基于指標體系法的黃土路塹高邊坡工程施工風險評估

孟志軍，段金金，孫志杰

（1.山西離隰高速公路有限公司，山西 呂梁 033000；2.山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000；3.山西省交通科技研發有限公司黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室，山西 太原 030032）

0 引言

受黃土地區溝壑縱橫地形地貌條件限制，公路工程建設中不可避免地會遇到坡高較高、坡度較陡的高陡路塹邊坡工程，黃土地區的路塹高邊坡工程由于其超大的規模和特殊的土體特性，在施工過程中存在的風險隱患點較普通邊坡多，對黃土路塹高邊坡進行施工風險評估就顯得尤為重要。

國內外學者將模糊數學[1]、灰色系統理論[2]和神經網絡[3]等數學方法應用到邊坡穩定性和風險評估及分析中，形成了一系列邊坡風險評估方法，包括模糊綜合評價法[4-5]、灰色關聯分析[6]和人工神經網絡評價預測法[7]等。但這些方法操作流程繁瑣，需要有較高的數學基礎，不便于向工程一線推廣。2015年交通運輸部制定了《高速公路路塹高邊坡施工安全風險評估指南》[8]，指南中推薦采用指標體系法將邊坡施工過程中內外部影響因素進行分類，根據每個邊坡的具體情況，對各影響因素進行重要性排序，以此確定各因素權重，采用權重對各指標百分制分值進行校正，最后對評價總分值進行風險分級，操作簡單、易于被廣大技術人員所接受和使用。

該研究以山西省離（石）-隰（縣）高速公路某黃土路塹高邊坡工程為例，系統闡述了基于指標系統法的高邊坡施工總體風險評估的技術流程，實現了邊坡施工階段風險等級的定性分級，根據各指標排序和權重厘清了施工風險源，最后提出了相應的風險防控對策，以達到對路塹高邊坡施工過程的安全風險防控?？蔀轭愃泣S土高邊坡和類土質邊坡風險評估提供技術參考。

1 路塹高邊坡風險評估指標體系法

1.1 路塹高邊坡評價指標體系建立

路塹高邊坡施工風險評估的評價指標體系可分為5個大類：包括影響邊坡施工安全的內部因素，如邊坡的修建規模、邊坡的地質條件；影響邊坡施工安全的邊坡所處的施工環境、邊坡地質災害的誘發因素、邊坡勘察設計資料的完整性等。5個大類又分為11個小類，如表1所示。

表1 邊坡風險評估指標體系

根據對邊坡現場進行實地踏勘以及對勘察設計資料的分析，根據《指南》中各指標推薦的分值區間，得出各評價指標的基本分值Rij。

1.2 指標排序及權重系數確定

根據每處邊坡的自身和環境影響因素，將各評價指標按重要性進行排序，采用權重系數表征各評價指標在施工安全風險中的重要性。權重系數反映了某一評價指標對邊坡整體的風險影響程度?！吨改稀分袡嘀叵禂郸胕j計算公式如式（1）所示。

式中：γij為權重系數；n為評價指標個數；m為評價指標重要性順序號，n≥m。

1.3 風險分級及評價

將1.1節各評價指標基本分值Rij和1.2節對應權重系數γij按式（2）加權求和得出邊坡總體風險值F：

式中：i=1，2，3，4，5；j=1，2，3……n。n為對應第i類評估指標包括重要性指標的數量。

根據計算得出風險值，對照表2確定路塹高邊坡施工風險等級。

表2 邊坡風險等級分級標準

根據風險評價等級采取相應的邊坡安全施工防控措施。其中Ⅲ級及以上風險等級邊坡還需要進行專項風險評估。

2 應用案例

2.1 工程概況

評估邊坡位于離隰高速K3+602.0—K3+848.0段左側。該路塹高邊坡全長246.0 m，最大坡高79.2 m，邊坡綜合坡度32°，按6 m高分13級開挖。邊坡地層主要由馬蘭黃土和離石黃土及殘積（Q2el）古土壤組成，屬于土質邊坡。

邊坡所在地區年平均降水量大于500 mm。夏季降水量最多，占全年降水量的60%左右，自然災害偶發。

路槽挖深范圍內無地下水分布，路塹范圍內地表水主要由大氣降水補給，水文地質條件簡單。

研究區段邊坡如圖1、圖2所示。

圖1 邊坡施工現場

圖2 邊坡斷面圖（單位：m）

2.2 評價過程

a）修建規模 最大坡高79.2 m。邊坡自然坡度27°，綜合坡度32°，Δα=5°。

b）地層巖性 第四系上更新統風積馬蘭黃土和中更新統風積離石黃土及殘積古土壤組成。

c）誘發因素 邊坡所在地區多年平均降水量500 mm以上。自然災害偶發。

d）施工環境 邊坡坡面采用拱形骨架、植草防護。在坡頂開挖線以外0.5H范圍內有地表建筑物。

e）資料完整性 勘察共完成地質鉆孔2個?？辈煸O計圖紙，一坡一圖一說明圖件很完整。

邊坡各評價指標權重系數、基本分值及評估分值如表3所示。

表3 邊坡風險評估指標體系

2.3 評價結果

根據式（2）計算得出邊坡總體風險分值F=49.5，對照表2確定該路塹高邊坡施工安全風險為Ⅲ級，屬于高度風險等級。

3 風險防控對策

黃土路塹高邊坡主要的風險發生在邊坡開挖過程中，包括由于降雨或開挖而導致的坡面淺表層局部溜滑、防排水結構損毀、邊坡整體失穩等。針對上述風險隱患，建議采用以下風險控制措施：

a）合理組織施工，盡量避開雨季進行開挖施工，一旦開挖盡快對坡面進行防護，防治坡面沖刷，必要時對坡面進行防雨遮蓋。

b）根據地形地貌及水文條件，優化防排水設計方案，開挖前做好臨時排水溝和坡頂截水溝，邊坡以外水體做好截水和排水措施。

c）及時防護。應按照從上向下開挖一級防護一級的順序施工。對長度較長邊坡且土質情況較差邊坡，可按照從邊坡邊緣向中部逐步推進、分段跳槽開挖施工，當開挖一級邊坡存在安全風險時應分層開挖分層加固。

d）加強施工過程信息化監測。按設計要求對邊坡進行施工全過程的形變監測。實時了解邊坡變形狀況，根據監測結果動態調整施工方案，發現變形異常及早采取加固措施，確保邊坡施工安全。

4 結語

依托離隰高速黃土路塹高邊坡工程，采用指標體系評價法對邊坡施工過程風險進行評估，研究表明：

a）指標體系法建立的五大類11小類指標體系可很好地考慮邊坡自身、所處環境及主觀因素等對邊坡施工風險的影響。

b）評價過程通過現場實地踏勘、查閱勘察設計資料可實現對邊坡實體工程的定量化評估，操作簡單易行，評估效率高。

c）在地質條件指標中地層巖性、坡體結構中描述偏巖質邊坡，導致在該項中土質邊坡賦分存在困難。后續在修訂指南時可將指標進一步細化，分為土質邊坡評價指標和巖質邊坡評價指標。