王　浩　林一夫　梁　濤　廖小平　泮　俊　汪劭祎

(①福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院資源與城鄉(xiāng)建設(shè)系　福州　350116)

(②中國公路工程咨詢集團有限公司中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司　北京　100195)

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福建山區(qū)高速公路路塹高邊坡風(fēng)險分級方法研究*

王浩①林一夫①梁濤①廖小平①泮?、谕糅康t②

(①福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院資源與城鄉(xiāng)建設(shè)系福州350116)

(②中國公路工程咨詢集團有限公司中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司北京100195)

為實現(xiàn)路塹高邊坡設(shè)計階段風(fēng)險分級，合理安排資金投入及控制邊坡工程風(fēng)險，基于邊坡工程地質(zhì)分析原理、工程實踐經(jīng)驗總結(jié)及反饋分析，從地形條件、地質(zhì)條件、氣象水文及其他因素等方面構(gòu)建了4類16個路塹邊坡工程風(fēng)險因子評價指標(biāo)體系，明確各評價指標(biāo)的內(nèi)涵及意義，并確定其風(fēng)險評分標(biāo)準(zhǔn)。以龍巖雙永高速公路永定段71個高邊坡為對象，依據(jù)各工點設(shè)計階段的勘察及測設(shè)成果，確定相應(yīng)風(fēng)險指標(biāo)的評估值，采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，將這71個邊坡分選為4個不同的風(fēng)險等級，并提出相應(yīng)的風(fēng)險防控對策，最終建立一種實用的路塹高邊坡設(shè)計階段風(fēng)險分級方法。依據(jù)全線挖方最高的K227滑坡風(fēng)險評價過程，例證了該風(fēng)險分級方法的可行性和合理性；引入兩處風(fēng)險控制失敗的低矮邊坡實例，從反面佐證了該方法的科學(xué)性和有效性，表明其在避免遴選疏漏方面具有明顯優(yōu)勢。本文研究成果得到了施工實際情況的很好印證，使永定段成為雙永高速公路全線邊坡問題最復(fù)雜，但是在施工期和運營期邊坡風(fēng)險控制最好的區(qū)段。

路塹邊坡設(shè)計階段風(fēng)險分級風(fēng)險評估層次分析法

0　引　言

路塹高邊坡工程的風(fēng)險評估及管理是當(dāng)前山區(qū)高速公路設(shè)計建造過程中遭遇的主要難題之一。由于山區(qū)高速公路屬線狀工程，路塹高邊坡工點眾多、分布零散、特征各異，很難參照建筑邊坡投入足夠多的勘察工作量作詳細勘察。因此，路塹高邊坡的設(shè)計是基于有限地質(zhì)資料的預(yù)測設(shè)計和風(fēng)險設(shè)計。

福建省自2000年啟動山區(qū)高速公路建設(shè)以來，曾專門成立路塹高邊坡動態(tài)設(shè)計組，遴選30m以上的路塹高邊坡做特殊設(shè)計并編制設(shè)計專冊，這種模式在實踐中取得成功。但是，回顧作者十幾年來參與高邊坡設(shè)計咨詢和技術(shù)審查的經(jīng)歷，我省幾乎每條山區(qū)高速公路都曾出現(xiàn)施工圖設(shè)計專冊之外的工點成為“漏網(wǎng)之魚”，在施工過程或運營養(yǎng)護時產(chǎn)生邊坡病害。這些工點有的是遴選疏漏，有的是挖方很少的低矮邊坡，也有的是少量挖方觸發(fā)的老滑坡復(fù)活。顯然，采用30m高度標(biāo)準(zhǔn)一刀切，難免對特殊條件下的邊坡工程風(fēng)險估計不足。如何利用設(shè)計階段的有限工程地質(zhì)信息，對區(qū)段內(nèi)眾多的邊坡對象進行風(fēng)險分析及風(fēng)險等級劃分，以避免疏漏、合理分配資金及人力、對重點邊坡開展動態(tài)跟蹤，對于控制邊坡設(shè)計、施工及運營等全壽命周期內(nèi)的工程風(fēng)險具有現(xiàn)實意義與實用價值。

近年來，國內(nèi)外對邊坡和滑坡的風(fēng)險研究日益重視，取得一系列研究進展與成果。2005年溫哥華滑坡風(fēng)險管理國際會議提出的滑坡風(fēng)險評估與管理理論框架和2008年國際滑坡與工程邊坡聯(lián)合技術(shù)委員會(JTC1)發(fā)布的滑坡易發(fā)性、危險性及風(fēng)險區(qū)劃指南(Fell et al.，2005，2008)體現(xiàn)了當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的主流做法。近年來，國內(nèi)學(xué)者沿用并發(fā)展了上述思路，在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估及區(qū)劃領(lǐng)域取得了不少進展(石菊松等，2009；喬建平等，2010；胡瑞林等，2013)。在公路和鐵路等線狀工程建設(shè)中的邊坡風(fēng)險管理方面，美國交通部的公路崩塌落石風(fēng)險分級系統(tǒng)(Rock Fall Hazard Rating System，簡稱RHRS)得到不斷應(yīng)用、改進和拓展(Pierson et al.，1993；Vandewate et al.，2005)；類似研究還有加拿大國家鐵路公司的邊坡危險性評價系統(tǒng)(RHRA Rating System)(Hungr et al.，2003)、澳大利亞公路部門應(yīng)用的RTA Guide to Slope Risk Analysis(Stewart et al.，2002)和菲律賓的大碧瑤地區(qū)滑坡防災(zāi)管理的Landslide Risk Rating System(Saldivar-sali et al.，2007)。國內(nèi)學(xué)者引入德爾菲法、模糊分析法和層次分析法等理論，嘗試建立各類公路邊坡風(fēng)險評估指標(biāo)體系，在依托工程項目的風(fēng)險管理過程中得到了成功應(yīng)用(張雷等，2007；張勇慧等，2010；何海鷹等，2012，蘇天明等，2012)。

