屈海軍

（海南儒藝交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司，海南 海口 570206）

高速公路的高邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

屈海軍

（海南儒藝交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司，海南 海口 570206）

高邊坡穩(wěn)定與設(shè)計(jì)是高速公路工程建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，探討了高邊坡穩(wěn)定的因素，通過(guò)對(duì)邊坡破壞型式確定其驗(yàn)算方法，并結(jié)合某工程案例對(duì)邊坡穩(wěn)定性判別和防護(hù)設(shè)計(jì)方法做出了案例解析，期望為類似高速公路的高邊坡設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和加固方法提供參考。

高速公路；高邊坡設(shè)計(jì)；穩(wěn)定影響因素；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

0　引言

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也迅猛發(fā)展，國(guó)家高速公路路網(wǎng)體系逐漸完善。在高速公路大發(fā)展背景下，高速公路的建設(shè)等級(jí)和建設(shè)要求也越來(lái)越高，相當(dāng)部分高速公路都會(huì)面臨復(fù)雜的地形和地質(zhì)環(huán)境，這給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，其中，高邊坡就是高速公路建設(shè)中面臨的普遍難題［1］。

高邊坡一般指公路建設(shè)中，路基兩邊的土質(zhì)邊坡高度大于20m或者巖質(zhì)邊坡高度大于30 m的邊坡，由于過(guò)大的坡度和高度，給高速公路的施工和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)普遍性的安全隱患，特別是在突發(fā)荷載（如地震、泥石流等）作用下，高邊坡的穩(wěn)定性備受關(guān)注。我國(guó)諸多地震和泥石流事件中，就出現(xiàn)高速公路邊坡失穩(wěn)破壞，造成道路淹埋和破壞的狀況。因而，在高速公路的高邊坡設(shè)計(jì)中，需要對(duì)其穩(wěn)定性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并基于評(píng)價(jià)結(jié)果給出應(yīng)對(duì)策略和加固方法，保障高速公路的使用安全性和長(zhǎng)期性［2，3］。

本文將首先分析高速公路高邊坡穩(wěn)定性的主要影響，并確定高邊坡設(shè)計(jì)的基本方法，基于高邊坡可能的穩(wěn)定性破壞模式給出設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法，最終結(jié)合工程案例進(jìn)行解析，為類似高速公路的高邊坡設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和加固方法提供參考。

1　高速公路高邊坡穩(wěn)定影響因素

高速公路高邊坡的穩(wěn)定受巖土特性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水特征、邊坡設(shè)計(jì)特征和施工工法等因素影響，這些是高度耦合的復(fù)雜影響因素。

1.1巖土特性

巖土的基本特性是高邊坡穩(wěn)定的基本因素。對(duì)于土質(zhì)邊坡而言，土體的粘聚力和摩擦角等基本參數(shù)決定了土體的自然邊坡角度，如果邊坡的坡度大于這個(gè)角度，則很難保證土體的穩(wěn)定性，一旦受到擾動(dòng)就會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞；而且，不同性質(zhì)的土體，其土質(zhì)參數(shù)的穩(wěn)定性也顯著差異，例如砂土在雨水作用下，如若沒(méi)有其他穩(wěn)固措施很容易產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，造成邊坡破壞。對(duì)于巖質(zhì)邊坡，則巖石的強(qiáng)度、裂縫發(fā)展、軟弱巖層的存在等均極大控制邊坡穩(wěn)定，在環(huán)境荷載作用下，往往是最弱的巖石連接界面開(kāi)展裂紋增長(zhǎng)，最終引發(fā)失穩(wěn)破壞。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

邊坡的地質(zhì)構(gòu)造是邊坡穩(wěn)定性的原始因素，例如場(chǎng)地區(qū)域是否存在地震可能，抗震設(shè)防等級(jí)多大，是否有巖溶區(qū)域，巖石是否風(fēng)化嚴(yán)重等，這些地質(zhì)構(gòu)造顯然與邊坡穩(wěn)定高度相關(guān)。此外，對(duì)于巖質(zhì)邊坡，巖石的節(jié)理特性、順層還是逆層邊坡等，也是決定邊坡失穩(wěn)破壞模式的關(guān)鍵因素。

