黃土地區邊坡防護工程優化設計探討

張昌軍 劉拴奇

（機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

黃土丘陵地區的地形條件、工程地質條件以及水文地質條件復雜，同時隨著工程建設的推進，高邊坡工程日益增多，隨之而來的邊坡防護工程的工作難度和工程量日益增大。黃土本身存在著原生、次生（或改造后）不連續面，黃土結構性強，具有獨特的孔隙結構、裂隙、垂直節理及水敏性，這對對黃土地區的邊坡穩定性影響較大。與此同時，黃土邊坡自身土體節理影響較大，易被雨水沖刷侵蝕。因而在各項工程的具體設計過程中，需要充分考慮到區域性的特殊情況，繼續采用老舊的思路、方法來執行，施工中施工速度慢，不僅無法得到預期效果，還會造成新的挑戰和疏漏現象。本文從目前黃土地區邊坡防護工程的設計存在的不足點著手，進行黃土地區邊坡防護設計的優化探討。

1 黃土地區邊坡防護工程設計存在的不足

1.1 勘察資料不詳細

1、受地形條件限制，邊坡區域傳統的勘察手段無法全部實現，勘察資料不詳細。邊坡工程設計需依據詳細的勘察資料，但是黃土溝壑區地形地貌復雜，往往大部分高邊邊坡區域地形陡峭，無法形成勘察作道路和平臺，傳統的勘察鉆機設備無法進行鉆進勘探；如若采用人工開挖探井，探井深度也僅限于10m之內，很難全面、詳細的反應邊坡區域工程地質情況。

2、工程偏重于室內試驗，很少進行現場測試。限于邊坡勘察費用和操作難度，黃土丘陵溝壑區域的勘察中土體力學參數往往通過室內試驗獲取，很少進行現場原味試驗，尤其土體的抗剪強度試驗。因室內試驗和現場試驗的土體所處的力學狀態不同，因而獲取的土體抗剪強度參數有很大差別。此外，往往采用的是直接剪切和固結快剪，很少進行進行固結剪切試驗并考慮土體飽和強度參數，這往往給造成設計選用的土體力學參數偏保守或者不準確。

1.2 設計中對邊坡及其影響區域工程地質條件考慮不詳細

目前，邊坡防護設計中采用的定量分析方法主要是建立在極限平衡理論上的力學計算方法，主要包括瑞典法、畢肖普法、簡布法、不平衡推力法等。設計人員對缺乏對勘察資料的詳細研究和現場調查，設計中往往只重視勘察資料中土體抗剪強度指標，然后借助相應的邊坡計算軟件，采用極限平衡理論分析邊坡安全性，進而進行邊坡的防護設計，從而造成邊坡設計的考慮不全面。

1.3 選用設計方案缺乏針對性

邊坡勘察與設計往往是不同單位和人員參與完成的，設計過程中對邊坡及其影響區域的工程地質條件分析往往不足。邊坡設計中常利用工程類比法為主，缺乏對特定邊坡地質情況和力學參數的分析研究。邊坡穩定計算中，以二維極限平衡分析計算為主，進行三維邊坡穩定分析較少。在施工中，很多施工企業并沒有制定一套有針對性的施工方案，往往會將以前方法和經驗照搬照用。

2 黃土地區邊坡防護工程的優化設計探討

2.1 結合邊坡專項勘察，確保邊坡勘察的資料的準確可靠

應結合黃土地區特殊的地質情況，制定針對性強的專項勘察方案，對擬建邊坡及相應的影響區域的工程地層地質條件、土質構成、地下水排滲流情況進行詳細勘察，采用新的物探和測試手段，查明邊坡及其影響區域的地質條件、可能的地下管線、土體力學參數等；勘察中應盡可能的結合室內試驗，進行現場邊坡土體固結剪切試驗，室內試驗應以原狀土固結不排水、固結排水、飽和土體固結不排水試驗為主，為邊坡設計提供詳細的力學參數。對于無鉆機作業平臺邊坡區域，應著重借鑒“動態勘察設計、信息化施工”的思路，結合施工勘察，做好相應坡體開挖中的勘察作業，準確反映工程地質情況，進而由設計單位進行動態設計，并加強監測，確保邊坡安全穩定。

