某公路路塹高邊坡穩定性分析及支護設計思考

楊光清 徐峰 李海平

摘 要：以某在建公路路塹高邊坡為例，結合工程地質條件詳細分析路塹高邊坡潛在破壞模式，采用極限平衡分析法開展邊坡開挖前后不同工況條件穩定性研究，采用綜合治理措施的設計思路，提出針對性的邊坡支護設計方案，可為類似路基邊坡設計提供借鑒。

關鍵詞：深挖路塹;高邊坡;穩定性分析;支護設計

0 引言

隨著基礎交通設施的開發建設，公路建設重心向山區轉移，在復雜的地形、地貌、水文和地質條件下，公路無法避免的形成諸多高邊坡，這些高邊坡在建設中如果沒有采取合理設計、支擋，將在建設或運營過程中產生大量病害[1-2]。為了提高公路路基邊坡穩定，解除路塹高邊坡對公路的威脅，在開展公路邊坡設計的過程中，我們需要詳細的調查邊坡所處的氣象水文、地形地貌、地層結構等工程地質基礎資料，根據地質資料建模進行穩定性分析，在保證路基邊坡穩定的情況下結合環境保護的理念，選用合理的邊坡坡率及邊坡支擋形式。

1 工程概況與工程地質環境

1.1 工程概況

某擬改擴建公路采用雙向四車道一級公路、路基寬度20 m、設計車速60 km/h的建設標準。其中，K51+335～K51

+395段右側為土石二元介質邊坡，路線通過該路段勢必形成路塹高邊坡，上覆碎石土層厚度11 m～12 m;其下為全風化粉砂質泥巖，厚度13 m～13.5 m;下伏強風化粉砂質泥巖。原有公路運營多年，邊坡整體穩定性良好，該路段既有公路邊坡裸露，主要問題是風化剝落和局部零星掉塊問題，在雨季集中、連續降雨期間偶有局部滑塌和掉塊情況，邊坡及所在斜坡整體穩定性良好，既有問題多為坡面表層問題。邊坡開挖后，原有的平衡狀態被打破，邊坡存在類土質圓弧滑動破壞及土巖界面滑動破壞的風險。

1.2 工程地質環境

工區位于北溫帶半干旱大陸性季風氣候區，年平均降水量571.7 mm，主要集中于7-9月份。場地地貌單元屬構造剝蝕低山區，邊坡自然斜坡坡度約25°～75°，地形起伏較大;邊坡原地層主要為上覆碎石土（Qdl4），層厚度8 m～18 m，受地形條件控制，土層厚度變化較大;其下為全風化粉砂質泥巖（∈m），厚度13 m～13.5 m;下伏強風化粉砂質泥巖（∈m）。

2 邊坡現狀-開挖后穩定性分析

2.1 工況選取及計算方法

（1）計算工況。根據項目區地理條件及周邊環境條件，選取以下兩種工況：

工況一：天然狀態+自重;

工況二：暴雨狀態+自重。

（2）安全系數選取。根據《公路路基設計規范》（JTJ D30-2015）[3]規定：一級公路路塹邊坡的安全系數應采用1.20～1.30;考慮多年暴雨的附加作用影響時，安全系數應采用1.10～1.20。

根據上述規定，本次路塹邊坡在工況一安全系數取K=1.20;工況二安全系數取K=1.15。

（3）計算方法。目前用于計算邊坡穩定性的方法可以大致分為3類：極限平衡分析法、數值分析法和概率法。而極限平衡法是目前用得最多、最為成熟的一種計算方法[4]。對折線形滑動面采用基于極限平衡理論的不平衡推力法（隱式解法）進行穩定性系數及剩余下滑力計算，對圓弧形滑動面，采用簡化Bishop法計算[3]。本邊坡為土巖混合邊坡，邊坡破壞模式存在土巖界面滑移穩定性問題、松散土體和軟質破碎巖體出現類土質邊坡圓弧滑移破壞問題、風化剝落及土體溜滑問題，故本邊坡穩定性采用不平衡推力法（隱式解法）、簡化Bishop法進行計算。

