高填深挖邊坡和需特殊設計邊坡的研究

魏國杰（1.廣東省南粵交通投資建設有限公司;　2.廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心,廣州　510101）

高填深挖邊坡和需特殊設計邊坡的研究

魏國杰1,2
（1.廣東省南粵交通投資建設有限公司;2.廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心,廣州510101）

摘要:在山區高速公路建設過程中，經常會遇到復雜的路基高邊坡工程技術難題，輕則影響工期、增加造價，重則產生滑坡等地質災害，造成重大的經濟損失，甚至危及施工與運營安全。所以高填深挖邊坡和需特殊設計邊坡的研究非常重要。目前我國高邊坡設計尚無規范可循,高邊坡的設計成為公路設計中的重難點.針對項目，結合工程地質條件和高邊坡設計的原則，提出設計方案。

關鍵詞：邊坡設計；高路塹；高路堤

1　前言

深挖路塹高邊坡（根據規范要求深挖路塹邊坡是指挖方高度大于30m的巖質邊坡和挖方高度大于20m的土質邊坡）、高填和陡坡路堤邊坡（根據規范要求高填邊坡是指填土高度大于20m，或填土高度雖未達到20m但基底有軟弱地層發育的邊坡,這些邊坡都是工程設計中的重要工點，需要一坡一圖單獨設計。

本文所研究的項目所在地區位于廣東省北部偏西，總體地勢為東部低、西部高，海拔標高一般30～200m，本線路地貌類型以侵蝕型構造地貌為主，路線由東往西經過的地貌類型主要有：巖溶孤峰地貌、巖溶盆地、山前丘陵崗地（局部低山）地貌、河谷平原堆積地貌，其間夾雜大小不一的山間盆地。

2　工程地質條件

路線走廊帶受地層巖性、構造控制較顯著，局部地段地形起伏較大，受貞江及其支流的侵蝕切割，局部地段溝谷較發育。

巖性主要為濱海相沉積砂巖、泥質砂巖與砂質頁巖互層。下部為礫石砂巖夾細中粒石英砂巖、灰黃色厚層狀中、細粒石英砂巖與灰色、淺灰色薄層至厚層狀絹云母頁巖互層，夾灰色厚層狀石英粉砂巖。中上部為白色、淺灰色細-中粒石英砂巖與淺灰、紫灰色厚層狀石英粉砂巖互層。

圖1　高填路堤坡腳揭露強風化粉砂巖、頁巖

3　砂巖、頁巖邊坡病害特點

對于砂巖、頁巖地層邊坡，受地質構造因素影響，巖體破碎、結構面發育、風化嚴重，對于存在順坡向結構面或層面的邊坡，邊坡開挖后易發生順層滑坡或沿順坡向結構面的滑動破壞；對于存在軟巖地層的邊坡，因基底承載力不足易發生切層滑動破壞。

對于層面順傾的低矮邊坡，開挖后極易出現順層滑坡，設計時加固措施應加強或采取“刷方減載+寬平臺”的措施，本次調查時因地表覆蓋層較厚，部分邊坡的巖層產狀無法量測，且巖層產狀變化較大，應在施工開挖期間進行調查和核對，及時進行動態設計。

4　高邊坡設計方案建議

（1）設計依據必須完善。高路塹邊坡工點的設計應依據1～2個地質斷面，每個斷面有2～3個鉆孔，應能反映了具體高邊坡工點的地層巖性特征和地形特征。需要做好以下工作：1）重視地質勘查，保證鉆孔數量。對邊坡病害類型進行定性，完善設計斷面中的鉆孔柱狀圖；2）應對大部分邊坡的層面和結構面進行了詳細調查和描述，描述其貫通性、延展性、粗糙程度、填充物等情況，并分析結構面及其不利組合對邊坡的穩定性影響，及時進行動態調整設計方案；3）設計文件應有提供巖土計算參數和推力計算結果，邊坡弧形滑動穩定性，取決于坡體巖土強度。地質報告未反映不同巖性、含水狀態、結構面等對巖土強度的影響。邊坡折線形滑動穩定性，取決于巖體結構面及其組合與線路的關系，及其強度特征，而結構面強度往往小于巖土強度。建議針對順層或存在貫通緩傾結構面的邊坡，結合以往設計經驗，必要時補充土工試驗，確定結構面強度指標的合理值，重新檢算邊坡的穩定性；4）邊坡應有破壞模式分析。

