動態設計在高速公路路塹高邊坡工程中的應用

吳洪平

摘要：高速公路路塹高邊坡是一種人工開挖的永久性邊坡，其穩定性具有重要的意義。本文主要分析了高速公路路塹高邊坡工程設計的含義，高速公路路塹高邊坡工程動態設計的流程以及具體案例分析，以供參考。

關鍵詞：動態設計；高速公路；路塹高邊坡工程

引言：隨著人口的增長和土地資源的開發，邊坡問題己變成同地震和火山相并列的全球性三大地質災害（源）之一。近年來，隨著人類工程活動規模的不斷擴大和場區工程地質條件的限制，因邊坡失穩引起的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害給人們的生命和財產帶來了巨大損失，邊坡的穩定性問題日益突出。而動態設計作為一種行之有效的設計理念，應該更多地應用到現實的路塹高邊坡工程中。

一、高速公路路塹高邊坡工程設計 概述

規范一般認為，巖質邊坡高度大于30m，土質邊坡高度大于20m即為高邊坡。由于地質條件的隱蔽性、復雜性以及勘探測試條件的局限性，致使地質勘探和測試資料不可能全面揭示邊坡的本來面貌，加上施工過程中的不確定因素過多，使得這類問題的力學分析難度比較大，也很難與實際情況相符。而隨著邊坡施工的進行，地質狀況逐漸明晰，甚至會出現新的未預料的地質情況。因此按照一般的設計模式：地質勘察-力學分析-設計-施工這樣的思路來進行高邊坡的設計是不完善的。它實際上是一種靜態的設計過程，并不能很好地適應工程中出現的各種情況，有時會大大增加投資，甚至會發生安全事故，造成人員傷亡和極壞的社會影響。而這正是目前很多設計人員在邊坡設計時所采用的方法，其缺陷是明顯的。路塹邊坡的穩定性，與設計是否合理，所采用的施工方法有著密切的關系。設計是否合理，與所采用的工程措施能否與工程地質條件相適應有關。另一方面，在施工中運用各種手段收集有關地質及施工工藝等相關資料，對保證邊坡的穩定十分重要。

二、高速公路路塹高邊坡工程動態設計的流程

高邊坡是將地質體的一部分改造成為人工工程，其安全穩定性同地質條件和人為改造（即設計與施工）的程度密切相關，而地質條件的復雜多變，施工程序和方法受外界因素影響大，甚至地質資料不足，盲目性設計，因此高邊坡設計是一種超前的、具有一定風險性的預測設計。這就同人們所要求的安全穩定之間不可避免地產生矛盾，為解決矛盾就需要把施工過程中不斷發現的新情況及時傳遞給設計，不斷修改、完善甚至重新設計，才使對立的問題統一起來，即動態設計。

在各級邊坡的施工中，將所有匯總資料及時地同最近作為設計依據的地質勘探調查資料相比較，判斷是否有較大的誤差；同時，及時整理分析監測資料，以此作為判斷合理性的重要依據。經過比較或監測結果表明設計具有不合理性時，均應優化修改設計，于是在下一級的邊坡施工中就可以采用優化設計后的結果；若本級邊坡施工中的情況比較理想，則按預定設計進入下一級邊坡的施工，直到各級邊坡施工完成。

三、案例分析

1、工程概況

某高速公路路塹高邊坡工程預設計采用緩坡刷方結合寬平臺方案開挖4級，坡高34m，采用普通防護；邊坡開挖3級以后，地質復核發現邊坡工程地質條件存在較明顯差異.故調整設計方案，增加防護加固工程；后因持續暴雨沖擊，已基本開挖完成的坡體出現失穩現象，滑體前緣反翹剪出口距坡腳最遠約20m，如圖1所示。由于該邊坡設計為較典型邊坡破壞案例，其分析和治理涵蓋了巖質路塹高邊坡動態設計的主要流程和方法。

