邵明利， 楊揚， 胡寒飛， 康天駿， 陳杭彬

(浙江交工集團股份有限公司， 浙江 杭州 310051)

隨著信息物流時代的快速發(fā)展，公路交通在國民經(jīng)濟中的作用越來越重要。由于公路工程是典型的線形工程，涉及的地質(zhì)地形條件復(fù)雜多樣。浙江省山區(qū)占比較大，區(qū)域地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜，易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。尤其是公路邊坡工程存在較多安全隱患，直接影響公路的安全運營。因此，開展公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)研究有利于提高邊坡養(yǎng)護管理水平及應(yīng)急搶險效率，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

1 公路邊坡工程管養(yǎng)現(xiàn)狀

邊坡穩(wěn)定性影響因素較多且具有不確定性，一旦發(fā)生破壞，社會影響較大。目前，公路沿線邊坡仍然存在各種各樣的安全隱患，防護治理工作比較滯后。公路管養(yǎng)主體責(zé)任單位專業(yè)技術(shù)人員配置比較欠缺，邊坡病害的調(diào)查分析及發(fā)展預(yù)測經(jīng)驗不足。邊坡管養(yǎng)工作基本處于邊坡安全事故發(fā)生后應(yīng)急搶險的被動管理狀態(tài)，主動管控邊坡隱患、預(yù)防性養(yǎng)護管理意識不強，邊坡安全隱患如何有效管控成為養(yǎng)護工作的重難點。

2 公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)

公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)包括邊坡工程地質(zhì)信息收集、邊坡風(fēng)險評價分類、病害機理分析及防治建議、構(gòu)建電子信息數(shù)據(jù)庫4個部分。邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 邊坡工程地質(zhì)信息收集

現(xiàn)場信息收集主要從邊坡地質(zhì)條件、防護結(jié)構(gòu)及病害現(xiàn)狀、勘察設(shè)計施工情況、變形監(jiān)測等多方面采集邊坡工程地質(zhì)信息，通過地質(zhì)和巖土專業(yè)相結(jié)合的方式，克服專業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)局限性，為公路養(yǎng)護管理單位提供全面詳盡的基礎(chǔ)資料。具體收集的相關(guān)信息包括以下內(nèi)容：

(1) 工程地質(zhì)調(diào)查與測繪：主要調(diào)查邊坡所處區(qū)域的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)現(xiàn)象等。

(2) 防護結(jié)構(gòu)及病害調(diào)查:主要包括截水溝、碎落臺、坡道等有無出現(xiàn)缺口、沖溝、沉陷、塌落和排水是否通暢，漿砌擋墻、護面墻或噴漿護面是否松動、脫落、開裂，坡面有無變形、碎落等現(xiàn)象。

(3) 已有資料調(diào)查：包括邊坡的勘察、設(shè)計、施工、防護加固、變形監(jiān)測等相關(guān)的文件及影像資料。

2.2 邊坡風(fēng)險評價分類

根據(jù)邊坡的現(xiàn)狀情況采用多因素結(jié)合的方式進行綜合評定，具體包括：區(qū)域地質(zhì)特征與局部地質(zhì)構(gòu)造相結(jié)合；地質(zhì)模式和過程的定性評價與力學(xué)機制定量評價相結(jié)合；工程地質(zhì)條件與邊坡防護相結(jié)合；邊坡短期和長期的穩(wěn)定性分析相結(jié)合；評價結(jié)果的合理性與可操作性相結(jié)合。

邊坡評價分類按兩階段進行：初評階段采用工程地質(zhì)類比法等定性分析為主，赤平投影分析等半定量化評價為輔的方法進行，初步評價出邊坡的4個等級；詳評階段以穩(wěn)定性計算及數(shù)值模擬分析等定量化計算分析為主，輔以專家論證，核實確定安全風(fēng)險較大的三、四類邊坡。

根據(jù)現(xiàn)行邊坡類的勘察、設(shè)計規(guī)范和巖體分級標準，借鑒《浙江省交通投資集團有限公司高速公路高邊坡安全風(fēng)險檢查評價指引》，結(jié)合浙江山區(qū)公路邊坡設(shè)計經(jīng)驗以及相關(guān)工程實例，從邊坡整體穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)部件的完好情況、防護工程的適應(yīng)性、病害發(fā)育情況及危害程度，將公路邊坡穩(wěn)定評價等級分為4類，分類評價體系見表1。

