公路高邊坡設(shè)計(jì)方案比選研究

呂文兵

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢201912）

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路建設(shè)的步伐越來(lái)越快，對(duì)公路建設(shè)的要求也越來(lái)越高，公路高邊坡治理作為公路施工過(guò)程和公路后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全保障措施也更加被重視，高邊坡的安全與穩(wěn)定邊坡自身的高度和坡度、土體性質(zhì)、水文和人工防護(hù)措施密切相關(guān)，大型高邊坡的失穩(wěn)具有突然性、速度快、危害大的特點(diǎn)，因此有必要對(duì)高邊坡的防護(hù)進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，采用合理的措施保證邊坡的穩(wěn)定與安全。

1 工程介紹

1.1 項(xiàng)目概況

省道S366 K6+550～K6+810 路段左側(cè)為深路塹路段，山體坡度為50°，邊坡坡腳坡度達(dá)到90°，邊坡高度55 m 左右，且邊坡被雨水侵蝕嚴(yán)重，風(fēng)化程度高、強(qiáng)度低，部分地段時(shí)常有山石滑落威脅行車(chē)安全，現(xiàn)取其典型斷面進(jìn)行研究分析，進(jìn)行邊坡防護(hù)工點(diǎn)設(shè)計(jì)。開(kāi)挖坡面為中風(fēng)化粉砂巖夾泥巖，巖層產(chǎn)狀190°∠8°，邊坡為逆向坡。貫通性裂隙發(fā)育，主要有兩組，其產(chǎn)狀分別為90°∠70°及30°∠65°。

1.2 地質(zhì)情況及參數(shù)

原始地貌屬剝蝕低山，局部為山間谷地，地形略有起伏，地表有積水。上覆地層主要為第四系人工填土、殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為志留系粉砂巖夾泥巖。地下水主要為第四系松散巖層孔隙水及基巖裂隙水，較發(fā)育，線(xiàn)路通過(guò)處未見(jiàn)明顯不良地質(zhì)作用，主要力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和主要參數(shù)

2.1 邊坡等級(jí)

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）邊坡高度及其損壞后可能造成的后果，結(jié)合該二級(jí)公路現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將該邊坡安全等級(jí)取為二級(jí)，允許穩(wěn)定安全系數(shù)取1.25。

2.2 水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散層孔隙潛水及基巖裂隙水；孔隙潛水含水層主要為碎石土層，基巖裂隙水含水巖層為粉砂巖，主要分布于風(fēng)化裂隙中；勘察期間，鉆孔內(nèi)揭露有地下水，無(wú)固定水位。

2.3 坡面荷載

邊坡為山體挖方邊坡，不考慮坡面荷載。

2.4 地震參數(shù)

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，場(chǎng)地基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，設(shè)計(jì)地震分組第一組。按規(guī)范修正后，場(chǎng)區(qū)Ⅰ類(lèi)地震動(dòng)峰值加速度值為0.04g，加速度反應(yīng)譜特征周期為0.25 s，設(shè)計(jì)地震分組第一組。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

常見(jiàn)的邊坡治理方案一般可歸納為三類(lèi)：

（1）植物防護(hù)：噴播植草、鋪草皮。

（2）工程防護(hù)：漿砌護(hù)坡、護(hù)面墻、各類(lèi)擋墻等。

（3）綜合防護(hù)：三維網(wǎng)植草、框架植草等。

植物防護(hù)不僅可以對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)使得公路邊坡和大自然完全融為一體，還可以防止水土流失調(diào)節(jié)氣候，施工效率高、成本低，但是對(duì)于高度大、坡度抖的邊坡防護(hù)能力不足且路堤摻灰土?xí)r植被的成活率很低。工程防護(hù)對(duì)邊坡的穩(wěn)固作用很明顯，實(shí)用性較強(qiáng)，可以對(duì)高陡邊坡進(jìn)行防護(hù)，但是缺少美感，與周?chē)h(huán)境對(duì)比顯得不協(xié)調(diào)，與公路設(shè)計(jì)中綠化環(huán)境的宗旨不是很匹配。綜合防護(hù)不僅在一定程度上滿(mǎn)足了綠化要求，也滿(mǎn)足邊坡防護(hù)的要求。

表1 現(xiàn)狀邊坡設(shè)計(jì)巖土參數(shù)