1.3地下水特征

地下水的存在影響巖土的基本物理特性，因而對(duì)邊坡穩(wěn)定影響很大。隨著地下水位的變化，巖土的剪切力和法向力在變化，相應(yīng)的最弱破壞面也在不斷地變化，如果邊坡中某些微裂縫存在，則地下水的存在嚴(yán)重削弱結(jié)構(gòu)抗力，并形成靜水壓力增加裂縫的開(kāi)展。如若天氣變冷，裂縫中的水尚未排出，則水分的凍結(jié)會(huì)導(dǎo)致裂縫的膨脹，造成邊坡失穩(wěn)。

1.4邊坡設(shè)計(jì)特征

邊坡的設(shè)計(jì)是影響穩(wěn)定的外在因素，由于對(duì)高邊坡穩(wěn)定性把握的不足，設(shè)計(jì)中邊坡高度、邊坡支護(hù)形式和坡度等，如若超出巖土所能接受的范圍，則很容易引發(fā)失穩(wěn)問(wèn)題。

1.5施工工法

高速公路建設(shè)中施工工法和順序也是影響高邊坡穩(wěn)定的重要外在因素，開(kāi)挖過(guò)程中所采用的爆破手段和爆破順序，決定了這種施工方法對(duì)原有巖土的擾動(dòng)，設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這個(gè)影響因素，將主體道路的施工對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響降至最低。

2　高速公路高邊坡設(shè)計(jì)方法

高速公路高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)以不產(chǎn)生穩(wěn)定破壞為原則，不對(duì)高速公路主體結(jié)構(gòu)形成安全威脅，同時(shí)也不需對(duì)高邊坡防護(hù)過(guò)大投入，整體保證邊坡的穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)不超過(guò)道路主體的設(shè)計(jì)等級(jí)?；谏鲜鲋笇?dǎo)，開(kāi)展高邊坡設(shè)計(jì)的基本原則，同時(shí)對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性能進(jìn)行安全驗(yàn)算和防護(hù)設(shè)計(jì)，保證高邊坡的穩(wěn)定性能。

2.1高邊坡設(shè)計(jì)原則

（1）高邊坡的設(shè)計(jì)與防護(hù)應(yīng)該與周圍環(huán)境進(jìn)行協(xié)調(diào)，減少對(duì)環(huán)境的破壞，并增加植物、草被等綠色防護(hù)方法，形成生態(tài)環(huán)保的高速公路。

（2）高邊坡的設(shè)計(jì)與邊坡防護(hù)應(yīng)該采用防治結(jié)合和綜合治理方法，爭(zhēng)取一次性解決邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，不留安全隱患，防護(hù)加固按照永久性工程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和施工開(kāi)挖的情況，確定合理和經(jīng)濟(jì)的施工方法和邊坡防護(hù)方法。

2.2高邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算

高邊坡的穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)該結(jié)合實(shí)際邊坡可能的破壞模式，結(jié)合我國(guó)規(guī)范《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22：90）和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）的驗(yàn)算方法，進(jìn)行安全性分析。表1給出了巖土邊坡在不同巖土特性下的可能破壞模式和破壞特征，圖1給出了各種典型破壞模式的基本圖示，可知：順層滑動(dòng)和圓弧滑動(dòng)是主要破壞模式，這兩種破壞模式的驗(yàn)算也最難，其他破壞模式很容易檢查推算。

在確定了上述巖土邊坡的破壞模式后，就可以根據(jù)規(guī)范方法分別采用圓弧滑動(dòng)計(jì)算、平面滑動(dòng)計(jì)算、折線滑動(dòng)破壞計(jì)算、潰屈和崩塌強(qiáng)度驗(yàn)算等方法進(jìn)行安全性復(fù)核。

表1　不同巖土特性下的破壞模式和破壞特征

圖1　巖土邊坡的典型破壞模式

2.3高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

驗(yàn)算完高邊坡的穩(wěn)定性后，需要根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性的邊坡防護(hù)加固設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)方法包含如下幾種：