2.2 邊坡穩定安全標準和計算方法的探討

《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）、《高填方地基技術規范》（GB51254-2017）等規范中對邊坡安全系數的有所規定，筆者建議目前建設中的高邊計算工況和安全系數標準應參照《高填方地基技術規范》（GB51254-2017）進行。根據地質、地形條件及邊坡高度等因素，合理選擇土體參數，選擇不少于 2個具有代表性剖面進行計算，優先選用現場剪切試驗指標，分析邊坡在天然狀態、降雨狀態、地震狀態下坡體穩定情況；復雜場地除進行邊坡二維極限平衡分析外，尚應結合數值模擬手段進行三維穩定性計算分析，綜合評價和選取邊坡防護方案。

2.3 邊坡防護設計方法的選取與優化

黃土邊坡區域巖性一般從上而下依次為Q4新近堆積黃土、濕陷性黃土層（Q3為主）、非濕陷性黃土層（Q2為主）組成，下伏深部地層為第三系紅粘土和強～中風化泥砂巖，產狀平緩，整體較穩定。邊坡的設計應綜合考慮邊坡工程地質、水文地質、邊坡高度、地基巖土特性、場地施工要求及施工條工藝等綜合性因素。常用的邊坡防護處理措施有：放坡+坡面防護措施、支擋防護措施兩大類。放坡+坡面防護措施，依靠坡體自身穩定，對于高邊坡支護成本低，節約造價，但削坡在一定程度上破壞了原有自然邊坡植被，易造成水土流失。支擋防護措施，采用抗滑樁、預應力錨索、錨桿支護體系并結合局部坡面防護措施，加強坡體穩定，相對而言造價高，支擋結構壽命有限。結合工程建設經驗，對于高度低于 30m、用地受限的邊坡應采用支擋防護措施；對于高度大于 30m、存在放坡條件的邊坡應采用放坡+坡面防護措施，工程建設中應結合安全、經濟適用的原則，綜合考慮兩種方法。填方邊坡優先采用放坡+坡面防護措施的防護方法。

2.4 合理設計邊坡坡型

黃土邊坡設計中，應合理優化坡高、坡比和平臺寬度三者之間關系。尤其在采用放坡法設計中，坡高越高，增加坡比，加大平臺寬度，坡率降緩，邊坡安全性增大；但是坡比越大，邊坡坡面受雨水沖刷加劇，且開挖土石方量增加，造價加大。確保邊坡安全可靠的前提下，邊坡設計中應對三者進行優化組合，選擇合理的邊坡坡型。對于地質結構對邊坡穩定、下部地質條件好的挖方高邊坡，采用放坡法防護時，可采用下陡上緩放坡模式；填方邊坡采用下緩上陡的坡型。同時，在坡高1/3處設置寬平臺，以減少坡體應力，增大坡體穩定性。

2.5 加強坡面防護和排水措施

無論是采用支擋防護措施還是放坡措施，在保證坡體穩定的前提下應加強坡面防護，防止坡面受雨水沖刷、剝離，引起坡面的滑塌。坡面防護措施包括漿片石（塊石）護面、拱形骨架植草護面、植物護坡等坡面保護措施。同時，做好邊坡土石結合面處的坡面滲水（地下水）的疏導措施，以及坡面截排水措施。此外，加強邊坡防護工程中“動態化設計、信息化施工”的管理與監督體系，對存在的問題針對性、及時解決，確保工程質量。

3 總結

黃土地區邊坡防護工程的設計，應從邊坡勘察著手，詳細弄清楚工程地質條件、土體力學參數；結合工程建設經驗，探討和選取合理的支護方法；選擇合理的邊坡坡型，并選用新技術，因地制宜，加強坡面防護和排水措施，對邊坡防護措施進行科學的探究與優化，確保邊坡設計的安全穩定、經濟合理。