伍海林

(韶關(guān)市翔宏公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 韶關(guān) 512023)

1 引 言

我國是一個(gè)多山的國家，越來越多的新建高速公路位于丘陵或是峽谷地帶，陡峻起伏的地形地貌、復(fù)雜多變的地質(zhì)構(gòu)造，給高速公路建設(shè)帶來了諸多難題。尤其是高速公路路基開挖施工時(shí)，沿線兩側(cè)往往不可避免的形成大量高邊坡，受到地質(zhì)、環(huán)境、氣候等因素的影響，山區(qū)公路高邊坡的穩(wěn)定性問題將直接應(yīng)公路施工安全與進(jìn)度，對(duì)此有必要加強(qiáng)山區(qū)公路高邊坡的失穩(wěn)分析及加固設(shè)計(jì)，保證山區(qū)公路工程順利完工。

2 山區(qū)公路高邊坡問題概述

交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要一環(huán)，也是我國基礎(chǔ)建設(shè)的重要內(nèi)容。根據(jù)我國公路建設(shè)情況來看，自20世紀(jì)80年代以來至今，我國公路里程不斷增加、施工技術(shù)水平持續(xù)提高的同時(shí)，也對(duì)公路建設(shè)生態(tài)環(huán)保性、服務(wù)性等提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2020年末，我國公路總里程已經(jīng)達(dá)到了519.81萬km，隨著公路網(wǎng)絡(luò)的完善許多在建、擬建高速公路不斷朝著山區(qū)延伸，且此類公路等級(jí)高、路面寬、開挖量大，難免產(chǎn)生大量的高邊坡，如何保證高邊坡的穩(wěn)定性是一個(gè)繞不開的工程問題。

根據(jù)山區(qū)公路建設(shè)情況來看，高邊坡是滑坡災(zāi)害發(fā)生的主體，且高邊坡開挖過程中，其穩(wěn)定性不僅受到巖土參數(shù)的影響，也受到人為施工、降雨以及外部荷載等諸多因素的影響，為減少和避免滑坡災(zāi)害的發(fā)生，需預(yù)先進(jìn)行高邊坡穩(wěn)定性分析，并據(jù)此進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，提高加固方案的科學(xué)性、有效性，保證山區(qū)公路建設(shè)與運(yùn)營安全性。

3 山區(qū)公路高邊坡失穩(wěn)主要影響因素與分析方法

3.1 高邊坡失穩(wěn)主要影響因素

(1)水的影響。山區(qū)公路高邊坡失穩(wěn)乃至滑坡災(zāi)害的發(fā)生，水都是十分重要的誘發(fā)因素，具體分為大氣降水與地下水兩個(gè)部分。其中，大氣降水的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：降水填充巖土體裂縫與間隙，坡體下滑力增大；降水侵蝕、軟化巖體結(jié)構(gòu)面，邊坡整體抗剪強(qiáng)度降低；長時(shí)間降雨沖刷邊坡，誘發(fā)邊坡失穩(wěn)事故。地下水的影響主要表現(xiàn)在對(duì)坡體滑移面發(fā)育的作用上，一旦地下水位上升，將進(jìn)一步增大坡內(nèi)孔隙水壓力，加劇動(dòng)靜水對(duì)巖土體的作用。

(2)地形地貌的影響。山區(qū)公路建設(shè)中高邊坡的形成實(shí)質(zhì)上是打破了原有坡體內(nèi)部平衡，并按照需要開挖坡體、改造坡面，并通過支護(hù)加固實(shí)現(xiàn)邊坡再平衡。對(duì)于山區(qū)公路工程而言，若是沿線地勢(shì)平緩、征地不受限制，可放設(shè)緩坡，達(dá)到降低施工難度、提高邊坡穩(wěn)定性的目的；若是沿線地形較為復(fù)雜，如：深山峽谷，則對(duì)邊坡開挖、支護(hù)加固設(shè)計(jì)與施工提出了更高的要求，必須落實(shí)邊坡穩(wěn)定性分析工作。