3.1 自然狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀邊坡偶爾有土石掉落，邊坡前后路段存在淺層滑塌，有必要分析自然狀態(tài)下邊坡的安全穩(wěn)定性（見(jiàn)圖1）。

圖1 現(xiàn)狀邊坡計(jì)算圖

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)狀坡面穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算可知，自然狀態(tài)下邊坡安全系數(shù)小于1，但是經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和對(duì)周邊居民的詢(xún)問(wèn)得知這段坡體沒(méi)有整體失穩(wěn)，只是偶爾有土石掉落，因此可以判定此坡體處于穩(wěn)定但不安全狀態(tài)。

3.2 植草防護(hù)

按照設(shè)計(jì)坡率直接削坡，自坡腳至坡頂按照1∶0.5 的坡率進(jìn)行削坡，邊坡每8 m 高設(shè)置2 m 寬的護(hù)坡道，最上一級(jí)邊坡坡率放緩為1∶1。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，植草防護(hù)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.855 小于自然狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)0.881，所以必須對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性需要，也考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的難度大小，并結(jié)合項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?duì)綠化的要求，該段高邊坡采用框架植草防護(hù)（見(jiàn)圖2）。

圖2 植草防護(hù)邊坡計(jì)算圖

3.3 框架植草防護(hù)

按照1∶0.5 進(jìn)行削坡，每8 m 為一級(jí)邊坡，每級(jí)邊坡設(shè)置2 m 的護(hù)坡道，坡面平整后施工φ25 預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長(zhǎng)8 m，位于框架梁節(jié)點(diǎn)處，間距為2 m，錨桿與水平俯角為15°，框架規(guī)格為2 m×2 m，框架梁規(guī)格為30 cm×30 cm，采用C20 混凝土現(xiàn)澆。框架內(nèi)采用植草防護(hù)（見(jiàn)圖3）。

圖3 框架植草防護(hù)邊坡計(jì)算圖

3.4 加寬護(hù)坡道+ 框架植草防護(hù)

為防止坡面滾落碎石土對(duì)下面車(chē)道行車(chē)造成的不安全影響，將每三級(jí)邊坡的護(hù)坡道加寬為5 m 修成一個(gè)平臺(tái)，在對(duì)每級(jí)邊坡進(jìn)行框架植草防護(hù)，框架植草防護(hù)的具體形式同框架植草防護(hù)（見(jiàn)圖4）。

3.5 預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)

將加寬護(hù)坡道+ 框架植草防護(hù)中的錨桿換成預(yù)應(yīng)力錨索并計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)。

圖4 護(hù)坡道加寬邊坡計(jì)算圖

幾種不同工況下的坡面穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)狀坡面穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

根據(jù)框架植草防護(hù)的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，穩(wěn)定安全系數(shù)很接近允許安全系數(shù)，為了充分保證邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，現(xiàn)將第三級(jí)邊坡的護(hù)坡道拓寬為5 m，起到給下面邊坡卸載的作用，計(jì)算得到此時(shí)的安全穩(wěn)定系數(shù)為1.417，較護(hù)坡道拓寬前增加11%。而將錨桿換成錨索支護(hù)，安全系數(shù)僅提高了5.4%，對(duì)邊坡穩(wěn)定作用并不明顯。

4 不同支護(hù)方案的可行性與優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)表4 的結(jié)果，對(duì)比這兩種防護(hù)方式，護(hù)坡道加寬雖然比正常寬度造價(jià)高23.24 萬(wàn)元（加寬護(hù)坡道之后挖方量有所增加），但是對(duì)于邊坡穩(wěn)定性有所提高，下面三級(jí)坡的荷載變小，加寬的護(hù)坡道給上面挖方段提供了一個(gè)很好的緩沖平臺(tái)。同時(shí)給施工提供了相對(duì)較大的空間，增加了施工的安全性和便利性。寬的護(hù)坡道可以增加綠化、種植灌木等，使景觀(guān)更加協(xié)調(diào)。

表4 方案指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

因此本文推薦邊坡中間加寬護(hù)坡道并采用框架植草防護(hù)的方式進(jìn)行防護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，為保證邊坡的充分穩(wěn)定，對(duì)于高邊坡可采用掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)，每三級(jí)邊坡可加寬一個(gè)護(hù)坡道以給下方邊坡卸載的同時(shí)給上方邊坡提供足夠的施工空間和緩沖平臺(tái)。