羅秋福

（華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

我國南方丘陵地帶較多，在道路設(shè)計和施工過程中，道路工程難免會遇到深路塹邊坡開挖及支護工程，而由于受南方雨水較多影響，深路塹邊坡工程安全穩(wěn)定性對道路工程運營安全具有關(guān)鍵作用，一旦處理不當極易引起邊坡滑坡隱患。本文根據(jù)深挖路塹邊坡在不同地質(zhì)條件下采用多種方法，合理選用邊坡坡率，確保邊坡穩(wěn)定，保證道路的運營安全。

1 公路邊坡分類和變形類型

公路邊坡的分類：根據(jù)填挖分為路堤邊坡（填方）和路塹邊坡（挖方），同時現(xiàn)行的《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015）規(guī)定：①對土質(zhì)挖方高度超過20m、巖質(zhì)挖方超過30m邊坡稱為深路塹（路塹高邊坡）；②填方邊坡高度超過20m 的路堤稱為高路堤。

同時按照邊坡巖土構(gòu)成分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡及二元結(jié)構(gòu)邊坡，按巖體地質(zhì)構(gòu)造分為均質(zhì)或類均質(zhì)土結(jié)構(gòu)邊坡、近水平層狀結(jié)構(gòu)邊坡、順傾層狀結(jié)構(gòu)邊坡、反傾層狀結(jié)構(gòu)邊坡、破碎狀結(jié)構(gòu)邊坡及塊狀結(jié)構(gòu)邊坡。按照變形深度分為坡面變形（深1m～2m）、邊坡變形（深＜10m，變形在邊坡范圍內(nèi)）及坡體變形（深≥10m，變形超越邊坡范圍）。按照變形范圍分為局部變形、整體變形。按變形性質(zhì)分為坡面沖刷、風(fēng)化剝落、表層溜塌、危巖、落石、滑坡及傾倒。

2 路塹邊坡的穩(wěn)定性影響因素

路塹邊坡的穩(wěn)定性影響因素：巖土體性質(zhì)、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、氣候水文、地震、工程活動等。

2.1 巖土體性質(zhì)

①土質(zhì)或類土質(zhì)由于力學(xué)性質(zhì)低，易發(fā)生坡體病害；②巖體完整程度差（風(fēng)化嚴重或裂隙、節(jié)理、斷層發(fā)育）的巖體邊坡，易發(fā)生坡體病害；③巖體完整程度好（石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖、石英巖等整體的硬質(zhì)巖）的巖體，強度高且坡體病害少。

2.2 地形地貌

坡體的地形地貌是坡體自身的巖土體綜合性質(zhì)對外界的直觀反映，對坡體的工程性質(zhì)具有良好的借鑒作用。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

指構(gòu)成坡體的不同巖層及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（包括接觸分界面）的產(chǎn)狀、性質(zhì)、含水狀況，在邊坡上的分布位置及其與開挖面之間的關(guān)系。它控制了邊坡可能發(fā)生變形的類型、位置和規(guī)模（詳見表1）。

表1 不同坡體結(jié)構(gòu)類型特征表

2.4 氣候水文

水的影響：主要地表水、地下水動態(tài)變化，一是形成動水壓力或靜水壓力等對坡體穩(wěn)定性有著直接影響；二是巖土體飽水狀態(tài)下，抗剪強度降低，降低邊坡穩(wěn)定性。“治坡先治水”是邊坡治理的首選，一般來說，由于北方降雨量較小，坡體有較長的時間保持穩(wěn)定，但邊坡對降水相對敏感。由于長期的能量蓄積，往往會出現(xiàn)比南方多雨地區(qū)規(guī)模更大的坡體變形。

風(fēng)化：南方地區(qū)的坡體的風(fēng)化程度明顯較北方厚。如廣東地區(qū)風(fēng)化花崗巖深度大多為40m～50m，甚至超過100m，山體形態(tài)比較渾圓，多產(chǎn)生邊坡沖刷、坡體滑塌。青海、甘肅等地區(qū)的花崗巖，則往往突兀峰林，多崩塌形成危巖。

