公路軟質巖邊坡坡率的適度原則

王瑞甫

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550001）

貴州山區(qū)公路軟質巖邊坡主要為砂巖邊坡、泥頁巖邊坡、軟硬巖石互層邊坡以及由這幾種巖石邊坡風化形成的土質邊坡及強風化層邊坡。通過對貴州境內崇遵、玉凱、廈蓉高速公路的軟質巖邊坡進行詳細調查中發(fā)現，軟巖邊坡在路基開挖施工過程中易產生坍塌、滑動導致失穩(wěn)破壞。在公路工程施工中，由于山區(qū)地形復雜，如邊坡過緩，開挖暴露面積增大，會產生用地增多，土石方量大，工程投資增加的問題。但過陡的邊坡又會出現穩(wěn)定性不足的問題，需要多次反復變更。因此，合理的坡率設計顯得十分必要。

1 軟質巖邊坡巖體物理力學特征

（1）軟質巖的水理性質主要包括吸水性、滲水性、軟化性、膨脹性和崩解性。在南方多雨季節(jié)，由于地表水的下滲，砂巖、泥頁巖等軟質巖邊坡遇水易軟化，其強度急劇降低；而膨脹性特征使得軟質巖在浸水后體積變大并相應地引起壓力增大；崩解性特征是軟質巖在浸水之后發(fā)生解體的現象，從而產生新的節(jié)理，使巖體破碎導致邊坡發(fā)生失穩(wěn)。

（2）軟質巖邊坡覆蓋層、風化層一般較厚，強度較低，膠結性差，坡體的強度都呈上軟下硬特征。

（3）易擾動性也是軟質巖的一個特征。主要表現在：由于巖質軟弱、裂隙發(fā)育、吸水膨脹等特性，導致軟質巖抵抗外界環(huán)境擾動的能力極差，對卸荷松動施工振動、鄰近路段施工擾動極為敏感。因此，軟質巖路塹邊坡在開挖時，極易產生新的結構面，使得巖體更為破碎，加劇邊坡失穩(wěn)。

（4）軟質巖邊坡不良結構面除受巖層層面控制外，還受節(jié)理面、裂隙面的控制。即使巖層傾向路基形成反傾或巖層傾向與路線呈大角度斜交，由于在邊坡開挖坡面上易形成貫通節(jié)理面，導致順貫通節(jié)理面滑動等事故時有發(fā)生。

（5）軟質巖邊坡的天然抗剪強度一般較低，在集中降雨作用下其強度急劇降低，以致邊坡失穩(wěn)，根據邊坡高度的不同帶來不同程度的破壞。

2 開挖路基的破壞機理

（1）邊坡在原始自然狀態(tài)下，一般處于平衡狀態(tài)，公路路塹通過對坡體進行切腳，使邊坡臨空，改變了原有的應力平衡狀態(tài)，造成邊坡中上部拉應力集中，使得坡體沿最不利薄弱面剪出。

（2）由于邊坡開挖后長期或在一定時期內暴露于地表，在南方多雨季節(jié)施工，由于地表水浸泡坡體導致坡體的抗剪強度降低而引起邊坡失穩(wěn)以及地表水侵入坡體形成不良結構面導致邊坡滑動。

（3）由于施工過程中的自然和人為因素影響，改變邊坡原有應力狀態(tài)而失穩(wěn)。如開挖爆破、砍伐植被、未分級開挖分級防護、防護不及時等因素造成邊坡失穩(wěn)。

3 合適的邊坡坡比對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

軟質巖邊坡均表現為上軟下硬，越靠近邊坡坡頂，邊坡巖體風化越嚴重，單一放坡往往造成靠近路基的下級邊坡防護過當，而靠近坡頂的上級邊坡的防護欠安全。合理的邊坡坡率應根據具體地質資料的不同而分級進行，即每級邊坡坡高應盡量不要太高，邊坡分級處設置平臺，可以參照邊坡的穩(wěn)定性分析而具體確定坡比，最終形成的邊坡為上緩下陡［1－2］。

邊坡坡比與地形、地物、開挖高度、地質情況等密切相關。在進行路基橫斷面設計時，應首先查明邊坡的地質情況，采用多種手段進行勘探，然后再結合地形地物條件研究放緩邊坡的可行性，結合地質條件進行整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定分析，確定合適的坡比及分級高度［3］。

從地質情況看，至上而下邊坡地質情況為上覆5～10粉質粘土（或全風化層），下伏三疊系飛仙關組泥質砂巖、粉砂巖，強風化層厚8～13m，下為中風化層。在邊坡坡率確定過程中，由于坡高超過30m，采用常規(guī)放坡難以滿足要求，故作為特殊高邊坡進行了單獨設計。根據邊坡設計的基本原則，結合實際地形（坡頂為反坡）地質及前后路段土石方平衡等因素，該邊坡未作支擋加固方案考慮，僅作直接放緩、坡面常規(guī)防護處理。

