邊坡高度大于20m即為高邊坡。由于地質(zhì)條件的隱蔽性、復(fù)雜性以及勘探測試條件的局限性，致使地質(zhì)勘探和測試資料不可能全面揭示邊坡的本來面貌，加上施工過程中的不確定因素過多，使得這類問題的力學(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)過程，并不能很好地適應(yīng)工程中出現(xiàn)的各種情況，有時會大大增加投資，甚至?xí)l(fā)生安全事故，造成人員傷亡和極壞的社會影響。而這正是目前很多設(shè)計(jì)人員在邊坡設(shè)計(jì)時所采用的方法，其缺陷是明顯的。路塹邊坡的穩(wěn)定性，與設(shè)計(jì)是否合理，所采用的施工方法有著密切的關(guān)系。設(shè)計(jì)是否合理，與所采用的工程措施能否與工程地質(zhì)條件相適應(yīng)有關(guān)。另一方面，在施工中運(yùn)用各種手段收集有關(guān)地質(zhì)及施工工藝等相關(guān)資料，對保證邊坡的穩(wěn)定十分重要。

二、高速公路路塹高邊坡工程動態(tài)設(shè)計(jì)的流程

高邊坡是將地質(zhì)體的一部分改造成為人工工程，其安全穩(wěn)定性同地質(zhì)條件和人為改造（即設(shè)計(jì)與施工）的程度密切相關(guān)，而地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，施工程序和方法受外界因素影響大，甚至地質(zhì)資料不足，盲目性設(shè)計(jì)，因此高邊坡設(shè)計(jì)是一種超前的、具有一定風(fēng)險性的預(yù)測設(shè)計(jì)。這就同人們所要求的安全穩(wěn)定之間不可避免地產(chǎn)生矛盾，為解決矛盾就需要把施工過程中不斷發(fā)現(xiàn)的新情況及時傳遞給設(shè)計(jì)，不斷修改、完善甚至重新設(shè)計(jì)，才使對立的問題統(tǒng)一起來，即動態(tài)設(shè)計(jì)。

在各級邊坡的施工中，將所有匯總資料及時地同最近作為設(shè)計(jì)依據(jù)的地質(zhì)勘探調(diào)查資料相比較，判斷是否有較大的誤差；同時，及時整理分析監(jiān)測資料，以此作為判斷合理性的重要依據(jù)。經(jīng)過比較或監(jiān)測結(jié)果表明設(shè)計(jì)具有不合理性時，均應(yīng)優(yōu)化修改設(shè)計(jì)，于是在下一級的邊坡施工中就可以采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)果；若本級邊坡施工中的情況比較理想，則按預(yù)定設(shè)計(jì)進(jìn)入下一級邊坡的施工，直到各級邊坡施工完成。

三、案例分析

1、工程概況

某高速公路路塹高邊坡工程預(yù)設(shè)計(jì)采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺方案開挖4級，坡高34m，采用普通防護(hù)；邊坡開挖3級以后，地質(zhì)復(fù)核發(fā)現(xiàn)邊坡工程地質(zhì)條件存在較明顯差異.故調(diào)整設(shè)計(jì)方案，增加防護(hù)加固工程；后因持續(xù)暴雨沖擊，已基本開挖完成的坡體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，滑體前緣反翹剪出口距坡腳最遠(yuǎn)約20m，如圖1所示。由于該邊坡設(shè)計(jì)為較典型邊坡破壞案例，其分析和治理涵蓋了巖質(zhì)路塹高邊坡動態(tài)設(shè)計(jì)的主要流程和方法。

2、邊坡工程設(shè)計(jì)

（1）工程地質(zhì)基礎(chǔ)

該邊坡場區(qū)屬低山丘陵地貌，場地內(nèi)及附近未發(fā)現(xiàn)有對邊坡穩(wěn)定性有影響的斷裂構(gòu)造，設(shè)計(jì)高速公路側(cè)切一圓形山包以深挖路塹通過，最大中心挖方深度約26m，線路走向3390。該工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料如下：