然而，類似于JTC1提出的滑坡風(fēng)險管理理論框架對風(fēng)險評估的技術(shù)細節(jié)描述較簡單，在具體應(yīng)用過程中不可避免的碰到困難。首先，邊坡風(fēng)險評估面臨的就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取難題，而對于邊坡零散分布的公路、鐵路等線狀工程建設(shè)則體現(xiàn)更為明顯。其次，普適性的風(fēng)險評估指標(biāo)體系顯然難于適應(yīng)區(qū)域邊坡工程實踐的需要，而顯得針對性不強，需要像RHRS系統(tǒng)那樣結(jié)合研究區(qū)的邊坡工程地質(zhì)特征和實踐經(jīng)驗總結(jié)不斷改進。另外，當(dāng)前的研究成果大多集中在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃和公路邊坡運營階段的養(yǎng)護管理方面，對設(shè)計階段的邊坡風(fēng)險分析卻鮮有論述，更缺乏設(shè)計、施工和運營階段延續(xù)性的邊坡風(fēng)險管理理念。

本文結(jié)合作者在福建地區(qū)長期從事邊坡穩(wěn)定性評價的經(jīng)驗，以龍巖雙永高速公路沿線71個高邊坡為依托，以設(shè)計階段獲取的有限資料為基礎(chǔ)，強調(diào)該區(qū)域高邊坡的工程地質(zhì)特征，遴選并優(yōu)化風(fēng)險評價指標(biāo)，采用層次分析法，建立風(fēng)險評價模型，開展路塹高邊坡設(shè)計階段風(fēng)險分級研究，依托工程實踐應(yīng)用，對研究成果進行了檢驗，提出一種公路設(shè)計階段邊坡風(fēng)險分級的分析和評估方法，為區(qū)域邊坡風(fēng)險防控提供依據(jù)。

1　路塹高邊坡風(fēng)險分級理論與方法

1.1路塹高邊坡風(fēng)險分級的層次分析法

層次分析法(簡稱AHP)是由Saaty教授在20世紀(jì)70年代提出的一種多準(zhǔn)則決策方法，其將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案等層次，并引入數(shù)學(xué)檢驗，深入分析各因素間的內(nèi)在聯(lián)系，對項目規(guī)劃目標(biāo)開展定性與定量相結(jié)合的分析與決策。路塹高邊坡的規(guī)劃建設(shè)也是一個系統(tǒng)的工程地質(zhì)分析與決策問題，邊坡穩(wěn)定性受地質(zhì)因素和工程因素等諸多因素影響，難以用定量的數(shù)據(jù)描述其穩(wěn)定性，而采用層次分析法可以對相關(guān)的風(fēng)險因素重要性進行評價，并結(jié)合專家對風(fēng)險因素的評估值，來區(qū)分邊坡的風(fēng)險程度，是當(dāng)前邊坡風(fēng)險評估工作的理論基礎(chǔ)，按照這一技術(shù)框架的思路，可制定風(fēng)險分級流程(圖1)。

圖1　風(fēng)險分級流程圖Fig.1　Flow chart of risk classification

1.2邊坡設(shè)計階段風(fēng)險管理的特點

路塹高邊坡按照其規(guī)劃建設(shè)過程，大致可劃分為勘察設(shè)計、施工建造和運營維護3個典型階段，不同階段風(fēng)險管理的對象特征、信息來源和工作目標(biāo)有很大的不同。按照國際公認的聯(lián)合國人道主義事務(wù)部(UNDHA)提出的風(fēng)險概念標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語，風(fēng)險R(Risk)可以表達為危險性H(Hazard)和易損性V(Vulnerability)的乘積，即R=H·V；近年來的研究又引入了易發(fā)性(Susceptibility)的概念。在路塹邊坡設(shè)計階段的評估指標(biāo)體系構(gòu)建過程中，既包含了易發(fā)性關(guān)注的地質(zhì)環(huán)境條件指標(biāo)，也包含了基于工程邊坡設(shè)計方案對其危險性的分析評價，還涉及了邊坡周邊人或物等承災(zāi)體的易損性的預(yù)測。