(3)巖體結(jié)構(gòu)的影響。在巖體中，各種結(jié)構(gòu)面不規(guī)則組合，并與巖石再組合，由此形成“巖體結(jié)構(gòu)”。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，可將巖體結(jié)構(gòu)分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)以及散體結(jié)構(gòu)，合理進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)分類，是提高巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)。

(4)巖土性質(zhì)的影響。根據(jù)山區(qū)公路高邊坡穩(wěn)定性分析可得，巖土性質(zhì)是根本影響因素，如：石灰?guī)r、花崗巖等巖性堅(jiān)硬、巖體完整，開挖高陡邊坡不易失穩(wěn)；軟弱巖石、土質(zhì)邊坡，極易發(fā)生失穩(wěn)問題，必須開展穩(wěn)定性分析，并做好相關(guān)加固設(shè)計(jì)工作。

(5)工程開挖的影響。山區(qū)公路施工過程中，對(duì)高邊坡穩(wěn)定性的影響主要分為以下兩個(gè)方面：爆破開挖對(duì)近坡面圍巖的擾動(dòng)、開挖卸荷效應(yīng)。其中，在巖質(zhì)邊坡開挖中，預(yù)裂爆破、光面爆破是主要施工方法，爆破擾動(dòng)極易引起邊坡圍巖脫落，這是穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計(jì)必須考慮的因素；開挖卸荷效應(yīng)主要表現(xiàn)為路塹邊坡開挖，保留巖體由于應(yīng)力狀態(tài)急劇變化導(dǎo)致節(jié)理裂隙擴(kuò)展，降低了巖土體強(qiáng)度，進(jìn)而影響邊坡穩(wěn)定性。

3.2 高邊坡穩(wěn)定性分析方法

在山區(qū)公路高邊坡工程中，邊坡穩(wěn)定性分析是一大核心內(nèi)容，目前相關(guān)分析方法發(fā)展較快，從二維擴(kuò)展至三維、從單一方法發(fā)展至綜合評(píng)價(jià)方法。目前，邊坡穩(wěn)定性分析方法主要可分為定性分析法、定量分析法以及不確定分析法，具體如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性分析方法

在上述諸多方法中，極限平衡法是一種利用安全系數(shù)定量評(píng)判邊坡穩(wěn)定性的方法，原理簡單、使用方便，且計(jì)算結(jié)果精度高，目前依舊是邊坡穩(wěn)定性分析的主要方法；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值分析方法逐漸發(fā)展起來，其可模擬邊坡加載、卸載全過程，可通過嚴(yán)格應(yīng)力、應(yīng)變分析求解邊坡的極限荷載，常用的有有限單元法、有限差分法、耦合算法等。此外，基于非線性理論、系統(tǒng)理論、模糊理論以及人工智能的發(fā)展，不確定分析法逐漸得到推廣應(yīng)用，且呈多學(xué)科、多專業(yè)、多部門融合的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

4 實(shí)例探析山區(qū)公路高邊坡的失穩(wěn)分析及加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 工程概況

本項(xiàng)目為某高速公路工程，項(xiàng)目位于山區(qū)，地形起伏大，呈南高北低的地勢(shì)，屬于剝蝕構(gòu)造低山丘陵地貌單元。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況顯示，K40+787～K40+877段主要沿著山體的坡腰延伸，左高右低，山坡坡腳為縣城，除了局部地段外均為削方邊坡，邊坡坡口線外發(fā)展有多條裂縫，且裂縫的寬度不斷增加，整個(gè)高邊坡的穩(wěn)定性較差。

