公路路基高邊坡穩定性及工程對策研究

張成明

（四川路航建設工程有限責任公司， 四川 南充 637000）

0 前言

近年年來，我國公路建設的發展處于高速發展階段，使我國公路的里程不斷增加，同時高水平的公路的數量也在逐年增加并且開始逐漸向山區擴展。由于山區陡峭，地質條件復雜以及高速公路上有許多高速公路和深基坑。這就導致在公路施工過程中相關技術人員更加的關注邊坡穩定問題。路基邊坡是公路建設過程中的關鍵因素，其包括填筑路堤邊坡和開挖路塹邊坡。在工程施工過程中，需要考慮的問題主要是路塹高邊坡的穩定性和災害處理。

1 路基高邊坡穩定性分析方法

在公路建設施工過程中影響公路穩定性有多種因素其中包括：施工場地的地質條件（包括地層巖性、地質構造、風化程度和邊坡巖體水文地質條件）、人工整治的程度（如坡形、坡率、坡高及加固措施的設計）、施工工藝及施工順序等（如損壞植物、損壞邊坡等）。上述因素的相互影響對邊坡的行為和安全性起著決定性作用。

在對高邊坡的穩定性進行分析時，采用的方法主要有兩種，分別為定量分析和定性分析，分析方法在經過不斷的發展逐漸由定性分析發展為定量分析，這兩種分析方法是相互補充，協調作用的。

定性分析法主要有自然歷史分析法、工程類比法和圖解法三種分析方法。其中工程類比法是指通過對施工過程中開挖邊坡附近的人工邊坡和公路邊坡相比較 ，分析高邊坡的穩定性，從而確定邊坡設計過程中的參數和邊坡的設計方法。圖解法是指通過綜合運用邊坡巖體的地質力學方法來確定邊坡變形破壞模式。

定量計算法是指由于邊坡類型各不相同，對其穩定性分析的原因不同以及分析的精度要求也不同，這就使分析方法可以分為剛體極限平衡分析法和數值分析法。邊坡的穩定性和推力大小可以由極限平衡法定量測得，在工程中有著廣泛的應用。

滑動面上的破壞載荷的大小可以通過考慮滑動面形成的隔離器的靜態平衡來獲得。極限荷載即最小的破壞荷載，與其相對應的面是最危險的滑動面。近些年來，許多學者在剛體極限平衡法方面進行了大量的研究并對其進行了改進。該方法的發展大致可以概括為兩個方面。首先是要關注最危險的滑移弧位置的規律，要制作表格和曲線，減少計算工作量，其次需要對之前作出的假設進行修正和補充，然后依據設計要求提出一種更符合實際情況的計算方法。簡化計算模型的方法主要有：1）假設土壤帶的作用力大小,，簡化Bishop法假定所有的水平力Xi大小為零；2）假定土壤帶作用力之間的夾角，水平力Xi與豎向力Ei的交角或條間力合力的方向；3）假定作用力作用的位置。

經過研究發現，以上各種假設中在具有合理性要求的前提下所得到的安全系數并不能有效的減少未知量。由于計算機技術的高速發展，我們可以通過對各種假設進行編程處理尤其是危險程度最高的滑動面。并且許多分析方法和計算機處理軟件也得到廣泛開發和應用，可以通過這些計算機軟件以及計算方法，實現自動查找和計算危險程度最高的滑移弧以及中心位置，使繁雜的計算得到有效的簡化。

此外，由于邊坡工程是一個復雜的開放系統，影響邊坡的因素很多，而且具有相當的隨機性、模糊性和不確定性，存在許多問題和缺點，有時甚至無法進行傳統的計算分析。機械力學方法。近年來，在吸收耗散理論、協同理論、混沌理論、隨機理論、模糊理論、灰色系統理論、突變理論等理論的基礎上，在高邊坡研究中開發了一批非確定性分析方法。能力分析理論。主要研究方法有：邊坡穩定可靠度分析法、隨機過程法、模糊數學法、灰色系統預測法、滑坡失穩分析法、人工智能法和人工神經網絡法。