2.5 地震

地震的豎向和水平向地震，這種額外附加力會在短時間內(nèi)急劇降低坡體的穩(wěn)定性，造成坡體巖土體結(jié)構(gòu)的損傷，形成超孔隙水壓力，這是造成坡體發(fā)生病害的直接原因。

2.6 人類活動

坡體的開挖、加載，造成坡體形態(tài)的改變，應(yīng)力的調(diào)整和滲流場的變化，一旦這種改造超過了坡體的自身調(diào)整能力，就會造成坡體病害。公路施工屬于人類工程活動之一，路塹高邊坡變形有以下幾個方面原因：

a.對地質(zhì)工作重視不夠，沒有貫徹“地質(zhì)選線”的原則，對已經(jīng)存在的古老滑坡和潛在滑坡（如巖堆地段、順層地段）沒有認識或認識不足，將路線布設(shè)在這些地段，甚至大填大挖，造成老滑坡復(fù)活或新生滑坡。

b.邊坡的地質(zhì)重要性和路線方案的決定性不夠重視，“重橋隧、輕路基”的指導(dǎo)思想還存在，對高邊坡重視不夠，過分強調(diào)節(jié)約工程投資，本來可以做隧道、外移橋或半路半橋的，為節(jié)省投資而大挖方，結(jié)果造成高邊坡變形，有時其治理費用比橋隧還多。

c.設(shè)計深度不足，或坡形坡率設(shè)計不符合當?shù)貛r土條件，或沒有排水與加固工程，或加固工程不足以保證穩(wěn)定。

d.不科學(xué)的施工組織和施工方法也是邊坡失穩(wěn)變形的重要原因：雨季大開挖大量雨水滲入坡體，軟化坡體巖土；大爆破施工破壞巖體完整性；開挖后長期暴露而不防護和加固，甚至一挖到底不加固。

2.7 路塹高邊坡穩(wěn)定性評價

高邊坡穩(wěn)定性評價遵循“定性分析為基礎(chǔ)、定量計算為手段”的原則。定性分析是進行定量分析的前提（定性判斷破壞形式和穩(wěn)定性狀態(tài)），有效的定量分析是進行高邊坡治理措施的依據(jù)。兩者相輔相成，互相驗證，是邊坡穩(wěn)定性分析的兩大支柱。

2.7.1 工程類比法（定性判斷）

項目區(qū)現(xiàn)有自然邊坡的坡形坡率、坡高與路塹邊坡的對比分析：

從項目區(qū)類似自然山坡或已有人工邊坡發(fā)生變形的類型和規(guī)模，來判斷路塹邊坡可能發(fā)生的變形類型和規(guī)模；

從項目區(qū)現(xiàn)有自然邊坡的坡體結(jié)構(gòu)，分析路塹邊坡可能發(fā)生的變形類型及產(chǎn)生的部位；

從作用因素的大小和快慢分析路塹邊坡的穩(wěn)定性，如開挖引起的坡體卸荷和松弛、滲流場、潛在滑面（帶）強度降低等；

從已發(fā)生的變形分析其發(fā)生機制并反演出破壞時的巖土強度參數(shù)。

2.7.2 定量計算

二元結(jié)構(gòu)邊坡，其最重要的潛在滑面一般為土巖界面，滑面由土巖界面形態(tài)決定，采用傳遞系數(shù)法進行計算。

復(fù)雜的高大巖體邊坡力學(xué)條件復(fù)雜，可采用赤平投影分析和有限元分析法為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬等綜合方法分析。

規(guī)范中對路塹邊坡的相關(guān)規(guī)定：

正常工況：邊坡處于天然狀態(tài)下的工況；

非正常工況I：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況；

非正常工況II：邊坡處于地震等荷載作用下的工況。

3 路塹高邊坡常見的加固措施

3.1 加固措施的主要原則

地質(zhì)資料為基礎(chǔ)的原則，高邊坡設(shè)計應(yīng)以翔實的地質(zhì)勘查資料為基礎(chǔ)。

坡率與工程加固措施相結(jié)合，一般邊坡以穩(wěn)定坡率為主，高邊坡應(yīng)綜合考慮環(huán)保與工程規(guī)模，考慮采用陡坡率+工程措施，減小邊坡高度，降低用地和開挖規(guī)模。