2、邊坡工程設計

（1）工程地質基礎

該邊坡場區屬低山丘陵地貌，場地內及附近未發現有對邊坡穩定性有影響的斷裂構造，設計高速公路側切一圓形山包以深挖路塹通過，最大中心挖方深度約26m，線路走向3390。該工程地質基礎資料如下：

①該場區地形地貌和地質條件可以滿足路塹邊坡工程開挖的設計要求；

②該邊坡場區未見控制性斷裂構造通過；

③邊坡主體物質構成為碎塊狀強風化粉砂巖，覆蓋層較薄48m；

④邊坡下伏弱風化基巖頂面在坡腳附近出露，順坡向傾角約300，易形成控制性底界；

⑤層面傾向與邊坡傾向基本垂直，對邊坡穩定性影響較小；

⑥邊坡地下水位較高；

⑦邊坡挖深較大，開挖卸荷松弛效應較為突出，應加強動態設計；

⑧該邊坡工程類型應劃分為節理巖石邊坡。

（2）坡形坡率設計

邊坡坡形坡率設計是在工程地質勘察和邊坡工程分類的基礎上，設計邊坡總體坡形坡率，以保證施工期在臨時防護或預加固等措施條件下的坡體臨時穩定，以及防護加固后邊坡的永久穩定，一般包含坡形設計和坡率設計。

路塹邊坡坡形設計包括邊坡總體形態設計和坡級平臺設計。由于路塹邊坡坡體地層結構的力學性質體現自上而下逐漸增高的特征，故邊坡總體形態一般設計外凸形邊坡較為普遍。研究發現臺階邊坡可以比直線形邊坡具有更好的整體穩定性，尤其當坡率介于1：0.5--1：1.0之間時臺階作用較為有效。因此，在確保單級臺階邊坡穩定的情況下，宜設計成臺階狀邊坡以提高邊坡的總體穩定度。研究還發現處理高邊坡問題時，可以在坡體中部設計寬平臺，將一個高邊坡化解為兩個以上相對獨立的邊坡段，以減少坡腳應力的集中發展，達到分解高大邊坡的設計目的，一般平臺寬5m左右時效果較為明顯。

對于該高邊坡來說，由于該邊坡地形地貌條件可以滿足緩坡刷方條件，且緩坡刷方并未急劇增加邊坡設計高度，而且處于隧道洞口的特殊位置，因此優先采用緩坡刷方方案，并考慮在坡體中部設計寬平臺，以達到分解高大邊坡，提高坡體穩定性的目的。

綜上分析，對該邊坡設計總體坡率為1：1.0，分4級開挖，頂級坡殘積土層放緩為1 ： I .25 ；級間除第2級頂設計4m寬平臺外，其余平臺均設計為2m寬。

（3）邊坡穩定性分析

為了確定該邊坡防護加固工程設計方案，需要對其進行邊坡穩定性分析計算。采用有限元強度折減法計算該邊坡經4級開挖后穩定系數為1.65 ，屬穩定邊坡。

（4）防護加固工程對策

根據上述邊坡開挖卸荷特征和邊坡穩定性計算結果，認為該邊坡可以采用緩坡刷方結合寬平臺處理的方案達到穩定邊坡的目的。因此該邊坡預設計方案采用普通防護措施，即各級邊坡設計坡率及防護加固工程措施為：第一級1：1.0，孔窗式護面墻；第二級1：1.0，鍍鋅網TBS植草，設置4m寬平臺；第三級1：1.0，三維網植草；第四級1：1.25，噴播植草。另外，鑒于該邊坡地下水位相對較高，故在邊坡第一級YK201+840--+960段設置間距5m的排水平孔，孔深15m，上仰角8-150。

四、結束語

動態設計在高速公路路塹高邊坡工程中的應用為工程的穩定施工和安全施工打下堅實的基礎。因此，在高速公路路塹高邊坡工程的設計工作中，設計人員應該積極探索和研究動態設計方案，為路塹高邊坡工程設計貢獻自己的力量。

參考文獻

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