某公路路塹高邊坡穩(wěn)定性分析及支護(hù)設(shè)計(jì)思考

楊光清 徐峰 李海平

摘 要：以某在建公路路塹高邊坡為例，結(jié)合工程地質(zhì)條件詳細(xì)分析路塹高邊坡潛在破壞模式，采用極限平衡分析法開(kāi)展邊坡開(kāi)挖前后不同工況條件穩(wěn)定性研究，采用綜合治理措施的設(shè)計(jì)思路，提出針對(duì)性的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案，可為類似路基邊坡設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深挖路塹;高邊坡;穩(wěn)定性分析;支護(hù)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著基礎(chǔ)交通設(shè)施的開(kāi)發(fā)建設(shè)，公路建設(shè)重心向山區(qū)轉(zhuǎn)移，在復(fù)雜的地形、地貌、水文和地質(zhì)條件下，公路無(wú)法避免的形成諸多高邊坡，這些高邊坡在建設(shè)中如果沒(méi)有采取合理設(shè)計(jì)、支擋，將在建設(shè)或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生大量病害[1-2]。為了提高公路路基邊坡穩(wěn)定，解除路塹高邊坡對(duì)公路的威脅，在開(kāi)展公路邊坡設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們需要詳細(xì)的調(diào)查邊坡所處的氣象水文、地形地貌、地層結(jié)構(gòu)等工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料，根據(jù)地質(zhì)資料建模進(jìn)行穩(wěn)定性分析，在保證路基邊坡穩(wěn)定的情況下結(jié)合環(huán)境保護(hù)的理念，選用合理的邊坡坡率及邊坡支擋形式。

1 工程概況與工程地質(zhì)環(huán)境

1.1 工程概況

某擬改擴(kuò)建公路采用雙向四車道一級(jí)公路、路基寬度20 m、設(shè)計(jì)車速60 km/h的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，K51+335～K51

+395段右側(cè)為土石二元介質(zhì)邊坡，路線通過(guò)該路段勢(shì)必形成路塹高邊坡，上覆碎石土層厚度11 m～12 m;其下為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，厚度13 m～13.5 m;下伏強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。原有公路運(yùn)營(yíng)多年，邊坡整體穩(wěn)定性良好，該路段既有公路邊坡裸露，主要問(wèn)題是風(fēng)化剝落和局部零星掉塊問(wèn)題，在雨季集中、連續(xù)降雨期間偶有局部滑塌和掉塊情況，邊坡及所在斜坡整體穩(wěn)定性良好，既有問(wèn)題多為坡面表層問(wèn)題。邊坡開(kāi)挖后，原有的平衡狀態(tài)被打破，邊坡存在類土質(zhì)圓弧滑動(dòng)破壞及土巖界面滑動(dòng)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 工程地質(zhì)環(huán)境

工區(qū)位于北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量571.7 mm，主要集中于7-9月份。場(chǎng)地地貌單元屬構(gòu)造剝蝕低山區(qū)，邊坡自然斜坡坡度約25°～75°，地形起伏較大;邊坡原地層主要為上覆碎石土（Qdl4），層厚度8 m～18 m，受地形條件控制，土層厚度變化較大;其下為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（∈m），厚度13 m～13.5 m;下伏強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（∈m）。

2 邊坡現(xiàn)狀-開(kāi)挖后穩(wěn)定性分析

2.1 工況選取及計(jì)算方法

（1）計(jì)算工況。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地理?xiàng)l件及周邊環(huán)境條件，選取以下兩種工況：

工況一：天然狀態(tài)+自重;

工況二：暴雨?duì)顟B(tài)+自重。

（2）安全系數(shù)選取。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ D30-2015）[3]規(guī)定：一級(jí)公路路塹邊坡的安全系數(shù)應(yīng)采用1.20～1.30;考慮多年暴雨的附加作用影響時(shí)，安全系數(shù)應(yīng)采用1.10～1.20。

根據(jù)上述規(guī)定，本次路塹邊坡在工況一安全系數(shù)取K=1.20;工況二安全系數(shù)取K=1.15。

（3）計(jì)算方法。目前用于計(jì)算邊坡穩(wěn)定性的方法可以大致分為3類：極限平衡分析法、數(shù)值分析法和概率法。而極限平衡法是目前用得最多、最為成熟的一種計(jì)算方法[4]。對(duì)折線形滑動(dòng)面采用基于極限平衡理論的不平衡推力法（隱式解法）進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力計(jì)算，對(duì)圓弧形滑動(dòng)面，采用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算[3]。本邊坡為土巖混合邊坡，邊坡破壞模式存在土巖界面滑移穩(wěn)定性問(wèn)題、松散土體和軟質(zhì)破碎巖體出現(xiàn)類土質(zhì)邊坡圓弧滑移破壞問(wèn)題、風(fēng)化剝落及土體溜滑問(wèn)題，故本邊坡穩(wěn)定性采用不平衡推力法（隱式解法）、簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行計(jì)算。

（4）巖土參數(shù)。在參考地質(zhì)成果報(bào)告基礎(chǔ)上，結(jié)合反演分析確定選用指標(biāo)：

2.2 邊坡現(xiàn)狀反演算分析

反演算采用類土質(zhì)邊坡圓弧滑動(dòng)破壞反演算分析及土巖界面穩(wěn)定性問(wèn)題邊坡反演算分析：

現(xiàn)狀坡面類土質(zhì)邊坡圓弧滑動(dòng)破壞驗(yàn)算：天然工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.053（基本穩(wěn)定狀態(tài)）;暴雨工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.046（欠穩(wěn)定狀態(tài)）。