①該場區(qū)地形地貌和地質(zhì)條件可以滿足路塹邊坡工程開挖的設(shè)計(jì)要求；

②該邊坡場區(qū)未見控制性斷裂構(gòu)造通過；

③邊坡主體物質(zhì)構(gòu)成為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，覆蓋層較薄48m；

④邊坡下伏弱風(fēng)化基巖頂面在坡腳附近出露，順坡向傾角約300，易形成控制性底界；

⑤層面傾向與邊坡傾向基本垂直，對邊坡穩(wěn)定性影響較小；

⑥邊坡地下水位較高；

⑦邊坡挖深較大，開挖卸荷松弛效應(yīng)較為突出，應(yīng)加強(qiáng)動態(tài)設(shè)計(jì)；

⑧該邊坡工程類型應(yīng)劃分為節(jié)理巖石邊坡。

（2）坡形坡率設(shè)計(jì)

邊坡坡形坡率設(shè)計(jì)是在工程地質(zhì)勘察和邊坡工程分類的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)邊坡總體坡形坡率，以保證施工期在臨時防護(hù)或預(yù)加固等措施條件下的坡體臨時穩(wěn)定，以及防護(hù)加固后邊坡的永久穩(wěn)定，一般包含坡形設(shè)計(jì)和坡率設(shè)計(jì)。

路塹邊坡坡形設(shè)計(jì)包括邊坡總體形態(tài)設(shè)計(jì)和坡級平臺設(shè)計(jì)。由于路塹邊坡坡體地層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)體現(xiàn)自上而下逐漸增高的特征，故邊坡總體形態(tài)一般設(shè)計(jì)外凸形邊坡較為普遍。研究發(fā)現(xiàn)臺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)坡率介于1：0.5--1：1.0之間時臺階作用較為有效。因此，在確保單級臺階邊坡穩(wěn)定的情況下，宜設(shè)計(jì)成臺階狀邊坡以提高邊坡的總體穩(wěn)定度。研究還發(fā)現(xiàn)處理高邊坡問題時，可以在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺，將一個高邊坡化解為兩個以上相對獨(dú)立的邊坡段，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，一般平臺寬5m左右時效果較為明顯。

對于該高邊坡來說，由于該邊坡地形地貌條件可以滿足緩坡刷方條件，且緩坡刷方并未急劇增加邊坡設(shè)計(jì)高度，而且處于隧道洞口的特殊位置，因此優(yōu)先采用緩坡刷方方案，并考慮在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺，以達(dá)到分解高大邊坡，提高坡體穩(wěn)定性的目的。

綜上分析，對該邊坡設(shè)計(jì)總體坡率為1：1.0，分4級開挖，頂級坡殘積土層放緩為1 ： I .25 ；級間除第2級頂設(shè)計(jì)4m寬平臺外，其余平臺均設(shè)計(jì)為2m寬。

（3）邊坡穩(wěn)定性分析

為了確定該邊坡防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)方案，需要對其進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算該邊坡經(jīng)4級開挖后穩(wěn)定系數(shù)為1.65 ，屬穩(wěn)定邊坡。

（4）防護(hù)加固工程對策

根據(jù)上述邊坡開挖卸荷特征和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為該邊坡可以采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺處理的方案達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。因此該邊坡預(yù)設(shè)計(jì)方案采用普通防護(hù)措施，即各級邊坡設(shè)計(jì)坡率及防護(hù)加固工程措施為：第一級1：1.0，孔窗式護(hù)面墻；第二級1：1.0，鍍鋅網(wǎng)TBS植草，設(shè)置4m寬平臺；第三級1：1.0，三維網(wǎng)植草；第四級1：1.25，噴播植草。另外，鑒于該邊坡地下水位相對較高，故在邊坡第一級YK201+840--+960段設(shè)置間距5m的排水平孔，孔深15m，上仰角8-150。

四、結(jié)束語

動態(tài)設(shè)計(jì)在高速公路路塹高邊坡工程中的應(yīng)用為工程的穩(wěn)定施工和安全施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，在高速公路路塹高邊坡工程的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極探索和研究動態(tài)設(shè)計(jì)方案，為路塹高邊坡工程設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)自己的力量。

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