2 高邊坡穩定性分析實例

公路高邊坡位于重山丘陵區。該山的地表由厚度為0.5-5.0m的粘土和粘土組成，是一個完全風化的花崗斑巖，坡度比為1：1，還有一個2m的斜坡臺地。為了定量分析其整體穩定性，利用土壤坡度計算花崗巖風化斑巖，計算出高度為 5m，上部為 C＝32kPa，φ＝31°，下部C＝10kPa，φ＝36°；分類高度為6m，上部坡度為1∶1.5，下部7級坡度比為1：1。用簡化的Bishop方法計算總體安全系數K＝1.187。

3 工程對策

3.1 系統治理

通過計算結果可以看出，公路施工過程中的邊坡是基本穩定邊坡（穩定系數k= 1.10-1.20），也就是說，工程施工場地的地質條件比較普通，較差的地質特征和結構面比較少。這樣由于外部環境的影響，邊坡的變形量和局部的破壞程度就比較小。在施工過程中不 用加強坡面的硬度，僅需要調整邊坡的角度。

在進行坡形和坡率設計時，需要在施工場地的地下和地面排水設施完善的前提下對其進行設計，同時在設計邊坡坡度時綜合考慮邊坡在緩滑條件下的巖土的特性。減少工程的加固措施，同時，可以通過加強邊坡的防護，實現邊坡穩定性的提高。在進行邊坡加固時需要在必須要對其進行加固時進行。

混凝土邊坡設計為臺階式邊坡，臺階間設置有破壞平臺。臺階高度為 60m，平臺寬度為2.0m，由于土坡高度高，邊坡的破碎變形是可能的。高1.5m的低擋土墻設置在坡腳處。邊坡表面受到錨桿框架的及時保護。可以改善邊坡的應力和變形條件，防止坡腳附近的應力集中，保證邊坡的穩定。

在施工過程中，因為邊坡的最大施工高度為50m,會導致開挖后邊坡松動甚至產生變形。為了解決這一問題可以采用預加固的方法，，通過坡度開挖和分級加固，減小邊坡的變形，確保邊坡的穩定性。同時需要采用機械挖掘和光面爆破的方式以確保邊坡的穩定性，為了排放斜坡裂隙中的水需要安裝一排斜排水孔。

3.2 動態設計、信息化施工

在進行邊坡設計時，往往由于高邊坡所具有的復雜性和多樣性以及在地質鉆探過程中的局限性，最初所提出的設計方案并不能滿足實際的工程要求。這就需要設計師在進行設計時使用動態設計的方法，實時調整設計方案。在對高邊坡進行動態設計時需要綜合考慮邊坡多重影響因素，重視邊坡的災害類型和產生原因的時間效應。在施工過程中通過對各方面的監控數據和邊坡所揭示的實際地質條件的分析，實現對高邊坡穩定性進行定性、定量分析 以及系統分析。必要時對設計方案進行調整，從而根治高邊坡所帶來的危害，確保施工安全。

在工程施工過程中，為了有效的指導監督施工過程，確保施工過程的安全實施以及監管的效果，需要重視監督管理工作。對于邊坡施工的監測主要是對地質條件、邊坡高度和加固量進行監測。同時需要在施工工程圖設計時對其進行統一的規劃和布置。

3.3 邊坡綠化

邊坡的坡面施工材料大多為強風化花崗巖，在施工過程中為了促進坡面的生態恢復，上風化1∶1.5斜坡和強風化花崗巖受到拱窗孔式保護的保護，1：1坡度的下斜坡受到錨定的保護。用植物方法在框架中種植具有較小坡度和斜坡的直坡草種子，斜率為1∶1。植物主要由山坡上的草叢和灌木組成，當地的樹木在平臺、斜坡頂部和坡腳處裝飾。采用這種綠化方法所具有的的優勢為維護成本低，生態效益比較顯著。同時因為邊坡的雨量比較充足，這就可以有效的實現坡面的綠化，改善公路的整體景觀。

4 結語

由于路程長，地質條件復雜，工程施工初期需要對高邊坡穩定性分析和災害控制進行嚴格的把關。高邊坡災害對整個公路的質量起著關鍵性作用，有效的治理是公路施工過程中的關鍵部分。在工程施工過程中，為了有效的指導監督施工過程，確保施工過程的安全實施以及監管的效果，需要重視監督管理工作。在信息化施工中，應根據工程實際監測數據和施工開挖所暴露的地質條件，及時科學合理地進行設計變更。