高速公路的高邊坡設計及穩定性評價

屈海軍

（海南儒藝交通規劃勘察設計有限公司，海南 海口 570206）

高速公路的高邊坡設計及穩定性評價

屈海軍

（海南儒藝交通規劃勘察設計有限公司，海南 ?？?570206）

高邊坡穩定與設計是高速公路工程建設的關鍵問題之一，探討了高邊坡穩定的因素，通過對邊坡破壞型式確定其驗算方法，并結合某工程案例對邊坡穩定性判別和防護設計方法做出了案例解析，期望為類似高速公路的高邊坡設計、穩定性評價和加固方法提供參考。

高速公路；高邊坡設計；穩定影響因素；穩定性評價

0　引言

近年來我國經濟快速增長，基礎設施建設也迅猛發展，國家高速公路路網體系逐漸完善。在高速公路大發展背景下，高速公路的建設等級和建設要求也越來越高，相當部分高速公路都會面臨復雜的地形和地質環境，這給設計和施工帶來很大挑戰，其中，高邊坡就是高速公路建設中面臨的普遍難題［1］。

高邊坡一般指公路建設中，路基兩邊的土質邊坡高度大于20m或者巖質邊坡高度大于30 m的邊坡，由于過大的坡度和高度，給高速公路的施工和運營帶來普遍性的安全隱患，特別是在突發荷載（如地震、泥石流等）作用下，高邊坡的穩定性備受關注。我國諸多地震和泥石流事件中，就出現高速公路邊坡失穩破壞，造成道路淹埋和破壞的狀況。因而，在高速公路的高邊坡設計中，需要對其穩定性能進行客觀評價，并基于評價結果給出應對策略和加固方法，保障高速公路的使用安全性和長期性［2，3］。

本文將首先分析高速公路高邊坡穩定性的主要影響，并確定高邊坡設計的基本方法，基于高邊坡可能的穩定性破壞模式給出設計驗算方法，最終結合工程案例進行解析，為類似高速公路的高邊坡設計、穩定性評價和加固方法提供參考。

1　高速公路高邊坡穩定影響因素

高速公路高邊坡的穩定受巖土特性、地質構造、地下水特征、邊坡設計特征和施工工法等因素影響，這些是高度耦合的復雜影響因素。

1.1巖土特性

巖土的基本特性是高邊坡穩定的基本因素。對于土質邊坡而言，土體的粘聚力和摩擦角等基本參數決定了土體的自然邊坡角度，如果邊坡的坡度大于這個角度，則很難保證土體的穩定性，一旦受到擾動就會發生整體失穩破壞；而且，不同性質的土體，其土質參數的穩定性也顯著差異，例如砂土在雨水作用下，如若沒有其他穩固措施很容易產生流沙現象，造成邊坡破壞。對于巖質邊坡，則巖石的強度、裂縫發展、軟弱巖層的存在等均極大控制邊坡穩定，在環境荷載作用下，往往是最弱的巖石連接界面開展裂紋增長，最終引發失穩破壞。

1.2地質構造

邊坡的地質構造是邊坡穩定性的原始因素，例如場地區域是否存在地震可能，抗震設防等級多大，是否有巖溶區域，巖石是否風化嚴重等，這些地質構造顯然與邊坡穩定高度相關。此外，對于巖質邊坡，巖石的節理特性、順層還是逆層邊坡等，也是決定邊坡失穩破壞模式的關鍵因素。

1.3地下水特征

地下水的存在影響巖土的基本物理特性，因而對邊坡穩定影響很大。隨著地下水位的變化，巖土的剪切力和法向力在變化，相應的最弱破壞面也在不斷地變化，如果邊坡中某些微裂縫存在，則地下水的存在嚴重削弱結構抗力，并形成靜水壓力增加裂縫的開展。如若天氣變冷，裂縫中的水尚未排出，則水分的凍結會導致裂縫的膨脹，造成邊坡失穩。

1.4邊坡設計特征

邊坡的設計是影響穩定的外在因素，由于對高邊坡穩定性把握的不足，設計中邊坡高度、邊坡支護形式和坡度等，如若超出巖土所能接受的范圍，則很容易引發失穩問題。

1.5施工工法

高速公路建設中施工工法和順序也是影響高邊坡穩定的重要外在因素，開挖過程中所采用的爆破手段和爆破順序，決定了這種施工方法對原有巖土的擾動，設計中應該考慮這個影響因素，將主體道路的施工對邊坡穩定的影響降至最低。

2　高速公路高邊坡設計方法

高速公路高邊坡設計應以不產生穩定破壞為原則，不對高速公路主體結構形成安全威脅，同時也不需對高邊坡防護過大投入，整體保證邊坡的穩定風險不超過道路主體的設計等級?；谏鲜鲋笇?，開展高邊坡設計的基本原則，同時對高邊坡的穩定性能進行安全驗算和防護設計，保證高邊坡的穩定性能。

