鄒國(guó)慶， 潘世強(qiáng)

(1.湖南省平益高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司， 湖南 岳陽(yáng) 414499；2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

隨著山區(qū)高速公路發(fā)展，不可避免地出現(xiàn)大量深挖路塹。因路塹邊坡開(kāi)挖，破壞了原有應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞，不僅影響工期進(jìn)度，還可能造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。為加強(qiáng)高速公路路塹高邊坡施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的管控，預(yù)防和規(guī)避路塹邊坡工程可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)事件，近年來(lái)不少研究機(jī)構(gòu)和研究人員對(duì)高邊坡工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)開(kāi)展了一系列研究工作。基于此，交通運(yùn)輸部組織編制了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》(下稱《指南》)[4]。葉咸等[5]以云南某高速公路邊坡為例，演繹邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的詳細(xì)過(guò)程，采用GeoStuido軟件模擬分析邊坡穩(wěn)定性，驗(yàn)證了評(píng)估結(jié)果的可靠性。涂圣文等[6]針對(duì)高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中存在模糊性與隨機(jī)性的特點(diǎn)，基于處理不確定信息的云模型理論，提出一種基于改進(jìn) CRITIC法與云模型相結(jié)合的高速公路路塹高邊坡工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。但無(wú)論采用什么評(píng)估方法，基本都借鑒了《指南》中專家調(diào)查評(píng)估法或指標(biāo)體系法。而《指南》對(duì)邊坡評(píng)價(jià)指標(biāo)中的權(quán)重系數(shù)計(jì)算方法尚有較多待商榷之處，基于此，本文提出了考慮地質(zhì)分類的高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以期達(dá)到減少評(píng)估主觀因素影響、提高評(píng)估精度的目的。

1 考慮地質(zhì)分類法的邊坡總體評(píng)估方法

1.1 指標(biāo)體系法邊坡評(píng)估基本原理

《指南》推薦采用指標(biāo)體系法或?qū)＜艺{(diào)查評(píng)估法。指標(biāo)體系法以其實(shí)操性強(qiáng)的特點(diǎn)受到評(píng)估工程師信任,其計(jì)算公式如下:

(1)

式中：γ為權(quán)重系數(shù)；n為評(píng)估指標(biāo)(重要指標(biāo))項(xiàng)數(shù)；m為重要性排序號(hào)，m≤n。

在確定好權(quán)重系數(shù)后，對(duì)評(píng)估指標(biāo)的5大類11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行逐一評(píng)分并與相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘后進(jìn)行累加，即可獲得該邊坡的評(píng)估分值。

1.2 指標(biāo)體系法權(quán)重系數(shù)的計(jì)算方法

傳統(tǒng)邊坡安全評(píng)估是單一地對(duì)邊坡指標(biāo)中的5大類11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行排序，排序后即確定了每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。但是不同的評(píng)估工程師對(duì)指標(biāo)的重要性認(rèn)識(shí)程度不一，結(jié)果受主觀因素影響較大，甚至出現(xiàn)排序出現(xiàn)嚴(yán)重偏差的技術(shù)問(wèn)題，以致評(píng)估結(jié)果的失真。

本文提出一種基于地質(zhì)分類方法的權(quán)重系數(shù)計(jì)算方法，可有效提高評(píng)估效率和評(píng)估精度。具體評(píng)估方法見(jiàn)圖1，通過(guò)此方法對(duì)邊坡評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行智能排序，可有效減少人為因素對(duì)邊坡評(píng)估的干擾，同時(shí)可提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 基于地質(zhì)分析的指標(biāo)體系法邊坡評(píng)估分類圖

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，單純的土質(zhì)邊坡以及巖質(zhì)邊坡較少，大部分邊坡為巖土混合二元坡。為便于實(shí)際工程應(yīng)用，在此做如下規(guī)定：土層厚度(含全風(fēng)化層)超過(guò)邊坡總高度3/5的邊坡為土質(zhì)邊坡；土層厚度(含全風(fēng)化層)小于邊坡總高度1/5的邊坡為巖質(zhì)邊坡；土層厚度(含全風(fēng)化層)介于邊坡總高度1/5～3/5區(qū)間的邊坡為二元坡。