圖1為某高速公路上一典型軟質巖邊坡橫斷面圖。

圖1 不同坡率下的路基斷面比較圖

斷面設計擬定了3個方案進行對比，首先設定每級坡高為8m、每級平臺寬2m為基本條件，僅在坡率上作調整分析。如圖1上給定的3個方案所示，該邊坡均為5級。方案①坡高為36.8m；方案②坡高為37.3m；方案③坡高為36.0m。3個方案邊坡開挖高度基本相當，具有很好的比較價值。

建立邊坡穩(wěn)定性分析模型（不考慮地震作用），采用簡化Bishop法進行分析，輸入各層巖土介質的物理力學參數，按復雜土層邊坡穩(wěn)定性分析方法進行計算，邊坡設計安全系數取1.25，計算各種坡率下邊坡開挖后的穩(wěn)定安全系數。計算圖示見圖2。

圖2 邊坡穩(wěn)定計算圖示

經過計算，方案①邊坡穩(wěn)定安全系數為0.95，方案②為1.18；方案③為1.3。故坡率設計介于方案②和方案③之間，即第一、二級采用1∶0.75、第三級以上采用1∶1的坡率設計。但這里要注意的是次生滑動面對高邊坡穩(wěn)定安全系數的影響。由于邊坡巖土介質復雜，邊坡開挖同時穿過覆蓋層、強風化層及中風化層，在采用折線坡率的同時需兼顧巖土參數，故應分析高邊坡半坡剪出的可能及多重滑面的穩(wěn)定安全系數問題。經過綜合試算及局部分析，方案①及方案②沿著第二級至第三級下部滑動的安全系數僅為0.88～0.97，故如采用該2個方案設計，必須進行坡面錨固防護，而方案③的各類安全系數均大于1.2。

在分析計算中，采用比方案①更陡的坡率方案及比方案③更緩的方案進行比較，顯而易見，在軟質巖風化層邊坡中，比方案①更陡的1∶0.3及1∶0.5坡率在各級自身穩(wěn)定安全系數均小于0.8，不可行；而緩于方案③的1∶1.25及1∶1.5的坡率組合放坡，安全系數均大于1.25，故造成工程浪費。

4 建議

（1）查明地質情況是邊坡治理的關鍵。山區(qū)地形地質千變萬化，尤其是覆蓋層、風化層厚度分布不均，巖土物理力學參數差別較大，故應通過詳細勘察，查明基本地質情況后，再根據現場試驗、室內試驗或工程類比等手段確定邊坡巖土介質的抗剪強度參數，通過綜合分析計算為設計提供依據。

（2）邊坡分析的整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定問題。對地質條件簡單且高度不大的邊坡而言，一般只考慮邊坡整體穩(wěn)定，滑面也較單一，通過一次計算即可確定穩(wěn)定安全系數。但對地質條件復雜或邊坡高度較大的邊坡，必須同時考慮邊坡的整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性的關系。從失穩(wěn)的邊坡中看，多數失穩(wěn)邊坡存在多重滑面，且剪出位置不固定，與加固方案有很大關系。

（3）軟質巖高邊坡的施工應嚴格按照逐級開挖、逐級防護的原則進行，同時必須考慮到邊坡坡面綠化措施，使坡面防護與自然景觀相協調。

（4）軟質巖邊坡的放坡坡比與適當的支擋防護相結合。路基規(guī)范［4］僅對小于30m的巖質路塹邊坡坡率給出了建議值，針對高邊坡而言，挖方高度超過30m的軟質巖邊坡，風化層較厚，經過計算后不能滿足穩(wěn)定性要求時，可考慮在路基開挖的邊緣設置支擋構造物如抗滑樁、擋墻等進行支擋；如邊坡存在半坡剪出的可能，在放緩邊坡清方減載不能實現的情況下，可考慮在邊坡中下部設置錨索進行鎖腳固腰。但要注意支擋防護與清方減載應進行技術與經濟比較，兼顧安全、經濟、合理的原則。

（5）邊坡開挖斷面的綜合確定原則。一般情況下，具備放坡條件的，要首選放緩邊坡進行植草綠化，路容景觀效果較好；如受地物（如坡頂有建筑物等）及地形限制，不具備放坡條件，或存在棄方困難等因素，應調整坡率，加強支擋錨固措施，并對各類方案中進行技術經濟比較。

（6）軟質巖邊坡在路基開挖過程中，應嚴格執(zhí)行“自上而下、開挖一級防護一級”的原則，同時做好地表、地下排水措施。邊坡開挖過程中應進行嚴格監(jiān)控，如地質條件有所變化應立即停止施工，及時調整設計方案，避免野蠻施工所帶來的工期損失、投資失控。

［1］GB50330－2002建筑邊坡工程技術規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］蔣樹屏.巖土錨固技術研究與工程應用［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［3］王智方.坡率法在高速公路路塹高邊坡設計中的應用［J］.路基工程，2005（4）：61－63.

［4］JTG D30－2004公路路基設計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2005.