公路深挖路塹邊坡工程施工監測與動態設計

袁水河 王天星

（云南省交通規劃設計研究院 云南昆明 650011）

隨著當前我國高速公路事業的飛速發展，高速公路施工技術也得到快速發展，但是部分公路深挖路塹邊坡工程施工中，受地形等因素的影響，在進行施工監測與動態設計時往往受到制約。本組主要針對公路山洼路塹邊坡工程施工中易出現的問題進行分析，對施工監測與動態設計問題進行探討。

1 公路深挖路塹邊坡工程施工監測和動態設計的必要性

近年來，在我國西部地區，公路建設發展比較快速，但因為西部地區獨特的地質條件，形成了和其他地區不同的地形地貌，反映在公路建設項目上，在進行深挖路塹邊坡工程時表現出來的問題就比較明顯。主要體現在兩個方面：①因為施工單位在施工前，沒有做好深挖方邊坡工程的防護工作，防護措施不足甚至沒有防護，或者在施工過程中操作不當，開挖后引發塌方或滑坡問題；②在開挖前施工單位雖然對邊坡工程做了防護措施，但措施保守、造價偏高，增加了施工難度。這兩方面問題的發生在客觀上是由工程本身的復雜性引起的，表現在兩個方面：①公路工程沿線較長，要經過在多種多樣的地質體，這些地質體復雜多變，不好把握；②公路邊坡工程規模巨大，而勘查和試驗工作有限，給公路深挖路塹邊坡技術的認識和設計手段上造成了很大的局限。

公路深挖路塹邊坡工程有著復雜多變的特點，存在著各種各樣的問題，本文在公路深挖路塹邊坡施工的實踐經驗上，對工程系統的動態設計和施工監測進行了總結和研究，以促進公路工程建設進一步發展。

2 動態設計的原理與方法

站在信息學的角度，根據對系統信息掌握的程度，可分為明確了解的白色系統和認識模糊的灰色系統。在公路深挖路塹邊坡工程中，勘查和設計階段認識是有限的，掌握的信息是局面的，屬于灰色系統；而隨著施工的進行，接觸到真實的工程地質體，掌握到的信息逐漸具體明確，信息認知轉變為白色系統。在信息的灰色系統時，因為認知的局限性，對工程的防護設計做不到精確合理，但是如果在施工過程中不斷更新信息，對施工技術及時進行修改，就能是工程設計更切合實際，更加合理。施工完成后，為了給以后的相似工程提供借鑒，要對施工前的勘查、設計經驗和施工過程中的監測數據進行歸納總結，以提高下一步的工程施工水平。

和水電、礦山等行業比起來，公路深挖路塹邊坡工程具有勘查深度低、施工周期短等特點。針對幾年來在公路建設中出現的各種問題，本文立足于公路工程實際，總結經驗，吸取教訓，提出了以下幾方面的動態設計方法：①施工前進行詳細的地質勘查。要對公路邊坡工程經過的地質特點進行深入勘查，明確巖體結構特性，分析控制邊坡穩定的主要結構面，對邊坡工程的地質條件做到心中有數。②對影響公路邊坡穩定性的因素，要從地質力學、工程地質類比等多角度進行分析，邊坡的整體穩定性尤為重要，因為公路工程勘查設計時間比較短，主要是運用工程地質類比法。③運用極限平衡、數值計算分析定量判斷公路邊坡工程的穩定性。④根據穩定性評判分析，對公路深挖路塹邊坡工程進行設計和施工。⑤要明確邊坡工程地質結構特性，對其中的薄弱環節采取必要的防護措施，并對施工進行實時監測，監測方法要合理，確定重點監測部位。⑥在邊坡施工過程中，要通過施工監測，及時獲取工程地質信息、技術信息、防護信息等，并依據信息對施工設計做出修改，保障工程順利進行。⑦工程完工后，要對施工過程中的設計資料和監測數據進行歸納總結，以了解引起邊坡變形破壞問題的原因，分析不足，總結經驗，為增強將來工程的穩定性提供寶貴的經驗。

3 施工監測與動態設計實踐

以云南楚廣高速公路為例，該高速起于楚雄市，止于廣通鎮，全長20.28km，于2014年12月建成通車。該高速主要經過山區地帶，包含25座橋梁、34座涵洞及1座長隧道，在施工階段，深挖路塹邊坡施工量較大，本文也以該高速公路為例，對施工中施工監測及動態設計的方法進行分析。

