劉 政 楊 宏 劉明俊 張位華 周 娟

(1.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司 貴陽 550001；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550081)

引言

路塹高邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)長期存在于公路建設(shè)和運(yùn)營中,使用科學(xué)合理的方法進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并給出控制措施，提高邊坡的安全性，具有重要意義。近年來，國內(nèi)邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控逐步得到重視，研究者提出了一系列風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)來指導(dǎo)邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控[1-5]。然而，現(xiàn)階段研究成果大多集中在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃、施工階段邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、運(yùn)營階段邊坡養(yǎng)護(hù)管理方面，對(duì)設(shè)計(jì)階段邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究較少[6-9]。在全過程安全管理思想的指導(dǎo)下，迫切需要從設(shè)計(jì)階段就開展邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

本文以貴州省黔西南州興義環(huán)城高速公路ZK47+728.5～ZK48+820路塹高邊坡為依托，建立適用于依托工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并開展設(shè)計(jì)階段邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控提供參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架體系

在歐美發(fā)達(dá)國家，路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估普遍采用定量方法，而我國大多采用定性或半定量方法。定性估算方法較為粗略，但可實(shí)現(xiàn)公路沿線邊坡風(fēng)險(xiǎn)的估測及排序，并對(duì)危重工點(diǎn)的遴選及區(qū)分設(shè)計(jì)工作的深度十分有用；定量估算方法更科學(xué)合理，但工作量大，操作難度高[10]。在充分分析邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控適用性、操作性的基礎(chǔ)上，采用指標(biāo)體系法定量評(píng)估依托工程路塹高邊坡設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)概率，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)，采用風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)矩陣確定邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

建立一套易于實(shí)施的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，目標(biāo)層為邊坡風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)，第二層和第三層為評(píng)價(jià)指標(biāo)。自然地質(zhì)環(huán)境、勘察技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)三類風(fēng)險(xiǎn)源共包含10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，各指標(biāo)賦值范圍均為0～100，越危險(xiǎn)賦值越高。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率分級(jí)指標(biāo)體系

1.2 風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)

指標(biāo)體系法主要是采用“按評(píng)估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值”的方法確定權(quán)重。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)P根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)分值和對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)按式(1)確定，對(duì)照表1的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率等級(jí)。

表1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

P=λ∑γijXij

(1)

式中：P—邊坡風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Xij—各評(píng)價(jià)指標(biāo)分值，i=1，2，……，n；j=1，2，……，m；n為典型風(fēng)險(xiǎn)源分類項(xiàng)次，m為對(duì)應(yīng)第i類評(píng)估指標(biāo)包括重要指標(biāo)的數(shù)量；γij—各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

邊坡評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重γij應(yīng)按式(2)確定。

(2)

式中：y—指標(biāo)重要性序號(hào)，y≤n。

1.3 后果評(píng)估

邊坡失效后果具有時(shí)空差異性，依賴于邊坡失穩(wěn)時(shí)間、附近建構(gòu)(筑)物分布及人口密集程度等。設(shè)計(jì)階段后果分析是基于現(xiàn)狀調(diào)查以及建設(shè)過程和建成后邊坡影響區(qū)的虛擬分析，及來源于潛在危害區(qū)內(nèi)現(xiàn)有和施工過程中投入的人、設(shè)備和設(shè)施的估計(jì)和運(yùn)營過程中構(gòu)筑物分布、交通量及其相關(guān)環(huán)境影響的預(yù)測，準(zhǔn)確量化邊坡失穩(wěn)后果比較困難。設(shè)計(jì)階段承災(zāi)體以現(xiàn)有或擬建基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物和工程結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的工作或居住人員等固定型承災(zāi)體為主，風(fēng)險(xiǎn)后果從輕到重分為1～5級(jí)，當(dāng)多種后果同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，采用“就高”原則確定。風(fēng)險(xiǎn)后果采用專家調(diào)查法估測。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)及防控對(duì)策

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)和后果嚴(yán)重程度等級(jí)，按表2確定邊坡工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)接受程度以及應(yīng)對(duì)措施為：①Ⅰ級(jí)(低風(fēng)險(xiǎn))可忽略，不必采取額外預(yù)防措施，嚴(yán)格日常生產(chǎn)管理；②Ⅱ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))可容許，需采取一定的風(fēng)險(xiǎn)防控措施，加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；③Ⅲ級(jí)(高風(fēng)險(xiǎn))基本不可接受，應(yīng)實(shí)施削減風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施，加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)、咨詢及重點(diǎn)監(jiān)測；④Ⅳ級(jí)(極高風(fēng)險(xiǎn))不可接受，應(yīng)組織專家進(jìn)行論證，采取有效應(yīng)對(duì)措施將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降到Ⅲ級(jí)以下水平，加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)及重點(diǎn)監(jiān)測，必要時(shí)調(diào)整線路位置。

表2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

2 工程實(shí)例

興義環(huán)城高速公路項(xiàng)目位于貴州省西南部高原山區(qū)，屬中低山溶蝕地貌類型。沿線地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，不良地質(zhì)主要是局部發(fā)育的崩塌堆積體、危巖體以及巖溶。地形條件差，路基高邊坡較多，順層高邊坡問題突出。以ZK47+728.5～ZK48+820段順層邊坡為例，進(jìn)一步對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估指標(biāo)及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)等進(jìn)行說明。該順層邊坡橫斷面如圖2所示。