（2）設計要點和建議。1）邊坡地形較緩，坡頂為緩坡或反坡，具有刷方減載條件時，應盡量采用“放緩坡率+寬平臺”的措施，取消或減少錨固工程；2）邊坡地形較陡，坡頂為陡坡，對此類型邊坡，應采用“陡坡開挖+錨固工程”的措施，以降低坡高減少刷方量和征地面積；3）高填方路堤可通過改善填料性質、提高沖擊碾壓工藝等措施提高邊坡穩定性，盡量對路堤體內土工格柵進行優化；4）對于高大邊坡，應注意邊坡開挖后，坡體中下部應力釋放嚴重，坡體松弛變形較顯著，易誘發坡體變形失穩，被動加固方式難以有效抑制坡體松弛變形，需增設合適的預應力錨索進行主動加固；5）本著“固腳強腰”的理念，采用適當的加固防護措施，合理布置，既確保邊坡穩定，同時又注重美觀；6）采用有效的排水措施，疏排邊坡地下水及地表水，增加邊坡的穩定性。

5　典型工點設計

（1）工點一。1）工點概況。路塹邊坡高度49.5，坡長140，巖質邊坡，砂巖。工程地質條件：共設五級坡，分級坡高10m。一～五級坡率1:1.5。一級平臺寬6m，其余平臺寬2m。塹頂為緩坡或陡坡。一級坡為強風化砂巖，一級平臺至三級平臺以下約2m為中風化砂巖，三級平臺以下約2m至塹頂為強風化砂巖夾少量薄層狀頁巖。線路走向124°，邊坡坡向34°。層面產狀95°∠43°，層面與坡向呈61°斜交；2）相應設計方案。第一～四級坡設錨桿框架坡率，建議一坡坡率1:1.0，二、三級坡率1:1.25。三級平臺寬8m，其余平臺寬2m；二、三、四級坡采用人字形骨架植草防護。巖層層面與坡向呈61°斜交，對邊坡的穩定影響較小，但第一、四、五級坡揭露強風化砂巖夾少量薄層狀頁巖，穩定性相對較差，建議以“刷方減載+坡腳局部錨固”為主。

圖2　現場照片

（2）工點二。1）工點概況。路塹邊坡高度30.4，坡長210，巖質邊坡，灰巖。工程地質條件：共設三級坡，分級坡高10m。一～二級坡坡率1:0.75，三級坡坡率1:1.0。分級平臺寬2m。塹頂為陡坡。K241+060斷面設BZK241-3鉆孔。全坡面為中風化灰巖。線路走向221°，邊坡坡向131°。巖層層面產狀為70°∠55°（順層斜交），結構面產狀為60°∠88°、270°∠62°；2）相應設計方案。第一～三級坡采用錨桿框架加固，錨桿長度均為8.5m，錨桿傾角為37～45°。開挖期間在復查層面和結構面產狀后進行動態調整，若為土質邊坡，則增設錨桿框架加固防護，若為灰巖邊坡，則不設錨桿框架加固防護。

圖3　現場照片

（3）工點三。1）工點概況、高填路堤邊坡高度22，坡長35，灰巖。工程地質條件：山間凹地地貌單元，斜坡自然坡度約為20°～40°，場區交通條件差。根據工程地質調繪及鉆孔揭示資料，路堤區在勘探深度范圍內地層主要為第四系粉質粘土、碎石土，泥盆系上統帽子峰組（D3m）灰巖等組成。路堤區巖層產狀為92°∠47°，路堤區呈單斜構造，地質構造較簡單。路堤區地表水主要為沖溝中的水；地下水主要為基巖裂隙水，賦存于灰巖的風化、節理裂隙中，裂隙多泥質充填，貫通性較差，賦水條件一般，主要接受地表水補給。勘察期間未見地下穩定水位；2）相應設計方案、第一級：坡率1:1.50，采用人字形骨架植草防護，第二級：坡率1:1.75，采用人字形骨架植草防護，第三級：坡率1:2.00，采用人字形骨架植草防護。

圖4　現場照片

6　結語

在山區高速公路建設過程中，經常會遇到復雜的路基高邊坡工程技術難題，輕則影響工期、增加造價，重則產生滑坡等地質災害，造成重大的經濟損失，甚至危及施工與運營安全。所以高填深挖邊坡和需特殊設計邊坡的研究非常重要。我們工程建設者應該重視地質勘查，做足功夫，嚴格落實一坡一圖的設計思路，優化設計，指導施工，保證施工的質量和安全。

參考文獻：

[1]喬東華,唐然.某高速公路邊坡動態優化設計[J].中外公路,2007,(03):55-59.doi:10.3969/j.issn.1671-2579.2007.03.014.

doi:[2]王恭先.高邊坡設計與加固問題的討論[J].甘肅科學學報,2003,(08):5-9.10.3969/j.issn.1004-0366.2003.z1.002.