3.1 開挖與防護設計

依據施工前勘查與穩定性分析，進行開挖和防護設計。該路段邊坡工程是比較有代表性的深挖路塹邊坡工程，在施工前，對工程地質運用測繪、槽探、鉆探等方法進行了勘查和物理力學性質研究。該路段邊坡工程所處位置屬于丘陵地區，從下到上分為七個層次：第一層泥巖，第二層細砂巖，第三層粉砂質泥巖，第四層細砂巖，第五層泥質粉砂巖，第六層細砂巖，第七層粉砂質泥巖。緩坡或平臺的地質大部分是泥巖結構，陡坡陡壁的地質大部分是砂巖結構，是典型的近水平紅層砂泥巖互層邊坡。

通過勘查分析，軟巖夾層和陡傾結構面是控制邊坡穩定性的因素，邊坡巖體容易在這些層面產生滑動，引起破壞；陡傾結構面是地表水下滲的通道，容易造成弱面軟化，而下滲的地表水填充陡傾縫隙后，產生的水壓力能使巖體前滑，導致邊坡不穩。邊坡在整體上具有穩定性，邊坡巖體在整體穩定的基礎上，淺層有局部坍塌的可能。

根據邊坡地質勘查和穩定性分析，工程開挖坡比設計為1：1，防護設計以淺層加固為主，使用鋼筋混凝土框架梁，節點設有普通長錨桿，錨桿中部長度為20m，兩側長度為14m。

3.2 施工監測設計

該路段地質結構中，第一、三、五層泥巖是弱面，影響著邊坡的穩定性，是施工監測的重點，但因為邊坡工程施工時間較短，為節約工期，監測要進行動態設計。施工監測設計內容包括：a.地表變形監測。在邊坡平臺和坡頂設置監測點，觀察地表是否變形。b.坡體深部位移監測。分別在邊坡的第7級和第4級平臺上中設置監測孔，觀察邊坡是否滑動。c.對開挖工程地質信息進行測繪。d.監測施工技術信息和錨桿應力。監測平面布置圖見圖1。

3.3 動態監測過程

邊坡工程信息化施工分為四個階段，施工過程見表1。

3.4 信息獲取和施工后的分析評價

開挖工程地質信息和勘查資料基本一致，邊坡巖體不均勻，該高速公路首尾兩端巖體質量存在差異。基于此項地質信息，修改了工程原有設計，將部分長錨桿取消，加強一側坡腳，將漿砌片石護面墻改成鋼筋混凝土護面墻。由于工程地質的差異性，取消了原防護設計中的鋼筋混凝土框架梁將錨桿抑制件改為墊墩。邊坡變形監測主要運用地表監測和深部位移監測，根據監測信息及時做出設計上的修改，保障開挖和防護工程的穩定。

圖1 變形監測平面布置圖

表1 高邊坡工程施工監測與動態設計過程

4 結論

在公路深挖路塹邊坡工程設計上，應采用動態設計法，施工前詳細勘查邊坡巖體結構，對影響邊坡穩定性的因素進行正確判斷，在此基礎上設計開挖和防護工程。在施工過程中要進行動態監測，根據監測信息修改完善原有設計，施工完成后及時歸納總結經驗。本文列舉的云南某高速公路深挖路塹邊坡工程，由于采取了合理的施工監測和動態設計，其開挖和防護工程完成后基本趨于穩定，為公路建設提供了很好的借鑒。

[1]龔峻松，程軼康，吳小文，等.基于有限元法與極限平衡法的山區深挖路塹邊坡施工安全性分析[J].中外公路，2016，36（04）：51～55.

[2]冀永安，楊 鉑.高速公路邊坡設計[J].中國新技術新產品，2011（16）：44.

[3]程強.紅層軟巖開挖邊坡致災機理及防治技術研究[D].西南交通大學，2008.

[4]許堅石，夏波.論高速公路深挖路塹高邊坡的穩定[J].公路與汽運，2016（05）：66～68.

[5]程強，黃紹檳，周永江.公路深挖路塹邊坡工程施工監測與動態設計[J].巖石力學與工程學報，2015（08）：1335～1340.

[6]王廣和.深挖路塹邊坡穩定性評價與滑坡綜合治理研究[A].全國巖土與工程學術大會論文集（上冊）[C].中國建筑學會工程勘察分會、中國土木學會土力學與巖土工程分會、中國地質學會工程地質分會、中國巖石力學與工程學會：2003：9.