2.1高邊坡設計原則

（1）高邊坡的設計與防護應該與周圍環境進行協調，減少對環境的破壞，并增加植物、草被等綠色防護方法，形成生態環保的高速公路。

（2）高邊坡的設計與邊坡防護應該采用防治結合和綜合治理方法，爭取一次性解決邊坡穩定問題，不留安全隱患，防護加固按照永久性工程的標準進行設計。

（3）需要結合現場監測數據和施工開挖的情況，確定合理和經濟的施工方法和邊坡防護方法。

2.2高邊坡穩定驗算

高邊坡的穩定驗算應該結合實際邊坡可能的破壞模式，結合我國規范《土層錨桿設計與施工規范》（CECS22：90）和《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）的驗算方法，進行安全性分析。表1給出了巖土邊坡在不同巖土特性下的可能破壞模式和破壞特征，圖1給出了各種典型破壞模式的基本圖示，可知：順層滑動和圓弧滑動是主要破壞模式，這兩種破壞模式的驗算也最難，其他破壞模式很容易檢查推算。

在確定了上述巖土邊坡的破壞模式后，就可以根據規范方法分別采用圓弧滑動計算、平面滑動計算、折線滑動破壞計算、潰屈和崩塌強度驗算等方法進行安全性復核。

表1　不同巖土特性下的破壞模式和破壞特征

圖1　巖土邊坡的典型破壞模式

2.3高邊坡防護設計

驗算完高邊坡的穩定性后，需要根據驗算結果進行針對性的邊坡防護加固設計，主要設計方法包含如下幾種：

（1）表層防護加固設計。大部分高邊坡存在失穩風險，但這種風險發生概率偏小，因而需要進行一些表層防護措施。表層防護主要是對表層巖土風化剝落、局部掉塊、雨水排放等問題。例如采用植物、植草等方法，通過植物的根系發育固結土壤，防止水土流失引起的邊坡失穩；采用砌體封閉、掛網噴錨、混凝土噴射等手段，將邊坡連接成整體，防止表層巖土的風化、吹落和坍落等病害，阻斷表層病害向邊坡內部的演化；采用邊坡截水方法，將雨水進行有效排除，防止表層雨水滲入邊坡內部對巖土特性造成影響。

（2）深層邊坡加固設計。如果高邊坡的驗算不能滿足要求，或者高邊坡存在嚴重不良地質構造，或者地下水系發達對邊坡穩定影響很大，則需要采用加固方法保證邊坡的穩定。加固技術根據所處理的程度可分為中淺層加固和深層加固，中淺層加固方法有土釘加固和錨桿加固；深層加固有注漿加固、錨索加固和管樁加固等，另外還需要進行排水設計，減少地下水系發達對高邊坡穩定性的影響。

3　工程案例解析

某高速公路沿線經過復雜地形地段，高速公路的建設過程有超過20處的高度大于20 m的高邊坡，其中最大的高邊坡達到25 m，全線包含硬質巖區和軟質巖區兩大類，硬質巖區的第一級邊坡坡度在1:0.1～1:0.3之間，并逐級變緩；軟質巖區第一級邊坡坡度在1:0.5～1:0.75之間，并逐級變緩。該區域的地層巖性包含第四紀層、泥盆系、一二疊系和志留系等，部分區域巖性很差，需要對這類高邊坡的穩定進行全面評價，并給出邊坡防滑加固方法。

設計中對全線高邊坡進行了工程地質勘查和檢查，確定邊坡穩定的主要影響因素是邊坡巖性、巖石破碎狀況和巖層角度、高度和方向，并在調研分析的基礎上確定本地區高邊坡的主要破壞模式是順層滑動、傾倒破壞、崩落、切層滑動和鍥形體滑動等。高邊坡穩定性的評價結果和防護設計策略見表2。

表2　工程案例的高邊坡穩定性評價和防護設計

4　結論

論文分析了高速公路高邊坡穩定的影響因素，并探討了高邊坡設計方法，包含設計的總體原則、高邊坡穩定破壞的型式和穩定驗算方法以及邊坡防護設計方法，最后結合某一高速公路高邊坡設計的工程案例，分析了穩定驗算內容和防護設計策略。確保高邊坡穩定，對于高速公路的運營安全和長期使用具有重要意義。

［1］李林峰，葉建廷.道路邊坡防護綜述［J］.華東公路，2010（2）:49-51.

［2］歐小祥，韓紅桂，賀威.某高速公路邊坡穩定性評價［J］.公路工程，2009，34（1）:120-124.

［3］張波，吳銀亮，邱宏閣.滬蓉西高速公路高邊坡設計思路［J］.華東公路，2008（6）:7-10.

U417.2

A

1009-7716（2016）09-0108-03

2016-04-28

屈海軍（1984-），男，湖南衡陽人，工程師，從事路橋設計工作。