路塹高邊坡設(shè)計遵循“減載、固腳、強腰、排水”的原則，逐工點設(shè)計，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析，提出分級高度、邊坡坡率、加固方案等。

路塹高邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，巖土體產(chǎn)狀多變，要及時根據(jù)施工過程中發(fā)現(xiàn)的真實地質(zhì)情況，對設(shè)計文件進行必要的補充和完善，故施工過程中動態(tài)設(shè)計非常重要。

邊坡設(shè)計應(yīng)對施工提出嚴格要求，避免不合理的施工導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

盡量加強邊坡坡面綠化防護，提高環(huán)境保護。

3.2 加固措施

3.2.1 支擋工程

主要有擋土墻、抗滑樁、錨索抗滑樁、錨桿錨索框架。擋土墻類型主要有：重力式擋土墻、石籠式擋土墻、懸臂式扶壁式擋土墻。

3.2.2 邊坡錨固工程主要結(jié)構(gòu)有錨索抗滑樁、錨索框架、地梁、錨墩幾種主要形式。

根據(jù)錨固工程的受力特點，分為普通型（無預(yù)應(yīng)力型）與預(yù)應(yīng)力型。預(yù)應(yīng)力型為主動受力工程，普通型為被動受力工程，有本質(zhì)的區(qū)別：①普通型是利用主筋材料及注漿體的抗剪來提高邊坡的穩(wěn)定性；②預(yù)應(yīng)力型主要是利用預(yù)應(yīng)力在滑面的分力，即垂直滑面的正壓力增大滑體的摩擦，來平衡滑坡的下滑力，錨索本身提供的抗剪力是不予考慮的。

3.2.3 路塹邊坡錨固工程中，預(yù)應(yīng)力型又可分為拉力型、壓力性、荷載分散性等

邊坡錨固工程中，預(yù)應(yīng)力錨索主要應(yīng)用于兩個方面：

a.平衡滑坡推力：利用滑床下穩(wěn)定地層提供的錨固力，平衡滑坡推力。

b.邊坡預(yù)加固：利用潛在滑面穩(wěn)定地層的錨固力，平衡坡體的潛在下推力，防止坡體開挖后的卸荷松弛。

4 邊坡錨固設(shè)計的幾個關(guān)鍵問題

4.1 巖土體與漿體黏結(jié)強度的取值

錨索水泥砂漿體與其周圍巖土的粘聚力是參考值，錨索工程施工前必須在施工現(xiàn)場進行拉拔試驗，以確定實際的抗拔力以驗證設(shè)計參數(shù)選擇是否合理，并根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果加以修正，最終確定黏結(jié)強度和有效錨固長度。

4.2 設(shè)計錨固力和張拉力的確定

邊坡預(yù)加固主要目的是防止坡體開挖后出現(xiàn)卸荷。

土質(zhì)（類土質(zhì)）邊坡，超張拉力一般為設(shè)計拉力的1.2 倍以上，從而確保鎖定拉力不小于設(shè)計拉力。

巖質(zhì)邊坡，超張拉力一般為設(shè)計拉力的1.1 倍以上，從而確保鎖定拉力不小于設(shè)計拉力。

錨固長度、錨固段是否必須深入基巖，一般情況下深入10m～12m。

5 存在問題和研究方向

a.由于邊坡工程問題的復(fù)雜性，工程設(shè)計預(yù)加固措施可行度仍然較低；

b.邊坡的典型工程地質(zhì)模式缺乏系統(tǒng)歸納，其變形失穩(wěn)機理有待深入研究；

c.邊坡穩(wěn)定分析的計算模式較為簡單且假定較多，計算參數(shù)取值依據(jù)不足；

d.邊坡設(shè)計計算理論不完善，定量化計算水平和準確性較低；

e.邊坡開挖松弛的力學(xué)原理、變形破壞模式和數(shù)值模擬研究不夠深入；

f.邊坡錨固工程的使用條件及其耐久性尚需深入研究。

6 結(jié)語

邊坡穩(wěn)定性評價要遵循以定性分析為基礎(chǔ)，以定量計算為重要輔助手段來進行綜合評價的原則。根據(jù)工程地質(zhì)條件、可能的破壞模式以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)做出判斷和計算，是邊坡穩(wěn)定性評價的重要內(nèi)容。