應(yīng)該強調(diào)，設(shè)計階段的邊坡風(fēng)險分級較通常所說的邊坡危險性分析評價有較大的概念延伸，是在易發(fā)性評估的基礎(chǔ)上，考慮承災(zāi)體的易損性特征，對擬提交施工的邊坡設(shè)計方案在施工和運營階段可能遭遇的危險性進行綜合預(yù)測，并評定相應(yīng)的風(fēng)險等級。由于設(shè)計方案的可變性，其風(fēng)險分級具有一定的虛擬性和預(yù)測性，與施工階段和運營階段實際邊坡的風(fēng)險評估有一定的差異。

另一方面，由于公路設(shè)計階段資料的有限性和設(shè)計工作的時效性，要區(qū)分易發(fā)性、危險性和易損性三者的關(guān)系，逐類構(gòu)建風(fēng)險評價指標(biāo)體系存在較大的困難。但是，綜合考慮這三者的影響機制，針對信息源特點，構(gòu)建具有可操作性或可評價性，層次合理而邏輯清楚的風(fēng)險評價指標(biāo)體系，體現(xiàn)風(fēng)險管理的科學(xué)性則是十分必要的。

1.3風(fēng)險評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文提出的風(fēng)險評價指標(biāo)體系，源于邊坡工程地質(zhì)分析研究、規(guī)范有據(jù)可查的各類指標(biāo)分類標(biāo)準(zhǔn)，以及福建地區(qū)10余年來的10條高速公路600多例高邊坡設(shè)計跟蹤的經(jīng)驗積累。指標(biāo)取值依據(jù)和權(quán)重評判也在多條高速公路動態(tài)設(shè)計和信息化施工過程中進行檢驗、修正和完善；其取值方案基本符合福建地區(qū)邊坡工程特點，并體現(xiàn)了我省自2000年以來公路邊坡工程研究的成果，突出了福建丘陵山地邊坡工程規(guī)模、巨厚風(fēng)化殼邊坡分類方案、植被覆蓋特征和降雨成因機制等區(qū)域特色，在我省公路設(shè)計階段快速分選不同危險程度的邊坡對象，為確定工程對策、施工監(jiān)控及資金投入等后續(xù)工作提供參考，實現(xiàn)了在設(shè)計階段對邊坡風(fēng)險合理分級。

因此，根據(jù)影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素及該路段工程實際條件，建立一套簡單、實用的評價指標(biāo)體系(圖2)。圖中，上層為目標(biāo)層，中間層、下層為評價指標(biāo)體系層。其中，中層分為4類指標(biāo)，每類中層指標(biāo)又各包含4個子指標(biāo)，歸為下層指標(biāo)，涵蓋了邊坡主要風(fēng)險因子。

圖2　風(fēng)險分級指標(biāo)體系Fig.2　Risk classification index system

路塹高邊坡的地形條件是指工程開挖形成的邊坡幾何形態(tài)及地形陡緩特征，決定了邊坡體積規(guī)模及開挖擾動程度，主要包含以下4個指標(biāo)：

(1)開挖高度：從自然地形標(biāo)高開挖至路基高程形成路塹邊坡的相對高度，也即坡肩與坡腳間的相對高差；一般邊坡越高，邊坡穩(wěn)定性越差。

(2)開挖寬度：挖方邊坡寬度及其立面過渡形態(tài)，一般以兩側(cè)落地或溝谷為界；一般開挖越寬，對自然山體的擾動越大，邊坡穩(wěn)定性越差。

(3)開挖坡度：開挖邊坡表面的陡緩程度或坡角大小，包含總體坡度、過渡特征及臺階分布形態(tài)；一般開挖越陡，邊坡穩(wěn)定性越差。

(4)坡頂?shù)匦危和诜竭吰碌钠录缰磷匀簧狡缕马敻卟罘秶鷥?nèi)斜坡的地形陡緩及地貌特征；一般坡頂?shù)匦卧蕉福吰路€(wěn)定性越差。

路塹高邊坡的地質(zhì)條件是指工程開挖表面及其變形影響區(qū)內(nèi)巖土力學(xué)性質(zhì)及其地質(zhì)環(huán)境背景，主要包含以下4個指標(biāo)：

(5)巖土地質(zhì)成因：邊坡巖土體的地質(zhì)成因背景；一般而言，火成巖的巖土力學(xué)性質(zhì)較好，沉積巖的巖土力學(xué)性質(zhì)較差。

(6)巖土堅硬程度：巖土體的堅硬程度與強度特征；一般硬巖強度最高，軟土則強度極低。

(7)地質(zhì)構(gòu)造條件：一般指節(jié)理、褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造作用發(fā)育情況，以及層面等控制性弱面在邊坡巖土體的出露條件。

(8)邊坡巖土結(jié)構(gòu)：邊坡各巖土地層的物質(zhì)構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)組合條件，一般指邊坡土體的物質(zhì)構(gòu)成和層序排列，或邊坡巖體的結(jié)構(gòu)類型。

路塹高邊坡的氣象水文條件是指邊坡場區(qū)降雨條件和坡體內(nèi)水文地質(zhì)條件，是工程滑坡的主要誘發(fā)因素之一，主要包含以下4個指標(biāo)：