表1 邊坡分類體系

2.3 病害機理分析及防治建議

前期工程地質(zhì)信息收集及室內(nèi)評價分類工作完成后，進一步針對安全風(fēng)險較大的三、四類邊坡進行病害機理分析。以邊坡的工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，從邊坡的幾何設(shè)計、防護、排水設(shè)計的合理性查找病因。針對邊坡的病害機理，預(yù)測病害的發(fā)展趨勢，并針對性地提出合理的防護建議，以供邊坡養(yǎng)護管理單位參考。對于評價等級為四類的邊坡，應(yīng)告知管理單位及時采取防護加固或自動化監(jiān)測等措施，防止安全風(fēng)險事故的發(fā)生；對于評價等級為三類的邊坡，可根據(jù)管養(yǎng)單位的需求，協(xié)助其列入年度養(yǎng)護計劃，分批次進行預(yù)防性加固養(yǎng)護。

2.4 構(gòu)建電子信息數(shù)據(jù)庫

基于電子地圖建立的邊坡信息化數(shù)據(jù)庫，可真正實現(xiàn)電子化、集約化的數(shù)據(jù)管理。在信息采集、評價分類、機理分析及防護建議等工作完成后，需要進行邊坡電子信息化檔案數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建工作。將邊坡的電子數(shù)據(jù)庫根據(jù)其地理位置信息導(dǎo)入電子地圖軟件，利用綠、藍、黃、紅4種顏色對應(yīng)4種安全等級，對所有邊坡進行定位、標識。所有建檔的邊坡，都可以通過其標識進入該邊坡的后臺電子信息化數(shù)據(jù)庫，查看該邊坡的相關(guān)信息和影像資料，極大地方便了公路邊坡的養(yǎng)護管理工作。

3 邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)的應(yīng)用

截至2020年底，共完成了涉及湖州、金華、義烏、紹興、臺州、溫州、衢州、麗水共8個地市39個縣區(qū)的國省道公路邊坡建檔工作，涵蓋公路里程1 939.2 km，建檔邊坡5 571個。在邊坡建檔的同時對公路沿線所有邊坡進行了評價分類，為相關(guān)管理單位明確了風(fēng)險管控的重點，提高了公路邊坡的養(yǎng)護管理水平。邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)成功應(yīng)用于浙江省內(nèi)公路邊坡的養(yǎng)護管理工作，取得了以下一些成果。

3.1 查明了公路邊坡現(xiàn)狀

(1) 邊坡潛在安全風(fēng)險較多

根據(jù)浙江省域內(nèi)國省道邊坡分類評價統(tǒng)計得出：一類邊坡占比27%，二類邊坡占比64%，三類邊坡占比9%，四類邊坡占比不到1%。通過邊坡建檔與分類工作可知：在役邊坡安全風(fēng)險較多，存在較大安全風(fēng)險的三、四類邊坡占比已經(jīng)超過9%，接近邊坡總量的10%。

(2) 高邊坡安全風(fēng)險較大

高邊坡是指土質(zhì)20 m、巖質(zhì)30 m以上的邊坡，總數(shù)量330個，占比6.0%。邊坡高度與不穩(wěn)定(三、四類)邊坡占比呈正相關(guān)，邊坡高度越大，不穩(wěn)定邊坡比例越高。高邊坡的受力情況更加復(fù)雜，揭露地層范圍更大，邊坡的穩(wěn)定性往往相比一般邊坡較差。

(3) 低等級公路邊坡安全風(fēng)險更多

據(jù)已有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，一級公路不穩(wěn)定三四類邊坡占比7.7%，二級公路不穩(wěn)定邊坡占比15.27%，三級公路不穩(wěn)定邊坡占比28.49%。公路等級與不穩(wěn)定三、四類邊坡占比呈負相關(guān)，公路等級越低，不穩(wěn)定邊坡占比越高。公路等級較低，在設(shè)計、施工及養(yǎng)護管理等方面存在不足，運營期間管養(yǎng)的資金投入相對較少，邊坡安全程度相對較低，存在的病害相對較多。

