路基支擋及邊坡加固防護(hù)設(shè)計(jì)研究

馬志鵬

（青海省育才公路勘察設(shè)計(jì)有限公司,青海 西寧 810000）

邊坡防護(hù)方案的制定應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合邊坡類型而展開(kāi)。在實(shí)際工程中,邊坡類型的劃分可遵循不同原則,非均質(zhì)邊坡的破壞模式不僅表現(xiàn)出明顯的土質(zhì)邊坡特性,同時(shí)還與巖質(zhì)邊坡的破壞較為類似。作為工程中分布最為普遍的一類邊坡,復(fù)合邊坡的坡面大多表現(xiàn)出土質(zhì)邊坡的特性,而其下坡體則主要表現(xiàn)為巖質(zhì)邊坡特性,在破壞時(shí)整體呈現(xiàn)出多種邊坡的破壞形態(tài)[1]。

1 常見(jiàn)邊坡加固防護(hù)技術(shù)

1.1 坡面防護(hù)

在對(duì)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行坡面綠化處理時(shí)可選擇的技術(shù)比較多,且主要適用于坡率較緩的坡面,譬如噴混植生、TBS 噴播植草都是比較常見(jiàn)的方法。骨架式植被坡面防護(hù)主要用于局部存在不穩(wěn)定的邊坡中,且需要將骨架格構(gòu)、錨固技術(shù)進(jìn)行結(jié)合,不僅能夠起到綠化坡面的效果,同時(shí)還可以顯著強(qiáng)化坡體的穩(wěn)定性[2],如圖1 所示。

圖1 骨架式植被坡面防護(hù)立面圖

1.2 落石、崩塌防護(hù)

落石、崩塌都是在公路工程中較為普遍的病害,在制定防護(hù)方案時(shí)需要密切結(jié)合病害的形態(tài)、規(guī)模及位置等來(lái)綜合確定。落石、崩塌病害的防護(hù)方式比較多樣,對(duì)程度較為輕微的落實(shí)、崩塌,一般可借助鐵絲網(wǎng)形成植被防護(hù)或采用骨架生態(tài)防護(hù)；而對(duì)于規(guī)模達(dá)到1 m3的崩塌病害,則需要采取具有良好耐久性的錨固措施進(jìn)行防護(hù),坡面則以框格骨架、柔性防護(hù)網(wǎng)為主。對(duì)于落石、崩塌較高的過(guò)程,也可適當(dāng)布置被動(dòng)型柔性防護(hù)作為補(bǔ)充[3]。圖2 為某公路路基邊坡掛網(wǎng)噴混植生護(hù)坡斷面圖。

圖2 掛網(wǎng)噴混植生護(hù)坡斷面圖

1.3 泥石流防護(hù)

泥石流災(zāi)害的發(fā)生大多需要足夠降水作為前提,且在地形地勢(shì)陡峭的山區(qū)更為多發(fā),不良地質(zhì)條件、松散堆積物也對(duì)促進(jìn)泥石流的發(fā)生,進(jìn)而引起植被破壞、水土流失等問(wèn)題。對(duì)于有公路經(jīng)過(guò)的區(qū)域最好應(yīng)當(dāng)采用隧道、明洞等進(jìn)行跨越,并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件靈活選用護(hù)坡、擋墻等來(lái)抵抗泥石流的沖刷效果,防止侵蝕、淤埋等問(wèn)題的發(fā)生[4]。

2 邊坡加固防護(hù)方案的決策

以某公路工程為例展開(kāi)分析,該項(xiàng)目處于山地區(qū)域,通過(guò)已有資料發(fā)現(xiàn)建設(shè)地的森林覆蓋率約為70%,其年平均降水量約為1 800～2 200 mm。受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,該地區(qū)整體地形向上隆起,河流存在顯著下切作用,谷地深度大多處于200～500 m,部分地區(qū)達(dá)到了1 000 m 以上,大部分地區(qū)的地表自然坡度高于30°。