(9)降雨及地表匯水條件：邊坡場區(qū)的降雨條件及地表匯水特征，一般依據(jù)降雨強度及挖方塹頂自然山坡匯水面積的大小綜合評價。

(10)植被覆蓋及地表徑流條件：邊坡表面植被分布稀疏及生長狀況，以及邊坡地表徑流條件和坡面排水系統(tǒng)的完善程度。

(11)巖土滲透條件：邊坡場區(qū)因為各巖土層密實度、節(jié)理裂隙分布及各層位的空間組合關(guān)系差異而表現(xiàn)出不同的吸水、隔水及滲透能力。

(12)地下水位高度：邊坡體內(nèi)地下水賦存及水位變幅條件，一般以地下水位埋深與邊坡開挖高度之比hw/h來表示(圖3)。

圖3　地下水位高度評價示意圖Fig.3　Diagram to evaluate ground water table

路塹高邊坡的風(fēng)險分析還需涵蓋偶遇的特殊地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象、抗震設(shè)防等級和周邊人、物等承災(zāi)體的易損性特征，各指標(biāo)含義如下：

(13)不良地質(zhì)現(xiàn)象：指邊坡場區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況。

(14)抗震設(shè)防烈度：邊坡場區(qū)發(fā)生地震的可能性、抗震設(shè)防烈度的差異及邊坡支護結(jié)構(gòu)抗震能力的不同要求。

(15)鄰近構(gòu)筑物條件：指邊坡開挖影響范圍內(nèi)建筑物和構(gòu)筑物的分布情況，及其荷載條件、變形控制要求、安全防護等級等情況。

(16)人類活動頻繁程度：邊坡場區(qū)的人居環(huán)境、車流量等人類生活生產(chǎn)條件，及其對邊坡開挖、爆破等工程活動的限制條件。

1.4風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重計算

依據(jù)AHP法分級原則，基于權(quán)威專家打分、數(shù)學(xué)檢驗、實踐驗證和調(diào)整優(yōu)化，考慮各指標(biāo)單獨作用的效果大小，比較各層因子的作用機制的影響權(quán)重，最終形成一個表征各因子相互作用程度的判斷矩陣M。參照作者類似研究工作(王浩等，2014)，以地形條件指標(biāo)為例，得判斷矩陣(表1)。

表1　指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣

Table 1　Judgment matrix of index weight

評價指標(biāo)開挖高度開挖寬度開挖坡度后山形態(tài)開挖高度1312開挖寬度1/311/31/2開挖坡度1312后山形態(tài)1/221/21

計算步驟為：

(2)計算最大特征值：

表2　修正值RI

Table 2　Correction value RI

階數(shù)123456789RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.45

1.5風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險指標(biāo)的評分值是邊坡相對安全狀況的反映，然而由于風(fēng)險指標(biāo)的內(nèi)容、取值范圍、量綱不盡相同，故需對各指標(biāo)進行無量綱處理，通過數(shù)學(xué)手段將性質(zhì)、量綱各異的指標(biāo)值轉(zhuǎn)化為一個可以綜合評價的相對數(shù)。本文將每個指標(biāo)分為3～7個等級，對不同指標(biāo)的特征狀態(tài)賦值，越危險賦值越高，賦予分值范圍為0～100(表3)。

1.6風(fēng)險分級及其防控對策

根據(jù)邊坡對應(yīng)指標(biāo)所屬特征狀態(tài)評估值U，并與每個指標(biāo)的權(quán)值W相乘，得出最后評價結(jié)果R。即，R=U·W，并進行邊坡風(fēng)險分級(表4)。

需要指出的是，Saaty提出層次分析法的意圖是解決資源分配、管理和沖突分析中的矛盾；而層次分析法計算得到的風(fēng)險值R是在特定分級體系和評分標(biāo)準(zhǔn)下獲得的風(fēng)險評判相對值，需要按照評價目標(biāo)及工作的需要設(shè)定一個基本合理的風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)，才能實現(xiàn)風(fēng)險等級的劃分。因此，雖然風(fēng)險分級評估值采用較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)檢驗方法，綜合考慮了邊坡工程地質(zhì)分析評價的成果，具有相當(dāng)?shù)脑u價精度和客觀性；但是，風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)就像邊坡設(shè)計安全系數(shù)的設(shè)定一樣，也具有一定主觀性，需要根據(jù)項目業(yè)主或公眾等群體對風(fēng)險的接受程度，以及評價人員的經(jīng)驗積累及實踐檢驗綜合評判。

結(jié)合福建地區(qū)的工作經(jīng)驗，按照計算風(fēng)險值R的大小確定表4所示4個風(fēng)險等級，并根據(jù)路塹邊坡的工程目的和設(shè)計要求，對應(yīng)其風(fēng)險等級也分級設(shè)定了邊坡風(fēng)險防控對策。