評(píng)估指標(biāo)的重要性排序決定了其權(quán)重系數(shù)的高低。根據(jù)《指南》4.4.1條規(guī)定“風(fēng)險(xiǎn)大小=事故發(fā)生可能性×事故后果嚴(yán)重程度,×表示事故發(fā)生可能性和事故后果嚴(yán)重程度的組合”可以看出，影響邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的兩個(gè)重要因素是邊坡規(guī)模和失穩(wěn)的可能性。由此判斷，邊坡高度決定了事故后果的嚴(yán)重程度，而水文地質(zhì)條件決定了邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)的可能性大小。因此無(wú)論如何，邊坡高度和水文地質(zhì)特性必須優(yōu)先考慮。

根據(jù)二級(jí)分類情況，對(duì)典型的7種邊坡評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了地質(zhì)分析。受篇幅限制，本文僅對(duì)如下2類邊坡進(jìn)行論述。

1.2.1紅黏土邊坡以及膨脹土邊坡

紅黏土邊坡以及膨脹土邊坡影響較大的3個(gè)參數(shù)分別為地下水、坡高、坡形坡率。本文結(jié)合前期科研成果及工程經(jīng)驗(yàn)判定，推薦紅黏土邊坡以及膨脹土邊坡指標(biāo)排序和權(quán)重系數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 紅黏土邊坡以及膨脹土邊權(quán)重系數(shù)推薦表序號(hào)項(xiàng)目權(quán)重系數(shù)γ1 地下水X230.173 62 邊坡高度X110.157 03 坡形坡率X120.140 54 地層巖性X210.124 05 坡體結(jié)構(gòu)X220.107 46 施工季節(jié)X310.090 97 自然災(zāi)害的影響X320.074 48 周邊環(huán)境X420.057 99 工程措施類型X410.041 310 地質(zhì)資料X510.024 811 設(shè)計(jì)文件X520.008 3

1.2.2節(jié)理影響較大的巖質(zhì)邊坡

該類邊坡主要包含如下巖性：花崗巖、玄武巖、灰?guī)r、砂巖等。由工程實(shí)踐分析，坡體結(jié)構(gòu)、邊坡高度、坡形坡率以及地下水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。該類邊坡推薦的權(quán)重系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 節(jié)理影響較大的巖質(zhì)邊坡權(quán)重系數(shù)推薦表序號(hào)項(xiàng)目權(quán)重系數(shù)γ1 坡體結(jié)構(gòu)X220.173 62 邊坡高度X110.157 03 坡形坡率X120.140 54 地下水X230.124 05 地層巖性X210.107 46 施工季節(jié)X310.090 97 自然災(zāi)害的影響X320.074 48 周邊環(huán)境X420.057 99 工程措施類型X410.041 310 地質(zhì)資料X510.024 811 設(shè)計(jì)文件X520.008 3

2 工程項(xiàng)目分析

2.1 工程概況

湖南省平伍高速K29+920～K30+180右邊坡，最大挖高30.4m，長(zhǎng)度260m，坡向151°。該路塹段屬低山地貌，地形起伏較大，山體自然邊坡約為10°～30°。地層巖性：表層為粉質(zhì)黏土,黃褐色，堅(jiān)硬狀，含砂礫石，厚度1.0m；中部為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，紅褐色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，巖質(zhì)軟，厚度13.4m；下部為中風(fēng)化礫巖，紅褐色，厚層狀構(gòu)造，砂礫質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較破碎，巖質(zhì)較軟。巖層產(chǎn)狀115∠24°，不利節(jié)理面180∠35°，對(duì)右側(cè)邊坡穩(wěn)定不利。邊坡及巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影與設(shè)計(jì)典型橫斷面見(jiàn)圖2、圖3。

從圖2、圖3可以看出，坡體主要為強(qiáng)風(fēng)化順層砂礫巖，且兩組不利結(jié)構(gòu)面的組合會(huì)形成楔形滑動(dòng)體，這對(duì)邊坡的穩(wěn)定極為不利。

圖2 邊坡及巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

圖3 K29+280典型橫斷面邊坡設(shè)計(jì)(單位： cm)