2.1 邊坡加固防護(hù)方案的初步?jīng)Q策

公路邊坡病害主要有落石、崩塌、泥石流及滑坡四類。在傳統(tǒng)邊坡加固設(shè)計(jì)中,其方案應(yīng)當(dāng)結(jié)合邊坡地質(zhì)條件,按照半定性半定量的原則進(jìn)行制定,同時(shí)還需要對(duì)邊坡穩(wěn)定做出定量計(jì)算,驗(yàn)證方案的可行性。當(dāng)前方案制定需要基于已有經(jīng)驗(yàn)做出判斷,其中比較常見(jiàn)的方法有Mark lands 法、CSMR 法等[5]。下面結(jié)合我國(guó)高速工程邊坡的主要特性,基于AHP-Fuzzy模糊綜評(píng)價(jià)提出一種綜合考慮多項(xiàng)影響因素的初步?jīng)Q策方法。該方法主要囊括了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

充分了解、吸收Mark lands 法、CSMR 法等已有邊坡穩(wěn)定分析方法,根據(jù)邊坡類型、防護(hù)需求及可能產(chǎn)生的后果,將防護(hù)技術(shù)大致分為A～E 五個(gè)不同的類別,如表1 所示。基于邊坡防護(hù)的模型綜合評(píng)價(jià)及工程經(jīng)驗(yàn)即可對(duì)不同類型、高度及組成的邊坡防護(hù)方案給出初步分類,如表2 所示。

表1 邊坡防護(hù)初步方案類型

表2 不同穩(wěn)定類型邊坡的初步防護(hù)方案

基于邊坡的類型確定與之相應(yīng)的邊坡防護(hù)類型。對(duì)于巖質(zhì)邊坡而言,可采用模糊綜合評(píng)價(jià)的分類情況來(lái)選擇與之對(duì)應(yīng)的邊坡防護(hù)類型；對(duì)于純土質(zhì)邊坡而言,可基于工程經(jīng)驗(yàn)、同類工程案例及極限平衡法來(lái)定量選擇邊坡防護(hù)類型；對(duì)于類土質(zhì)邊坡而言,可參考巖質(zhì)邊坡的確定方法,通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)來(lái)定量來(lái)選擇相應(yīng)邊坡防護(hù)類型,并可借助定性分析輔助完成防護(hù)類型的確定；而在確定復(fù)合邊坡的防護(hù)類型時(shí),巖質(zhì)區(qū)域可采用模糊綜合評(píng)價(jià)法,土質(zhì)區(qū)域則可按照土質(zhì)邊坡進(jìn)行分析,并分別對(duì)各自區(qū)域確定防護(hù)類型。

2.2 邊坡加固防護(hù)方案的比選決策

當(dāng)需要對(duì)多個(gè)邊坡加固防護(hù)方案進(jìn)行比選時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮到邊坡自身所具有的地質(zhì)特征,并將投資成本、風(fēng)險(xiǎn)管理、施工要素、維護(hù)費(fèi)用及環(huán)境影響納入評(píng)價(jià)范圍內(nèi),并以此五個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣。

其中,u1、u2、u3、u4、u5分別代表投資成本、風(fēng)險(xiǎn)管理、施工要素、維護(hù)費(fèi)用及環(huán)境影響。

基于層次分析法,對(duì)上述五個(gè)主要影響因素的權(quán)重進(jìn)行打分,并以此定量評(píng)價(jià)其各自的重要程度,將不同因素兩兩進(jìn)行比較并評(píng)估其相對(duì)重要性。也即當(dāng)所評(píng)價(jià)兩個(gè)因素相同重要時(shí)給定其權(quán)重值為1；當(dāng)其中一個(gè)因素較另一個(gè)因素存在顯著重要性時(shí)給定其權(quán)重值為2；另一個(gè)因素給定權(quán)重值為1/2；當(dāng)其中一個(gè)因素較另一個(gè)因素存在極端重要性時(shí)給定其權(quán)重值為4；另一個(gè)因素給定權(quán)重值為1/4。由此即可通過(guò)相對(duì)重要性的比對(duì)得出各自權(quán)重,并以歸一化的方式最終得到各因素的權(quán)重集：