一級風(fēng)險邊坡主要采用坡率法、普通防護及排水工程。針對于穩(wěn)定的邊坡工程，僅需要采用坡率法控制其整體穩(wěn)定，對邊坡淺表層變形破壞采取工程防護或排水措施，以圬工防護、噴錨防護和植被護坡技術(shù)為主。

二級風(fēng)險邊坡采用普通防護為主，輔以少量支擋加固措施。針對于基本穩(wěn)定的邊坡，以普通防護及排水工程為主，布置少量的支擋加固工程對邊坡坡腳、坡體中部或地層突變位置等可能潛在局部變形破壞的部位實施預(yù)加固，即可保證邊坡穩(wěn)定；一般以坡腳小型支擋，或低噸位錨固注漿措施為主。

三級風(fēng)險邊坡采用支擋加固為主，輔以普通防護措施。針對于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定但體積規(guī)模較小的邊坡工程，采用一定工程規(guī)模并合理設(shè)計和施工的常規(guī)支擋或錨固工程，可以控制邊坡風(fēng)險；一般以中型擋墻或中等噸位錨索等措施為主。

四級風(fēng)險邊坡采用特殊支擋加固并重點跟蹤監(jiān)測及設(shè)計優(yōu)化。針對于穩(wěn)定性極差的特殊邊坡工程，需深入分析其基本性質(zhì)、病害成因，潛在變形規(guī)模及發(fā)展趨勢，采用特殊設(shè)計的支擋結(jié)構(gòu)，并輔以防護、排水等措施綜合治理；還需對其施工工序及安全監(jiān)測進行總體布局，并實施動態(tài)設(shè)計調(diào)整、信息化施工及施工過程安全性監(jiān)測評估。相應(yīng)采取的工程治理措施一般有特殊設(shè)計的大型擋墻、抗滑樁工程和高噸位預(yù)應(yīng)力錨固工程等。

表3　路塹高邊坡風(fēng)險因子評價標(biāo)準(zhǔn)

Table 3　Risk factor evaluation standard of high cutting slope

指標(biāo)特征狀態(tài)評分指標(biāo)特征狀態(tài)評分開挖坡高(A1)A1≤30m30邊坡巖土結(jié)構(gòu)(B4)風(fēng)化土邊坡603050m100碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡60開挖寬度(A2)A2≤50m25層狀結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡8050150m100降雨強度中等,挖方坡頂有少量面積匯水區(qū)70開挖坡度(A3)A3≤35°30降雨強度高,挖方坡頂有大面積匯水區(qū)1003565°100坡面裸露,地表徑流條件較差,坡面排水不暢100坡頂?shù)匦?A4)反坡25巖土滲透條件(C3)巖土密實、基巖不透水或透水極好40平坡50巖土層過渡均勻,滲透系數(shù)較大60緩坡80巖土層間雜隔水層,滲透系數(shù)較小80陡坡100巖體松散且下伏隔水層100地質(zhì)成因(B1)火成巖30地下水位高度(C4)地下水位低,C4≤-1/430沉積巖90地下水位較低,-1/41/2100巖土堅硬程度(B2)硬巖20不良地質(zhì)現(xiàn)象(D1)無不良地質(zhì)現(xiàn)象30軟巖40局部見崩塌落石、滑坡、泥石流等70極軟巖60崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害變形體或堆積體100硬土80抗震設(shè)防烈度(D2)D2≤6°,基本地震加速度a=0.05g40軟土100D2=7°,基本地震加速度a=0.10g60地質(zhì)構(gòu)造條件(B3)巖層反傾;基本無構(gòu)造發(fā)育,未見明顯地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象30 D2=7°,基本地震加速度a=0.15g80 D2≥8°,基本地震加速度a=0.20g100巖層斜交;構(gòu)造發(fā)育一般,存在局部小型斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造70鄰近構(gòu)筑物條件(D3)鄰近區(qū)無構(gòu)筑物,對邊坡工程無影響30鄰近區(qū)有構(gòu)筑物,但不是重要構(gòu)筑物或影響輕微60巖層順傾;構(gòu)造極其發(fā)育,存在控制性順坡斷層或構(gòu)造帶100鄰近區(qū)有重要構(gòu)筑物,對邊坡工程影響顯著100人類活動頻繁程度(D4)人流或車流量稀少,無開挖、爆破擾動30邊坡巖土結(jié)構(gòu)(B4)崩滑流堆積土邊坡100人流或車流量一般,偶見開挖、爆破擾動70坡殘積土邊坡80人流或車流量大,開挖、爆破擾動頻繁100

2　實例應(yīng)用與檢驗

2.1工程實例

以雙永高速公路K227+635～+745段左側(cè)路塹高邊坡(簡稱K227滑坡)為例，闡述風(fēng)險指標(biāo)評估及風(fēng)險分級過程。該邊坡概況如下：①開挖高度約90m，開挖寬度152m，總體坡度40.5°，后山為陡坡地形；②坡體為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細砂巖間隔沉積，經(jīng)風(fēng)化破碎且含軟弱夾層的軟巖及其土狀風(fēng)化殼構(gòu)成，露頭見壓扭性構(gòu)造破碎帶；③該地區(qū)降雨充沛，年降雨量1400～1800mm，地表徑流及地下排水條件差，地下水位線略高于坡腳，并與坡腳溪流有水力聯(lián)系；④該路段未見大型不良地質(zhì)現(xiàn)象，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，基本地震加速度值為0.05g，鄰近有橋梁隧道重要構(gòu)筑物，爆破擾動影響較明顯。