現(xiàn)狀坡面土巖界面滑動(dòng)破壞驗(yàn)算：天然工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.284（穩(wěn)定狀態(tài)）;暴雨工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.217（穩(wěn)定狀態(tài)）。

該坡面現(xiàn)狀裸露，整體穩(wěn)定性良好，雨季集中期間偶有局部滑塌和掉塊情況，計(jì)算結(jié)果與邊坡現(xiàn)狀吻合，巖土參數(shù)選取合理。

2.3 邊坡支護(hù)方案初擬

邊坡形式一般有折線式和臺(tái)階式邊坡，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體路段邊坡的土體特性、地形、地貌、邊坡開(kāi)挖高度及是否存在不利滑動(dòng)面等因素[5]，采用不同形式坡率及防護(hù)形式。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，遵循對(duì)原坡面盡可能少的擾動(dòng)原則，擬定采用臺(tái)階式邊坡，第一級(jí)邊坡坡面垂直，采用抗滑樁支護(hù)，第二級(jí)及以上邊坡坡率1：0.75，采用錨索（桿）框架支護(hù)，每級(jí)邊坡坡高不超過(guò)10 m，坡腳碎落臺(tái)1.5 m，邊坡平臺(tái)2 m，結(jié)合坡面排水防護(hù)措施，邊坡最大高度達(dá)30 m。

穩(wěn)定性計(jì)算分析：

說(shuō)明：穩(wěn)定性系數(shù)<1，為不穩(wěn)定，1≤穩(wěn)定性系數(shù)<1.05，為欠穩(wěn)定，1.05≤穩(wěn)定性系數(shù)<安全系數(shù)，為基本穩(wěn)定，安全系數(shù)≤穩(wěn)定性系數(shù)，為穩(wěn)定[6]。

由上表知：

邊坡土巖界面滑動(dòng)破壞現(xiàn)狀：天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

開(kāi)挖后未支護(hù)：天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

邊坡類土質(zhì)圓弧滑動(dòng)破壞現(xiàn)狀：天然工況下為基本穩(wěn)定;暴雨工況下為欠穩(wěn)定。

開(kāi)挖后未支護(hù)：天然工況下為不穩(wěn)定;暴雨工況下為不穩(wěn)定。

開(kāi)挖后且支護(hù)：天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

通過(guò)對(duì)比分析得出，該邊坡未開(kāi)挖前，邊坡整體穩(wěn)定性較好，雨季集中季節(jié)局部會(huì)出現(xiàn)滑塌失穩(wěn)情況等坡面表層問(wèn)題;邊坡開(kāi)挖后，原有的平衡狀態(tài)被打破，邊坡穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，邊坡破壞模式為類土質(zhì)圓弧滑動(dòng)破壞，因此，通過(guò)對(duì)邊坡采取支擋防護(hù)加固，支護(hù)后邊坡穩(wěn)定性兩種工況下均滿足規(guī)范要求。

3 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)支擋位置滑坡推力水平分力2 341.8 kN/m，對(duì)該處支擋進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第一級(jí)邊坡設(shè)置錨拉樁板墻，坡高10 m，第二、三級(jí)邊坡采用1：0.75坡比放坡，坡高按10 m控制，第二級(jí)坡面采用錨索框架防護(hù)，第三級(jí)坡面采用錨桿框架防護(hù)，框架內(nèi)掛CF網(wǎng)植草防護(hù)，坡腳碎落臺(tái)1.5 m，邊坡平臺(tái)2 m，平臺(tái)及邊坡后緣設(shè)置截水溝;坡面輔以仰斜式排水孔的綜合治理措施。施工時(shí)嚴(yán)格遵循“逐級(jí)開(kāi)挖、逐級(jí)防護(hù)”原則，落實(shí)好施工期間的巡查監(jiān)控，如邊坡出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)通知業(yè)主、設(shè)計(jì)單位，共同商量對(duì)策，確保邊坡穩(wěn)定，施工安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際工程案例詳細(xì)解析路塹高邊坡設(shè)計(jì)過(guò)程，在地勘工作完成的基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性有了初步的認(rèn)識(shí)，判斷其可能出現(xiàn)的破壞類型，根據(jù)行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)方法進(jìn)行定量分析計(jì)算，最終得出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，得出以下結(jié)論：

（1）巖土參數(shù)的選取是邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算的根本，尤為重要，在參考地質(zhì)成果報(bào)告基礎(chǔ)上，結(jié)合反演分析復(fù)核確定選取巖土參數(shù)。

（2）由于巖土工程復(fù)雜性，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)多方面考慮，通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)的破壞模式，分別進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

（3）邊坡穩(wěn)定性受大氣降雨的影響非常大，“十滑九水”十次滑坡九次跟水有關(guān)。所以在支護(hù)設(shè)計(jì)中邊坡內(nèi)部、坡面排水不能忽略。

（4）邊坡形式、坡率及支護(hù)措施的選擇上，應(yīng)結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行、因地制宜的原則，本工程案例場(chǎng)區(qū)巖體受構(gòu)造影響，巖層產(chǎn)狀較亂，褶曲較為發(fā)育，巖體較為破碎，覆蓋層較厚，含有較多碎塊石分布，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能避免對(duì)原有坡面大面積擾動(dòng)，因此前期造價(jià)上成本較高，但是公路工程作為長(zhǎng)久營(yíng)運(yùn)工程，經(jīng)濟(jì)方面應(yīng)從全壽命經(jīng)濟(jì)方面考慮，提高建設(shè)成本，可以很大程度降低其運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，符合安全、經(jīng)濟(jì)合理原則。

參考文獻(xiàn)：

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[5]李學(xué)紅.高邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工淺析[J].福建建材，2013（7）：68-69.

[6]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.JTG/T3334-2018，公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社股份有限公司，2013.