邊坡選路塹高邊坡穩定性評價及優化設計

郭飛

摘要：開挖深路塹邊坡是公路路基建設的重要方式，其主要作用是對道路縱坡等標高進行控制，由于這類施工往往需要在復雜多變的地形中進行，需要施工人員合理的選擇安全防護措施和開挖方案。本文將首先介紹邊坡選路塹高邊坡優化設計和邊坡普查內容，然后再與相應工程案例相結合對高邊坡穩定性評價和優化設計問題進行深入分析。

關鍵詞：邊坡選路塹;高邊坡;優化設計;穩定性評價

在工程建設過程中，能否有效控制路塹高邊坡的變形和安全穩定性是決定能否順利完成施工的重要因素，所以，必須保證路塹高邊坡穩定性評價準確、科學。

1、邊坡選路塹高邊坡優化設計內容

公路施工大多都是分為不同標段進行開展，并且各個標段的施工都是由不同施工單位負責，再加上眾多數量的高邊坡以及各種各樣的地質，會在很大程度上提升優化設計以及施工工作的難度。在優化邊坡選路塹高邊坡設計方面主要存在以下內容：（1）科研單位應該以重點邊坡篩選、設計優化方案、高邊坡普查等工作為主要目標，與施工現場實際條件緊密結合，對相應的研究工作進行開展。通過高邊坡普查的方式來了解和評價全路段高邊坡的穩定性，并與調查結果相結合，分別對擁有好穩定性和擁有較差穩定性的高邊坡進行相應的優化設計[1]。（2）科研單位在施工資料詳實和科學研究的基礎上，提出合理建議對原設計方案進行優化。結合施工資料和科研單位的建議，需要業主進行合理選擇，設計單位應該及時進行優化，監理以及施工單位應該及時監督和開展施工過程，保證高質量的開展施工，并在實際施工過程中有效應用研究成果。一旦施工過程中有重大設計變更出現，需要業主組織專家進行評審，然后結合評審意見對相應的設計進行優化，在施工過程中監理單位應該嚴格控制施工，保證施工人員按照優化設計方案開展施工。

另外，在施工過程中有效、快速的應用相關科研成果，能夠為正常進行高邊坡施工提供保障，同時為公路運營的安全提供保障。在優化高邊坡支護前，應該嚴格開展高邊坡普查的工作，完成相應資料的獲取，結合穩定性評價結果和普查結果來優化支護設計。

2、邊坡選路塹高邊坡普查

高邊坡普查是邊坡選路塹高邊坡支護優化設計前的基礎性工作[3]。高邊坡普查需要以充分分析前期勘察資料為基礎，進一步研究高邊坡附近的地質情況，并與研究結果相結合對開挖地段附近的巖體結構進行重點分析，結合實際的巖土結構和地質情況開展實驗研究。在對邊坡穩定性進行分類時應該采取定量研究與定性研究相結合的方法，從而為進一步優化設計方案提供方便，使優化方案能夠更好的與自然條件相適應，為施工提供有效幫助。邊坡普查的主要目的就是區分邊坡的穩定性，從而為優化方案的設計提供方便，并對需要重點研究的邊坡進行篩選。

3、工程案例分析

3.1 工程基本特征

這一邊坡選路塹高邊坡以薄層狀砂巖與泥質粉砂巖為主要成分，擁有53°的坡角和地層傾角，屬于順層邊坡，原工程采用10m至12m框架錨桿防護設計。但是在開挖邊坡時破壞了諸多淺層順層，最大的裂縫出現20cm錯臺以及50cm寬度。針對這種情況，科研單位及時判斷巖體結構的性質，對高邊坡優化設計進行合理指導。

3.2 穩定性評價

在有效研究變形機理與過程的前提下，對信息技術、力學理論進行合理利用，利用數值模擬的方式還原高邊坡變形過程，結合模擬結果準確評價高邊坡穩定性，在實際分析時可以采用DDA法、離散元法以及有限差分法等科學的方法。

（1）對離散元法進行利用，通過對巖石進行模擬來還原邊坡變形過程，對變形范圍進行明確。

（2）與施工現場實際情況相結合，完成地質模型的構建，以變形理論為基礎完成變形模式探究。當邊坡變形程度較小或未發生變形時，利用二維有限元法分析坡體內部應力和變形情況，對潛在滑動面進行明確。對于變形程度較大的邊坡，應利用三維有限差分法模擬內部應力和變形情況，對滑動面進行明確。

（3）在評價邊坡穩定性時，應該對強度理論進行合理利用，保證支護設計參數處于最佳狀態，有效保障支護優化設計的科學性。

3.3 優化支護設計的方法

通過上述方法分析高邊坡的實際情況，能夠有效劃分邊坡變形破壞階段，結合相應的演化過程和變形機制，實現支護設計的最優化。首先，應該結合相關規范進行初步靜力學設計，利用模擬數值深入分析工程結構與地質間的相互作用，與二者間相互作用的特征相結合，設計和優化施工方案。其次，在優化設計方案時，應該堅持災害控制和變形控制的思想，利用有效的支護方法控制邊坡變形的范圍，保證邊坡只能夠在合理范圍內變形，并且需要準確驗證其穩定性，為實際施工提供堅實的數據基礎。在本次工程中，結合現場斜剪實驗結果計算各項參數，在天然狀態下=28.5°，c=62.5KPa;在飽和狀態下=26°，c=50KPa;在自重、暴雨的情況下，擁有高達2575.342KN的推力值，所以邊坡穩定性要求無法通過原設計方案得到滿足，需要有針對性的開展優化設計。

通過上述分析可知，該滑面屬于上陡下緩的狀態，中部為加速的主體，會在在很大程度上制約邊坡的穩定性。為此，可以采取以下方式對設計方案進行優化，即通過錨桿框架實現表面變形控制、通過預應力錨索實現潛在剪出口變形控制、通過框架梁實現坡面防護、通過錨索來處理夾層變形以及坡體排水等措施，使用有針對性的支護方案處理各種類型的破壞方式。以平面滑動變形來講，應通過錨索的有效利用來控制主要滑動位置，若是滑面下方較陡，在控制時可使用錨索，若是畫面下方較緩，在控制時可使用錨拉樁;當滑動呈近圓弧形時，可以對灌注漿的支護方式進行利用，從而改變巖體土體的力學特性，同時也可以利用錨桿對邊坡變形度進行控制。

結束語：在實際邊坡選路塹高邊坡施工中，需要施工單位、設計單位、業主共同努力，有效應用相應的科研成果為實際施工提供有效指導。在優化高邊坡設計方案時，應該結合具體的模型進行分析，結合高邊坡穩定性評價和施工反饋信息，反復驗證支護效果，對設計方案進行不斷優化。另外，需要注意的是邊坡選路塹高邊坡穩定性評價和優化設計不僅僅是一個前期工程，還應該與整個動態施工過程相融合，才能真正實現設計方案的最優化。

參考文獻：

[1] 李建宇， 耿文林， 潘家奇，等. 路塹高邊坡穩定性分析與支護參數優化設計研究[J]. 中外公路， 2018， 38（5）：4.