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        路塹高邊坡設(shè)計安全風(fēng)險評估研究

        2022-01-20 08:25:12劉明俊張位華
        青海交通科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:路塹設(shè)計階段指標(biāo)體系

        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)險評估并給出控制措施,提高邊坡的安全性,具有重要意義。近年來,國內(nèi)邊坡風(fēng)險管控逐步得到重視,研究者提出了一系列風(fēng)險評估體系或風(fēng)險評價指標(biāo)來指導(dǎo)邊坡風(fēng)險管控[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)害危險性區(qū)劃、施工階段邊坡風(fēng)險評估、運(yùn)營階段邊坡養(yǎng)護(hù)管理方面,對設(shè)計階段邊坡安全風(fēng)險評估的研究較少[6-9]。在全過程安全管理思想的指導(dǎo)下,迫切需要從設(shè)計階段就開展邊坡風(fēng)險評估。

        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)險評價指標(biāo)體系,并開展設(shè)計階段邊坡安全風(fēng)險評估,為邊坡風(fēng)險管控提供參考。

        1 風(fēng)險評估框架體系

        在歐美發(fā)達(dá)國家,路塹邊坡風(fēng)險評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,但可實現(xiàn)公路沿線邊坡風(fēng)險的估測及排序,并對危重工點(diǎn)的遴選及區(qū)分設(shè)計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)險管控適用性、操作性的基礎(chǔ)上,采用指標(biāo)體系法定量評估依托工程路塹高邊坡設(shè)計風(fēng)險概率,結(jié)合風(fēng)險后果等級,采用風(fēng)險定性評價矩陣確定邊坡風(fēng)險等級。

        1.1 風(fēng)險評估指標(biāo)體系

        建立一套易于實施的評價指標(biāo)體系如圖1所示,目標(biāo)層為邊坡風(fēng)險發(fā)生概率等級,第二層和第三層為評價指標(biāo)。自然地質(zhì)環(huán)境、勘察技術(shù)、設(shè)計技術(shù)三類風(fēng)險源共包含10個評價指標(biāo),各指標(biāo)賦值范圍均為0~100,越危險賦值越高。

        圖1 風(fēng)險發(fā)生概率分級指標(biāo)體系

        1.2 風(fēng)險概率等級

        指標(biāo)體系法主要是采用“按評估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值”的方法確定權(quán)重。風(fēng)險指數(shù)P根據(jù)各評價指標(biāo)分值和對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)按式(1)確定,對照表1的分級標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)險發(fā)生的概率等級。

        表1 風(fēng)險發(fā)生概率等級判斷標(biāo)準(zhǔn)

        P=λ∑γijXij

        (1)

        式中:P—邊坡風(fēng)險指數(shù);Xij—各評價指標(biāo)分值,i=1,2,……,n;j=1,2,……,m;n為典型風(fēng)險源分類項次,m為對應(yīng)第i類評估指標(biāo)包括重要指標(biāo)的數(shù)量;γij—各評價指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重。

        邊坡評價指標(biāo)權(quán)重γij應(yīng)按式(2)確定。

        (2)

        式中:y—指標(biāo)重要性序號,y≤n。

        1.3 后果評估

        邊坡失效后果具有時空差異性,依賴于邊坡失穩(wěn)時間、附近建構(gòu)(筑)物分布及人口密集程度等。設(shè)計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)險后果從輕到重分為1~5級,當(dāng)多種后果同時產(chǎn)生時,采用“就高”原則確定。風(fēng)險后果采用專家調(diào)查法估測。

        1.4 風(fēng)險分級及防控對策

        根據(jù)風(fēng)險發(fā)生概率等級和后果嚴(yán)重程度等級,按表2確定邊坡工程設(shè)計安全風(fēng)險等級,相應(yīng)的風(fēng)險等級、風(fēng)險接受程度以及應(yīng)對措施為:①Ⅰ級(低風(fēng)險)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(中風(fēng)險)可容許,需采取一定的風(fēng)險防控措施,加強(qiáng)施工組織設(shè)計和動態(tài)設(shè)計;③Ⅲ級(高風(fēng)險)基本不可接受,應(yīng)實施削減風(fēng)險的應(yīng)對措施,加強(qiáng)勘察設(shè)計、咨詢及重點(diǎn)監(jiān)測;④Ⅳ級(極高風(fēng)險)不可接受,應(yīng)組織專家進(jìn)行論證,采取有效應(yīng)對措施將風(fēng)險等級降到Ⅲ級以下水平,加強(qiáng)勘察設(shè)計及重點(diǎn)監(jiān)測,必要時調(diào)整線路位置。

        表2 風(fēng)險等級表

        2 工程實例

        興義環(huán)城高速公路項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)一步對風(fēng)險概率評估指標(biāo)及風(fēng)險分級等進(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)險概率等級判定

        通過對收集的資料及獲取的信息進(jìn)行分析,對照表1確定各項指標(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)合平面滑動面解析法進(jìn)行定量計算,邊坡評價、計算方法選擇正確,邊坡穩(wěn)定性評價結(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)計方案

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

        根據(jù)該邊坡的實際情況,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)計算權(quán)重系數(shù),各項指標(biāo)的重要性排序及評分值如表4所示。邊坡風(fēng)險指數(shù)P=64.8根據(jù)表1,邊坡風(fēng)險概率發(fā)生等級為5級。

        表4 依托工程評估指標(biāo)重要性排序及分值

        2.2 風(fēng)險等級及管控措施建議

        擬建高速公路下方有一運(yùn)營中的省道,設(shè)計階段邊坡風(fēng)險后果主要是對該省道造成的破壞。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)重程度等級為3級。

        根據(jù)表4,依托工程邊坡設(shè)計風(fēng)險等級為IV級(極高風(fēng)險),應(yīng)組織專家論證,采取有效應(yīng)對措施將風(fēng)險等級降到Ⅲ級以下水平,加強(qiáng)勘察設(shè)計及重點(diǎn)監(jiān)測。由于該工點(diǎn)設(shè)計階段未能進(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)行動態(tài)施工;并執(zhí)行動態(tài)設(shè)計,加強(qiáng)施工監(jiān)測。

        3 結(jié)語

        (1)通過對貴州省某路塹高邊坡工程實際進(jìn)行分析,提出風(fēng)險評估方法及框架體系,建立了路塹高邊坡設(shè)計風(fēng)險評估指標(biāo)體系。

        (2)將風(fēng)險評估體系應(yīng)用于工程實例,進(jìn)行邊坡風(fēng)險評估。提出的風(fēng)險評價指標(biāo)體系及方法,可操作性較強(qiáng),評價結(jié)果可信度較高,可為下一階段風(fēng)險評估及管理提供依據(jù)。

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

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