將上述特征提取后與表3的指標(biāo)體系對照，得該邊坡風(fēng)險評估值如表5中1號邊坡所示。將上述評估數(shù)據(jù)處理，引入公式R=U·W，計算得該邊坡風(fēng)險值為80.4，為項目全線危險性評分最高的路塹邊坡，評定為四級風(fēng)險等級。該路塹邊坡工程加固方案經(jīng)過了反復(fù)論證和特殊設(shè)計，最終在9級坡面滿布或交錯布置錨固工程，并布設(shè)坡腳擋墻及監(jiān)測工程，提出施工控制要求，力求防控施工過程風(fēng)險。

在施工時，總共11級邊坡的上部10級坡面在3個月之內(nèi)完成快速開挖。由于高陡邊坡開挖卸荷作用及坡腳局部切斷其力學(xué)支撐，在尚未形成有效防護加固工程措施的情況下，由于持續(xù)半個月的降雨誘發(fā)形成約20×104m3的中型路塹滑坡，最終形成福建省內(nèi)挖方最高，約140m的超高路塹邊坡，采用兩排錨索抗滑樁及多級錨固工程，歷時兩年完成病害治理。

表4　風(fēng)險分級及風(fēng)險防控對策

Table 4　Risk classification and prevention-control countermeasures

風(fēng)險等級分級標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險防控對策一級R<50坡率法、普通防護及排水工程二級5075特殊支擋加固,重點監(jiān)測及設(shè)計優(yōu)化

表5　風(fēng)險指標(biāo)評估表

Table 5　Risk indexes assessment values

指標(biāo)開挖坡高開挖寬度開挖坡度坡頂?shù)匦螜?quán)重0.19590.06080.19590.10531號邊坡100100601002號邊坡3010060803號邊坡301006080指標(biāo)地質(zhì)成因巖土堅硬程度地質(zhì)構(gòu)造邊坡巖土結(jié)構(gòu)權(quán)重0.01680.09750.03770.09751號邊坡9060100802號邊坡3080100603號邊坡901007060指標(biāo)降雨及匯水條件植被覆蓋及地表徑流條件巖土滲透條件地下水位高度權(quán)重0.02590.01160.00560.05331號邊坡706080602號邊坡10060801003號邊坡1006080100指標(biāo)不良地質(zhì)現(xiàn)象抗震設(shè)防烈度鄰近構(gòu)筑物條件人類活動頻繁程度權(quán)重0.05430.01140.02540.00531號邊坡70401001002號邊坡1006030703號邊坡100603070

2.2檢驗與討論

為進一步校驗該風(fēng)險分級方法的有效性，采用該方法對福建省近年來在施工時產(chǎn)生病害的兩個低矮路塹邊坡工點進行校核，其評估指標(biāo)(表5)，并分別討論如下：

2號邊坡為南廈高速公路某路塹邊坡(王浩等，2014)，緩坡開挖三級，主體為全風(fēng)化花崗巖，采用植草防護。該邊坡是福建地區(qū)廣泛分布的花崗巖類土質(zhì)邊坡，且開挖規(guī)模及采用的防護方案也十分常見。按照常規(guī)的工程經(jīng)驗類比，該邊坡是穩(wěn)定的，但施工過程中卻難以成坡，多次坍塌變形，說明需要對該邊坡開展進一步的風(fēng)險評估研究。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該邊坡典型特征有：①開挖高度25m，開挖寬度280m，開挖坡角38°，坡頂為縱深約300m的平緩坡地；②坡體為全風(fēng)化花崗巖及其坡殘積層，為硬土，坡頂平緩坡地末端疑似為與線路平行走向的斷層形成陡峭的山脊線，屬風(fēng)化土邊坡；③塹頂陡緩坡地形成大范圍匯水面積，自然坡地植被覆蓋良好，但開挖后土質(zhì)松散，地表徑流不暢，并在開挖坡面形成細密且可見的滲透出水，地下水位很高；④該邊坡場地見多處局部坍塌變形，抗震設(shè)防烈度D2=7°，基本地震加速度a=0.10g，場地附近為茶園，鄰近區(qū)無構(gòu)筑物，人流或車流量一般。

按照本文提出的方法對2號邊坡進行風(fēng)險評價，其風(fēng)險值較高，為66.4，屬三級風(fēng)險等級，應(yīng)采取中型擋墻或中等噸位錨索等措施以防控風(fēng)險。