在對(duì)邊坡加固防護(hù)方案作出評(píng)價(jià)時(shí),按照優(yōu)、良、劣三個(gè)等級(jí)給出定性評(píng)價(jià)。

通過(guò)邊坡加固防護(hù)方案的優(yōu)劣等級(jí)進(jìn)行劃分,按照評(píng)價(jià)因素分析的閾值可得出三個(gè)不同的等級(jí),其劃分依據(jù)如表3 所示。

表3 邊坡加固防護(hù)方案的單因素評(píng)價(jià)要素

若涉及到較為復(fù)雜的特殊邊坡,則其考慮多因素影響的方案綜合比選結(jié)果為：

F=A·U

式中,A、U 分別為各因素權(quán)重及隸屬度矩陣。

當(dāng)計(jì)算所得F 處于8～10 的范圍內(nèi)時(shí),即可將該方案認(rèn)定為優(yōu)；當(dāng)F 處于4～7 的范圍內(nèi)時(shí),即可將該方案認(rèn)定為良；當(dāng)F=0-3 時(shí)方案為劣；根據(jù)上述方法,即可對(duì)多種備選方案的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià),并指導(dǎo)技術(shù)人員選擇最為適合的方案。若出現(xiàn)多個(gè)同等級(jí)方案,則需要根據(jù)評(píng)分的高低擇優(yōu)選擇。以本研究所研究的項(xiàng)目為例,通過(guò)調(diào)研、分析發(fā)現(xiàn)其邊坡屬于存在明顯風(fēng)化的巖質(zhì)邊坡,考慮到該地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn),若選用模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析,則其評(píng)價(jià)結(jié)果為“不穩(wěn)定”,且其隸屬度為0.7。通過(guò)表1、表2 中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),該邊坡防護(hù)加固的初步方案定為“D/E”類型。在此基礎(chǔ)上,與極限平衡法相結(jié)合并與同類工程案例進(jìn)行類比。以此即可得出若干比較方案,按照表3 中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化評(píng)分,綜合考慮多項(xiàng)因素的影響,即可比選得出其中得分最高的方案。通過(guò)對(duì)路基邊坡加固效果、工程進(jìn)度及造價(jià)等多方面因素進(jìn)行對(duì)比分析,設(shè)計(jì)采用在路基邊坡上部先進(jìn)行局部卸載,然后在中部采用錨索錨固,邊坡下部明洞反壓,綜合采用上述三種措施,并結(jié)合路基排水等措施,從而實(shí)現(xiàn)路基邊坡加固的目的。

3 防護(hù)效果分析

為了對(duì)本次路基邊坡加固措施實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)邊坡位移、錨索應(yīng)力及洞身深度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),檢測(cè)結(jié)果如圖3～圖5 所示。

圖3 邊坡位移變化監(jiān)測(cè)情況

圖4 錨索拉應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)情況

圖5 洞身深度變化監(jiān)測(cè)情況

由圖3～圖5 可以看出,邊坡位移總體變化不大,最大位移未超過(guò)2 cm,錨索預(yù)應(yīng)力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)了應(yīng)力損失,裂縫寬度未見(jiàn)明顯發(fā)展,隨著洞身深度變大,測(cè)斜管水平位移變化曲線呈“鐘擺型”,最大水平位移在6 cm 以內(nèi)。上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：該路基邊坡坡體經(jīng)過(guò)加固后具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本研究基于路基支擋、邊坡加固等工序的影響因素展開(kāi)分析,結(jié)合常見(jiàn)邊坡加固技術(shù)分別從路基加固防護(hù)的初步?jīng)Q策、比選決策兩個(gè)層面展開(kāi)分析。由于公路邊坡管理存在跨度大、工點(diǎn)多的特點(diǎn),因此采用模糊評(píng)價(jià)法綜合定性、定量分析的方法對(duì)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)斷并指導(dǎo)制定相應(yīng)防護(hù)措施。對(duì)于處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的邊坡,則需要通過(guò)定量分析的方式進(jìn)一步評(píng)判。