圖2 邊坡典型橫斷面圖

2.1 風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)判定

通過對(duì)收集的資料及獲取的信息進(jìn)行分析，對(duì)照表1確定各項(xiàng)指標(biāo)取值。

(1)地層巖性：坡體基巖為三疊系中統(tǒng)楊柳井組白云巖，層間夾泥化夾層泥膜，為易滑巖組。

(2)坡體結(jié)構(gòu)：基巖為25MPa較軟巖。主要結(jié)構(gòu)面為層面及兩組節(jié)理，節(jié)理間距200～400mm，基巖為薄層至中厚層狀。結(jié)構(gòu)面張開度1～3mm，結(jié)合差。邊坡開挖坡向80°，巖層傾向68°傾角40°，為順向坡。

(3)氣象與水文地質(zhì)條件：場區(qū)多年平均降水量1342mm，日最大降雨量186.11mm。開挖坡頂以上為反坡，無匯水。地下水類型主要為第四系松散類孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶水，場區(qū)地下水補(bǔ)給面積小、徑流途徑短、排泄速度快，埋藏較深，坡面未見地下水滲出痕跡。

(4)區(qū)域地質(zhì)條件：場區(qū)無斷層通過，地震動(dòng)峰值加速度0.05g。

(5)自然環(huán)境條件：路塹所在斜坡植被茂盛，以灌木林為主，場區(qū)無不良地質(zhì)。

(6)勘察外業(yè)：勘察范圍、勘察方法合理，滿足規(guī)范要求，勘察外業(yè)資料完備。由于場地條件的原因，未進(jìn)行鉆探施工，共1條勘探斷面、1個(gè)挖探點(diǎn)，高密度電法1條。

(7)勘察內(nèi)業(yè)：巖土參數(shù)取值全面、合理。采用赤平投影進(jìn)行定性分析，結(jié)合平面滑動(dòng)面解析法進(jìn)行定量計(jì)算，邊坡評(píng)價(jià)、計(jì)算方法選擇正確，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)論合理。

(8)邊坡規(guī)模：最大坡高66m，路塹邊坡超過所在自然斜坡比擬坡度約11°。

(9)結(jié)構(gòu)方案：處治方案見表3。錨索為拉力型，屬中等規(guī)格，抗滑樁為懸臂式，屬常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)(下限規(guī)格)。錨索長16.5m，抗滑樁長19m，分別屬于常規(guī)尺寸(下限規(guī)格)及常規(guī)尺寸(中等規(guī)格)，按“就高”原則考慮。

表3 邊坡處治設(shè)計(jì)方案

(10)設(shè)計(jì)文件：圖件完整，有破裂面位置，有計(jì)算參數(shù)，有滑坡推力大小，有工程措施的抗滑力計(jì)算，提出了施工安全事項(xiàng)。

根據(jù)該邊坡的實(shí)際情況，通過專家咨詢及小組討論得出指標(biāo)重要性的排序，根據(jù)公式(2)計(jì)算權(quán)重系數(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)的重要性排序及評(píng)分值如表4所示。邊坡風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)P=64.8根據(jù)表1，邊坡風(fēng)險(xiǎn)概率發(fā)生等級(jí)為5級(jí)。

表4 依托工程評(píng)估指標(biāo)重要性排序及分值

2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及管控措施建議

擬建高速公路下方有一運(yùn)營中的省道，設(shè)計(jì)階段邊坡風(fēng)險(xiǎn)后果主要是對(duì)該省道造成的破壞。該高邊坡坍塌范圍按L=2.5H估算，省道距離邊坡坡腳約130m，位于邊坡破壞范圍內(nèi)，邊坡坍塌可能破壞省道路基。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研及專家咨詢情況，邊坡失穩(wěn)后果嚴(yán)重程度等級(jí)為3級(jí)。

根據(jù)表4，依托工程邊坡設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為IV級(jí)(極高風(fēng)險(xiǎn))，應(yīng)組織專家論證，采取有效應(yīng)對(duì)措施將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降到Ⅲ級(jí)以下水平，加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)及重點(diǎn)監(jiān)測。由于該工點(diǎn)設(shè)計(jì)階段未能進(jìn)行鉆探，建議在施工階段、邊坡開挖之前進(jìn)行補(bǔ)充勘察，或者嚴(yán)格執(zhí)行動(dòng)態(tài)施工；并執(zhí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)施工監(jiān)測。

3 結(jié)語

(1)通過對(duì)貴州省某路塹高邊坡工程實(shí)際進(jìn)行分析，提出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及框架體系，建立了路塹高邊坡設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。

(2)將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系應(yīng)用于工程實(shí)例，進(jìn)行邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法,可操作性較強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果可信度較高，可為下一階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理提供依據(jù)。

(3)區(qū)域邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控還需基于大量實(shí)際工程開展更深入的研究，進(jìn)一步對(duì)評(píng)估指標(biāo)及其重要性排序進(jìn)行檢驗(yàn)、修正和完善，并加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)后果定量評(píng)估研究，為區(qū)域邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控做好服務(wù)。