3號邊坡為漳州沈海復(fù)線高速公路某路塹邊坡，主體為凝灰質(zhì)砂巖，原設(shè)計為三級緩坡刷方，采用植草防護。邊坡開挖后，在距塹頂50m處產(chǎn)生裂縫，并發(fā)展成為滑坡，最終不得不采用抗滑樁及錨索工程進行治理。該邊坡的病害特征體現(xiàn)為福建地區(qū)較典型的沉積巖風(fēng)化殼的順層工程滑坡，也是工程中容易忽視，但危害嚴(yán)重的邊坡類型。現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示其特征有：①開挖高度26m，開挖寬度200m，開挖坡角37°，坡頂果園為縱深150m的平緩坡地；②坡體主要為凝灰質(zhì)砂巖坡殘積層，為軟土，開挖面見凝灰質(zhì)砂巖局部順傾，屬風(fēng)化土邊坡；③塹頂緩坡有較大匯水面積，由于柚子園的耕種，地表徑流不暢，補充勘察揭示地下水位很高；④該邊坡場地前緣省道開挖見多處小型滑坡，抗震設(shè)防烈度D2=7°，基本地震加速度a=0.10g，場地上部為柚子園，下部為省道，鄰近區(qū)無構(gòu)筑物，人流或車流量一般。

按照本文提出的方法對3號邊坡進行風(fēng)險評價，其風(fēng)險值為68.2，屬三級風(fēng)險等級，應(yīng)采取中型擋墻或中等噸位錨索等措施以防控風(fēng)險。

上述兩個工點，由于邊坡相對較矮，地層簡單，故均未遴選作路塹高邊坡專項設(shè)計，缺乏詳細的地質(zhì)調(diào)查和針對性的風(fēng)險評價，在施工遭遇滑坡后，多次變更設(shè)計，甚至采用了抗滑樁、錨索、注漿鋼錨管等多種措施才治理成功。若采用本文提出的風(fēng)險分級方法，則均體現(xiàn)其具有相當(dāng)?shù)墓こ田L(fēng)險，評價結(jié)果與實際邊坡風(fēng)險狀況較為吻合，證實該方法可靠度較高，能避免危險邊坡工點遴選中的疏漏。

2.3風(fēng)險分級成果應(yīng)用

沿用上述思路和方法，對龍巖雙永高速公路永定段的71個高邊坡進行風(fēng)險分級評價，并將邊坡風(fēng)險分級成果統(tǒng)計如圖4所示：

圖4　風(fēng)險分級結(jié)果餅狀圖Fig.4　The pie chart of risk classification result

經(jīng)統(tǒng)計分析并結(jié)合該段路塹邊坡施工及運營的反饋情況綜合來看：

全部71個路塹高邊坡工點中，5個邊坡風(fēng)險等級為一級。總結(jié)其類型均為高度略高于30m，刷方塹頂?shù)匦畏雌?，未見不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件較簡單的路塹邊坡。因此，對該類邊坡采用坡率法結(jié)合普通防護工程處理，實際跟蹤也未發(fā)現(xiàn)邊坡病害。

22個邊坡風(fēng)險等級為二級?？偨Y(jié)其共性特征有：邊坡地形較平緩，高度一般不超過40m，巖性以花崗巖為主，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)較簡單，通常采用坡腳半擋墻支擋，結(jié)合單級坡面間隔或滿布錨固措施可保證邊坡穩(wěn)定。

40個邊坡風(fēng)險等級為三級。這些邊坡一般高度超過40m，地形條件較困難，有較大的體積規(guī)模，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)較復(fù)雜，或存在局部不良地質(zhì)現(xiàn)象等情況。一般需要采用較強和較多的支擋加固及排水措施綜合處理。

4個邊坡風(fēng)險等級為四級。這些邊坡均為復(fù)雜地形地質(zhì)條件下開挖的超高邊坡，以沉積軟巖或巨厚層花崗巖土質(zhì)風(fēng)化殼為主，且施工過程安全性較突出，應(yīng)對支擋加固結(jié)構(gòu)及其施工順序進行特殊設(shè)計，結(jié)合動態(tài)監(jiān)測、信息化施工及動態(tài)反饋設(shè)計來確保工程安全。

基于上述風(fēng)險分級研究，并采取針對性的風(fēng)險防控對策，雙永高速公路永定段在施工過程中僅5個邊坡出現(xiàn)設(shè)計變更，其中有3個工點是由于開挖地形不符、邊坡高度大幅增加而不得不調(diào)整方案。

因此，基于AHP的邊坡工程風(fēng)險分級研究及應(yīng)用，在設(shè)計階段較準(zhǔn)確反映了各個邊坡的風(fēng)險狀態(tài)，通過施工及運營階段持續(xù)跟蹤及校驗，也驗證了該風(fēng)險評價方法的有效性。永定段是雙永高速公路全線邊坡問題最復(fù)雜的路段，但由于應(yīng)用了本文提出的風(fēng)險分級方法，使其成為施工期和運營期邊坡風(fēng)險控制最好的區(qū)段。