4.2 邊坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況

根據(jù)前期踏勘與本地補(bǔ)勘顯示，邊坡開口線外山坡上發(fā)育有4條連續(xù)性好的變形裂縫，裂縫情況如表2所示。根據(jù)深部位移監(jiān)測(cè)顯示，測(cè)斜孔CK-3、CK-4在孔深19 m、19.5 m處發(fā)生位移突變。沿著裂縫4往下，可見基巖陡坎局部垮塌，且可見一拉張裂縫延往坡下，細(xì)微變形跡象在三級(jí)坡坡腳一帶消失。根據(jù)調(diào)查結(jié)果推斷，此高邊坡是沿深部一軟弱夾層發(fā)生的滑移變形，同時(shí)根據(jù)邊坡變形破壞范圍、潛在滑動(dòng)面深度(平均厚度14 m)，估算潛在滑坡體方量7×104 m3，且邊坡開挖是邊坡變形主要誘因。

表2 變形裂縫情況

4.3 邊坡穩(wěn)定性分析與計(jì)算

本項(xiàng)目采用極限平衡法(Bishop法)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，本次選用的是Geo-slope計(jì)算分析軟件展開二維極限平衡分析。根據(jù)計(jì)算，工程地質(zhì)剖面1-1′安全系數(shù)為1.00～1.05、剖面2-2′安全系數(shù)為0.986，剖面3-3′安全系數(shù)為0.995。由此可得，計(jì)算結(jié)果實(shí)際情況基本一致，驗(yàn)證了計(jì)算參數(shù)的可靠性，由此可判斷坡體處于不穩(wěn)定或臨界狀態(tài)。參考《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》要求高速公路滑坡安全系數(shù)1.20～1.30，必須對(duì)邊坡進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

4.4 邊坡加固設(shè)計(jì)

基于本項(xiàng)目邊坡工程地質(zhì)特征與穩(wěn)定性分析結(jié)果，設(shè)計(jì)采用削方+錨固的邊坡加固方案。經(jīng)綜合分析，剖面1-1′、2-2′設(shè)計(jì)為5級(jí)坡方案，每級(jí)邊坡坡高10 m，其中，一級(jí)、二級(jí)坡采用原設(shè)計(jì)方案，三級(jí)坡坡比設(shè)計(jì)為1∶1.25，四級(jí)、五級(jí)坡坡比設(shè)計(jì)為1∶1.5，馬道寬度2 m。經(jīng)由計(jì)算顯示，削方無法提高邊坡安全系數(shù)，需進(jìn)行錨固設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目坡體強(qiáng)風(fēng)化厚度大，設(shè)計(jì)采用網(wǎng)格梁+預(yù)應(yīng)力錨索的錨固方案。經(jīng)綜合分析，每級(jí)邊坡設(shè)計(jì)為3根錨索，錨索間距3.5 m、錨索錨固力600 kN、錨索傾斜角度15°～20°。經(jīng)由邊坡安全系數(shù)驗(yàn)算顯示，削方+錨固方案下，剖面1-1′、2-2′安全系數(shù)分別為1.261、1.252，達(dá)到規(guī)范要求的，此加固方案完全可行。此外，剖面3-3′計(jì)算顯示，剪出口部位在坡體開口線外，決定在開口線外坡底低洼、坡度平緩位置設(shè)計(jì)樁板墻或錨拉樁，樁后回填形成坡比1∶3的填土坡，有效提高坡體安全系數(shù)。

5 結(jié) 語

綜上所述，山區(qū)公路是線性帶狀工程，常穿越復(fù)雜地形地貌與不同地質(zhì)構(gòu)造單元，且高邊坡工點(diǎn)多、坡體內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，落實(shí)高邊坡穩(wěn)定性分析十分重要。在工程實(shí)踐中，需合理選擇穩(wěn)定性分析方法，明確山區(qū)公路穩(wěn)定情況，并進(jìn)行針對(duì)性的加固設(shè)計(jì)，全面提高邊坡安全系數(shù)，保證公路施工安全、運(yùn)營可靠。