2.2 邊坡總體安全評(píng)估

基于地質(zhì)分析指標(biāo)體系法的邊坡評(píng)估分類方法，該邊坡屬于節(jié)理影響較大巖質(zhì)邊坡。其評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)按照表2計(jì)算，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表3。由總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算公式F=∑Xij，求得該高邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)值為40.83，根據(jù)總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得出結(jié)論：該邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，中度風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)評(píng)估方法一般是將地層巖性排在第一位，其次是邊坡高度。本文按“地層巖性、邊坡高度、坡形坡率、地下水、坡體結(jié)構(gòu)、工程類型措施、施工季節(jié)、自然災(zāi)害的影響、周邊環(huán)境、地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件”排序，即將地層巖性以及坡體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)調(diào)，其評(píng)估分值F=37.5，雖然邊坡風(fēng)險(xiǎn)仍然屬于Ⅱ級(jí)，中度風(fēng)險(xiǎn)，但其評(píng)價(jià)分值相對(duì)偏低。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

該邊坡于2020年5月進(jìn)行開(kāi)挖，邊坡開(kāi)挖后，邊坡不利結(jié)構(gòu)面受降雨影響，在7月份發(fā)生淺層垮塌，但邊坡整體高度不大，并未造成較大的工程損失，充分驗(yàn)證了評(píng)估方法的可靠性。

表3 K29+920～K30+180右側(cè)邊坡總體安全評(píng)估計(jì)算表序號(hào)評(píng)估指標(biāo)分級(jí)描述基本分值Rij權(quán)重系數(shù)γij評(píng)估分值1 坡體結(jié)構(gòu)X22緩傾順向結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面軟、不貫通680.173 6 11.801 72 邊坡高度X11高度H=30.4 m,級(jí)高h(yuǎn)=8260.1570 4.082 6 3 坡形坡率X125°≤Δα=7°<10°350.140 54.917 44 地下水X23地下水貧乏,水位、水量受季節(jié)性影響較大,水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,坡頂反坡,無(wú)匯水條件100.124 0 1.239 7 5 地層巖性X21強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖300.107 4 3.223 16 施工季節(jié)X31雨季施工,地區(qū)年平均降雨量大于1 300 mm1000.090 9 9.090 97 工程類型措施X41工程措施類型為錨桿錨固工程500.074 4 3.719 0 8 自然災(zāi)害的影響X32自然災(zāi)害很少100.057 9 0.578 59 周邊環(huán)境X42周邊無(wú)重要建筑物100.041 3 0.413 210 地質(zhì)資料X51該高邊坡工點(diǎn)有1個(gè)勘察斷面,1個(gè)勘探點(diǎn)580.024 8 1.438 011 設(shè)計(jì)文件X52一坡一圖一說(shuō)明圖件較完整400.008 3 0.330 6 合計(jì)F=∑Xij=∑Rij·γij40.830 0

圖4 邊坡垮塌現(xiàn)場(chǎng)照片

3 結(jié)論

邊坡施工總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是根據(jù)邊坡現(xiàn)場(chǎng)情況、既有地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件等對(duì)邊坡的失穩(wěn)可能性以及失穩(wěn)后的后果嚴(yán)重程度進(jìn)行綜合評(píng)估。其評(píng)估結(jié)果可為建設(shè)單位與施工單位做好決策及施工準(zhǔn)備提供科學(xué)依據(jù)。具體結(jié)論如下：

1) 提出的“考慮地質(zhì)分類的高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法”減少了主觀因素對(duì)邊坡施工安全評(píng)估的干擾，方法可行，評(píng)估精度有所提高。

2) 基于地質(zhì)分類法的邊坡總體評(píng)估方法應(yīng)優(yōu)先考慮水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和邊坡高度兩個(gè)權(quán)重系數(shù)。對(duì)于水穩(wěn)定性較差的土質(zhì)邊坡應(yīng)優(yōu)先考慮地下水以及坡形坡率的影響；對(duì)于順層邊坡應(yīng)優(yōu)先考慮坡體結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡總體評(píng)估的影響。

3) 邊坡總體安全評(píng)估的評(píng)估精度除了受評(píng)估指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的影響，還與基本分值的計(jì)算方法具有較大關(guān)系，下一步應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)基本分值計(jì)算方法的研究，以減少人為因素影響。