3　結(jié)　論

本文融合邊坡工程地質(zhì)分析研究和層次分析法，將邊坡工程風(fēng)險分級引入山區(qū)高速公路復(fù)雜路塹高邊坡設(shè)計過程，根據(jù)工程經(jīng)驗和實際調(diào)查綜合考慮各種風(fēng)險指標(biāo)對邊坡穩(wěn)定性的影響，較為準(zhǔn)確和全面的分析了邊坡穩(wěn)定性，實施了邊坡風(fēng)險等級劃分，并提出相應(yīng)的風(fēng)險防控措施，對于提高邊坡工程設(shè)計的風(fēng)險預(yù)測水平及風(fēng)險應(yīng)對能力具有重要的現(xiàn)實意義。本文研究的主要工作有：

(1)基于邊坡工程地質(zhì)分析原理及實踐經(jīng)驗積累，從地形條件、地質(zhì)條件、氣象水文及其他因素等方面構(gòu)建了4類16個路塹邊坡工程風(fēng)險因子評價指標(biāo)體系，并明確各指標(biāo)的意義。

(2)在長期而廣泛的邊坡穩(wěn)定性評價工程實踐基礎(chǔ)上，結(jié)合福建省邊坡工程區(qū)域特點，就上述16個風(fēng)險因子的典型特征確定其風(fēng)險因子評分標(biāo)準(zhǔn)。

(3)采用層次分析法，對雙永高速公路永定段71個路塹高邊坡進行設(shè)計階段風(fēng)險等級劃分，并與施工實際相互印證，較好的控制了邊坡工程施工風(fēng)險，取得成功。

(4)基于兩例邊坡風(fēng)險控制失敗的低矮邊坡調(diào)查及反饋分析，對本文提出的基于AHP的路塹高邊坡風(fēng)險分級方法進行檢驗，證明其合理性、有效性，在避免危險邊坡遴選的疏漏方面優(yōu)勢明顯。

本文提出的風(fēng)險分析指標(biāo)體系及其評分標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險估算方法及分級標(biāo)準(zhǔn)是基于作者在福建地區(qū)邊坡工程實踐基礎(chǔ)上提出的，實踐證明在本地區(qū)是適用的。若將其應(yīng)用于其他地區(qū)或行業(yè)時，由于對象特征差異，可能需要遵循以下原則進行必要的調(diào)整：風(fēng)險分級指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)能涵蓋影響本地區(qū)邊坡穩(wěn)定性影響的控制因素，并凸顯區(qū)域性典型邊坡病害類型；風(fēng)險因子評價標(biāo)準(zhǔn)中的各項評分值應(yīng)能體現(xiàn)邊坡病害致災(zāi)因子的作用機理及其敏感性，以實現(xiàn)對不同風(fēng)險等級的有效區(qū)分；風(fēng)險評定結(jié)果及等級劃分依據(jù)應(yīng)進行一定數(shù)量的工程實踐檢驗及反饋修正，以保證評價結(jié)果具有相對的準(zhǔn)確性。雖然個體評價結(jié)果仍不可避免的具有一定的模糊性，但由于分級的目的是進行不同風(fēng)險等級的估算及分組遴選，相信同樣具有應(yīng)用價值。

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RISK CLASSIFICATION METHOD FOR HIGH CUT SLOPES OF HIGHWAY IN MOUNTAINS OF FUJIAN PROVINCE

WANG Hao①LIN Yifu①LIANG Tao①LIAO Xiaoping①PAN Jun②WANG Shaoyi②

(①College of Environment and Resources，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou350116)

(②China Highway Engineering Consulting Corporation，Zhong Zi Hua Ke Traffic Construction Technology Co.，Ltd.，Beijing100195)

This paper aims to research risk classification for high cut slope during design stage，arrange project investment reasonably and control risk in slope engineering.The classification is based on analysis principles of slope engineering geology and correlative experience summary or feedback analysis，through the analysis of terrain conditions，geological conditions，meteorology and hydrology，and other factors.As a result，the evaluation index system of risk factors for the cut slope is built.It then clears the significance of each evaluation index and determines its risk rating criteria.The system is applied to the risk evaluation of the 71 high slopes along Shuangyong Expressway in Yongding Country.A risk classification method of high cutting slopes during design stage is established.Firstly，an assessment value of each factor is determined according to the survey and design results.Secondly，using analytical hierarchy process，the weights of factors are calculated.Thirdly，4 different risk classes are divided and the relative countermeasures are proposed to prevent and control risk.Furthermore，the system is applied to evaluation of the K227 landslide and other two low failed slopes.The result shows that this risk classification method is reasonable and feasible，and has evident advantage of avoiding omissions for selecting dangerous slopes.The findings demonstrate this highway is the best section of risk control in construction process and operation period although it has the most complex slopes along the whole highway．

Cut slope，Design stage，Risk classification，Risk assessment，Analytical hierarchy process

10.13544/j.cnki.jeg.2016.04.002

2015-04-30;

2015-09-25.

國家自然科學(xué)基金(41002127)，福建省自然科學(xué)基金(2013J01159)，交通運輸部建設(shè)科技項目(201331849A130)，福建省交通運輸科技發(fā)展項目(201242)資助.

王浩(1978-)，男，博士，副教授，從事工程地質(zhì)與巖土工程方面的研究.Email：h_wang@126.com

U416.1+3；U416.1+4

A