(4) 運營時間較久的邊坡穩(wěn)定性較差

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，不穩(wěn)定的三四類邊坡中1980—1999年建成的占50%，2000—2009年建成的占18.12%，2010—2019年建成的占2.82%，通車時間與三、四類邊坡占比呈正相關(guān)，建成時間越早，不穩(wěn)定邊坡占比越高。由于受限于早期建設(shè)過程中當(dāng)時的資金、認識和技術(shù)的局限性，選取的防護、排水工程適應(yīng)性存在不足；公路運營后隨著時間的推移，邊坡巖體逐年經(jīng)受風(fēng)化作用，防護結(jié)構(gòu)局部或整體出現(xiàn)老化破損，導(dǎo)致邊坡病害不斷發(fā)展。

3.2 初步實現(xiàn)了既定目標

(1) 理清邊坡穩(wěn)定性狀況

對于已經(jīng)運營的公路來講，邊坡潛在的安全風(fēng)險較多，管養(yǎng)部門的壓力較大且專業(yè)人員不足，往往不能理清公路邊坡的安全現(xiàn)狀。通過使用公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，基本理清了公路邊坡的穩(wěn)定性狀況，為后期安全風(fēng)險管控目標的明確提供了有力支撐。

(2) 主動管控風(fēng)險性邊坡

公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)完成后，可針對具有安全風(fēng)險的邊坡進行主動管控。如浙江省永康市于2017年開始合理規(guī)劃安全風(fēng)險邊坡的整治工作，歷經(jīng)3年的病害處治工作，永康市存在安全風(fēng)險的邊坡數(shù)量逐步減少，大大提高了公路的安全運營水平。公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)把以往對邊坡的被動加固管理逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃宇A(yù)防管控，進一步強化了邊坡的“預(yù)防性養(yǎng)護”理念，可以全面掌控邊坡病害的安全風(fēng)險。

(3) 提高應(yīng)急搶險的效率

2016年11月，永康市荊州至歷山公路前倉鎮(zhèn)段發(fā)生較大規(guī)模的山體滑塌后，通過建成的公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)和山體滑塌的現(xiàn)場照片，為前方提供遠程診斷，為搶修提供技術(shù)支持；技術(shù)人員迅速趕赴現(xiàn)場2 d就確定了處治設(shè)計方案；7 d內(nèi)完成修復(fù)施工圖，1個月完成修復(fù)工作?；谇捌诘墓愤吰鹿こ痰刭|(zhì)信息系統(tǒng)的工作成果，可以快速地提交現(xiàn)場應(yīng)急方案及后續(xù)設(shè)計方案，大大提升了應(yīng)急搶險的工作效率。在應(yīng)急搶修中驗證了快速設(shè)計的可行性，工作方法可行，效率提升顯著，得到了社會各界的廣泛認可。

(4) 提升邊坡管理的水平

通過建立公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，浙江省金華市6縣市全部具備了公路邊坡電子化管理的能力。通過電子檔案數(shù)據(jù)庫，管養(yǎng)技術(shù)人員可以查看邊坡的相關(guān)信息和影像資料。另外，邊坡的電子檔案可以隨時進行更新，充分實現(xiàn)了邊坡的全壽命過程管理。

4 結(jié)論與建議

將公路邊坡工程地質(zhì)信息系統(tǒng)成功應(yīng)用于浙江省內(nèi)國省道公路邊坡管理工作，取得了階段性的成果。2018年11月，浙江交工集團股份有限公司作為主編單位立項申請的中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會團體標準《公路邊坡工程地質(zhì)信息管理技術(shù)規(guī)范》正式獲批。2019年1月，《公路邊坡工程地質(zhì)信息管理技術(shù)規(guī)范》團體標準大綱評審?fù)ㄟ^，目前已成功構(gòu)建浙江省公路邊坡大數(shù)據(jù)平臺。

針對以上工作成果，提出以下建議：

(1) 根據(jù)前期調(diào)查及分析結(jié)果，建議采取主動預(yù)防性措施，對存在安全風(fēng)險的三、四類邊坡進行合理規(guī)劃和專項資金安排。

(2) 建議將邊坡工程地質(zhì)信息采集工作貫穿于公路邊坡勘察、設(shè)計、施工、管養(yǎng)全過程，特別在公路建設(shè)期應(yīng)做好檔案建設(shè)，實現(xiàn)邊坡的全壽命周期管理。

(3) 進一步推動建立浙江省公路邊坡分類評價地方標準，引領(lǐng)公路行業(yè)邊坡養(yǎng)護管理工作的發(fā)展。