（1）表層防護(hù)加固設(shè)計(jì)。大部分高邊坡存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，但這種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率偏小，因而需要進(jìn)行一些表層防護(hù)措施。表層防護(hù)主要是對(duì)表層巖土風(fēng)化剝落、局部掉塊、雨水排放等問(wèn)題。例如采用植物、植草等方法，通過(guò)植物的根系發(fā)育固結(jié)土壤，防止水土流失引起的邊坡失穩(wěn)；采用砌體封閉、掛網(wǎng)噴錨、混凝土噴射等手段，將邊坡連接成整體，防止表層巖土的風(fēng)化、吹落和坍落等病害，阻斷表層病害向邊坡內(nèi)部的演化；采用邊坡截水方法，將雨水進(jìn)行有效排除，防止表層雨水滲入邊坡內(nèi)部對(duì)巖土特性造成影響。

（2）深層邊坡加固設(shè)計(jì)。如果高邊坡的驗(yàn)算不能滿足要求，或者高邊坡存在嚴(yán)重不良地質(zhì)構(gòu)造，或者地下水系發(fā)達(dá)對(duì)邊坡穩(wěn)定影響很大，則需要采用加固方法保證邊坡的穩(wěn)定。加固技術(shù)根據(jù)所處理的程度可分為中淺層加固和深層加固，中淺層加固方法有土釘加固和錨桿加固；深層加固有注漿加固、錨索加固和管樁加固等，另外還需要進(jìn)行排水設(shè)計(jì)，減少地下水系發(fā)達(dá)對(duì)高邊坡穩(wěn)定性的影響。

3　工程案例解析

某高速公路沿線經(jīng)過(guò)復(fù)雜地形地段，高速公路的建設(shè)過(guò)程有超過(guò)20處的高度大于20 m的高邊坡，其中最大的高邊坡達(dá)到25 m，全線包含硬質(zhì)巖區(qū)和軟質(zhì)巖區(qū)兩大類，硬質(zhì)巖區(qū)的第一級(jí)邊坡坡度在1:0.1～1:0.3之間，并逐級(jí)變緩；軟質(zhì)巖區(qū)第一級(jí)邊坡坡度在1:0.5～1:0.75之間，并逐級(jí)變緩。該區(qū)域的地層巖性包含第四紀(jì)層、泥盆系、一二疊系和志留系等，部分區(qū)域巖性很差，需要對(duì)這類高邊坡的穩(wěn)定進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，并給出邊坡防滑加固方法。

設(shè)計(jì)中對(duì)全線高邊坡進(jìn)行了工程地質(zhì)勘查和檢查，確定邊坡穩(wěn)定的主要影響因素是邊坡巖性、巖石破碎狀況和巖層角度、高度和方向，并在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上確定本地區(qū)高邊坡的主要破壞模式是順層滑動(dòng)、傾倒破壞、崩落、切層滑動(dòng)和鍥形體滑動(dòng)等。高邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果和防護(hù)設(shè)計(jì)策略見(jiàn)表2。

表2　工程案例的高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和防護(hù)設(shè)計(jì)

4　結(jié)論

論文分析了高速公路高邊坡穩(wěn)定的影響因素，并探討了高邊坡設(shè)計(jì)方法，包含設(shè)計(jì)的總體原則、高邊坡穩(wěn)定破壞的型式和穩(wěn)定驗(yàn)算方法以及邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方法，最后結(jié)合某一高速公路高邊坡設(shè)計(jì)的工程案例，分析了穩(wěn)定驗(yàn)算內(nèi)容和防護(hù)設(shè)計(jì)策略。確保高邊坡穩(wěn)定，對(duì)于高速公路的運(yùn)營(yíng)安全和長(zhǎng)期使用具有重要意義。

［1］李林峰，葉建廷.道路邊坡防護(hù)綜述［J］.華東公路，2010（2）:49-51.

［2］歐小祥，韓紅桂，賀威.某高速公路邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)［J］.公路工程，2009，34（1）:120-124.

［3］張波，吳銀亮，邱宏閣.滬蓉西高速公路高邊坡設(shè)計(jì)思路［J］.華東公路，2008（6）:7-10.

U417.2

A

1009-7716（2016）09-0108-03

2016-04-28

屈海軍（1984-），男，湖南衡陽(yáng)人，工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。