（4）巖土參數。在參考地質成果報告基礎上，結合反演分析確定選用指標：

2.2 邊坡現狀反演算分析

反演算采用類土質邊坡圓弧滑動破壞反演算分析及土巖界面穩定性問題邊坡反演算分析：

現狀坡面類土質邊坡圓弧滑動破壞驗算：天然工況下為穩定性系數Fs=1.053（基本穩定狀態）;暴雨工況下為穩定性系數Fs=1.046（欠穩定狀態）。

現狀坡面土巖界面滑動破壞驗算：天然工況下為穩定性系數Fs=1.284（穩定狀態）;暴雨工況下為穩定性系數Fs=1.217（穩定狀態）。

該坡面現狀裸露，整體穩定性良好，雨季集中期間偶有局部滑塌和掉塊情況，計算結果與邊坡現狀吻合，巖土參數選取合理。

2.3 邊坡支護方案初擬

邊坡形式一般有折線式和臺階式邊坡，設計人員應根據具體路段邊坡的土體特性、地形、地貌、邊坡開挖高度及是否存在不利滑動面等因素[5]，采用不同形式坡率及防護形式。根據場地地質條件，遵循對原坡面盡可能少的擾動原則，擬定采用臺階式邊坡，第一級邊坡坡面垂直，采用抗滑樁支護，第二級及以上邊坡坡率1：0.75，采用錨索（桿）框架支護，每級邊坡坡高不超過10 m，坡腳碎落臺1.5 m，邊坡平臺2 m，結合坡面排水防護措施，邊坡最大高度達30 m。

穩定性計算分析：

說明：穩定性系數<1，為不穩定，1≤穩定性系數<1.05，為欠穩定，1.05≤穩定性系數<安全系數，為基本穩定，安全系數≤穩定性系數，為穩定[6]。

由上表知：

邊坡土巖界面滑動破壞現狀：天然工況下為穩定;暴雨工況下為穩定。

開挖后未支護：天然工況下為穩定;暴雨工況下為穩定。

邊坡類土質圓弧滑動破壞現狀：天然工況下為基本穩定;暴雨工況下為欠穩定。

開挖后未支護：天然工況下為不穩定;暴雨工況下為不穩定。

開挖后且支護：天然工況下為穩定;暴雨工況下為穩定。

通過對比分析得出，該邊坡未開挖前，邊坡整體穩定性較好，雨季集中季節局部會出現滑塌失穩情況等坡面表層問題;邊坡開挖后，原有的平衡狀態被打破，邊坡穩定性不滿足規范要求，邊坡破壞模式為類土質圓弧滑動破壞，因此，通過對邊坡采取支擋防護加固，支護后邊坡穩定性兩種工況下均滿足規范要求。

3 邊坡支護設計

根據支擋位置滑坡推力水平分力2 341.8 kN/m，對該處支擋進行結構設計。第一級邊坡設置錨拉樁板墻，坡高10 m，第二、三級邊坡采用1：0.75坡比放坡，坡高按10 m控制，第二級坡面采用錨索框架防護，第三級坡面采用錨桿框架防護，框架內掛CF網植草防護，坡腳碎落臺1.5 m，邊坡平臺2 m，平臺及邊坡后緣設置截水溝;坡面輔以仰斜式排水孔的綜合治理措施。施工時嚴格遵循“逐級開挖、逐級防護”原則，落實好施工期間的巡查監控，如邊坡出現異常應及時通知業主、設計單位，共同商量對策，確保邊坡穩定，施工安全。

4 結束語

通過實際工程案例詳細解析路塹高邊坡設計過程，在地勘工作完成的基礎上，對邊坡現狀穩定性有了初步的認識，判斷其可能出現的破壞類型，根據行業現有的技術方法進行定量分析計算，最終得出最優設計方案，得出以下結論：

（1）巖土參數的選取是邊坡穩定性分析計算的根本，尤為重要，在參考地質成果報告基礎上，結合反演分析復核確定選取巖土參數。

（2）由于巖土工程復雜性，邊坡穩定性計算應多方面考慮，通過對可能出現的破壞模式，分別進行穩定性計算。

（3）邊坡穩定性受大氣降雨的影響非常大，“十滑九水”十次滑坡九次跟水有關。所以在支護設計中邊坡內部、坡面排水不能忽略。

（4）邊坡形式、坡率及支護措施的選擇上，應結合安全、經濟合理、施工可行、因地制宜的原則，本工程案例場區巖體受構造影響，巖層產狀較亂，褶曲較為發育，巖體較為破碎，覆蓋層較厚，含有較多碎塊石分布，所以在設計中應盡可能避免對原有坡面大面積擾動，因此前期造價上成本較高，但是公路工程作為長久營運工程，經濟方面應從全壽命經濟方面考慮，提高建設成本，可以很大程度降低其運營維護成本，符合安全、經濟合理原則。

參考文獻：

[1]柴賀軍，李海平，王俊杰.山區公路斜坡地形路基病害類型及處治方法[J].公路交通技術，2008（6）：1-5.

[2]胡浩.山區公路滑坡災害的研究與防治[D].長沙：中南大學，2010.

[3]中交第二公路勘察設計研究院有限公司.JTGD30—2015，公路路基設計規范[S].人民交通出版社股份有限公司，2015.

[4]陳祖煜.土質邊坡穩定分析（原理.方法.程序）[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[5]李學紅.高邊坡支護結構設計施工淺析[J].福建建材，2013（7）：68-69.

[6]中交第二公路勘察設計研究院有限公司.JTG/T3334-2018，公路滑坡防治設計規范[S].人民交通出版社股份有限公司，2013.