淺談公路高邊坡穩定性評價及支護動態優化設計

彭選德

（四川恒盛路橋勘察設計有限公司）

進入到21 世紀，我國的經濟增長促進了公路事業的發展，在大規模的公路工程建設中，邊坡工程的穩定性和設計方案逐漸受到了人們的關注，巖土邊坡的破壞不僅會造成災害，也會影響到公路功能的發揮。而高邊坡的穩定性受到巖土體特性、地質構造、巖體結構、地層巖性、坡體結構、水文、人為改造程度、開挖高度、坡形、等因素的影響，同時地質體復雜、多變、不均質等因素也增加了高邊坡的設計的難度。由此可見，對高邊坡的穩定性作出準確分析從而動態優化支護設計方案已成為公路建設中高度重視的問題，本篇文章將對其進行分析介紹。

1 工程實例

選取某處位于山區的公路為研究對象，該公路所在區域地質結構復雜，巖性多種多樣，受到地質結構的影響，巖石節理裂隙已經發育，風化程度不一，水文地質及工程地質條件都很復雜。路塹邊坡最大高程為1650 米，相對高度差為50米，高度增加10 米為一個坡級，坡率為1：0.75，該公路共有5 個坡級，每級坡腳預留3 米寬的馬道及平臺截水溝；道路高邊坡的地層從上之下依次為粉質粘土、強風化泥灰巖及中風化巖灰巖，具體巖土物理力學參數見表1；

土質 彈性模量/Mpa 厚度/m 重度（kN） 粘聚力/kPa 內摩擦角 粉質粘土 15 4 21 21 15 強風化泥灰巖 35 17 22 32 21 中風化泥灰巖 67 11 27 60 25

2 公路高邊坡動態優化設計的內容

公路施工多是分為不同的標段，由于施工單位不同，同時地質復雜、高邊坡數量較多，常使高邊坡的安全及設計動態優化方面出現問題，因此必須對高邊坡實施動態優化設計并認真落到實處，使科研成果更快速、更有效的應用到施工中，促進高邊坡施工的順利進行，確保公路運營的安全性；以下主要介紹高邊坡動態優化的主要內容。

1、設計或科研單位必須結合現場條件，以“高邊坡普查-提出動態優化設計建設-篩選重點邊坡”為指導思想，首先通過普查高邊坡，對高邊坡的穩定性進行定性評價，對于穩定性好的高邊坡給予動態優化建議，再對穩定性差、地質復雜的高邊坡給予重點研究。重點邊坡應對施工過程加以跟蹤，并對巖體結構進行調查，再采用定性、定量相結合的方法研究邊坡的穩定性，從而提出科學合理的支護動態優化建設。

2、設計或科研單位在設計之初應以科學研究和現場資料為基礎，為業主或相關單位提出合理性意見。將設計或科研單位及施工現場的詳細資料作為依據，業主必須進行決策，設計單位必須快速動態優化，監理單位和施工單位則要對施工過程給予監督指導，確保工程能夠高質量完成，確保研究成果的使用效果。如果設計中出現較大的變故，需要對其進行評審，這就需要業主組織專業人士來完成評審，并以該意見作為依據實施動態優化設計，并由監理單位管控施工，確保實際施工真正的按照設計方案來開展。

3 高邊坡普查

高邊坡普查是人們對公路高邊坡實施支護動態優化設計前的基礎性工作，所謂高邊坡普查指的是以前期勘察資料分析為基礎，在對高邊坡四周的地質進行深入勘探，并以勘探結果作為依據實施更進一步的調查研究，隨后重點分析需要開挖地段的周邊巖體結構，再以分析得知的地質狀況及巖土結構為依據開展研究。相關分析必須結合定性研究與定量研究來進行分類，對設計方案實施動態優化，從而達到更科學、更合理、更適合的設計，并以此為施工指導。實施該項工作的主要目的在于區分邊坡的穩定性，從而為動態優化設計方案提供更好的依據，并篩選出重點邊坡。

4 重點高邊坡穩定性評價

以地質學角度出發，對巖石高邊坡的穩定性進行評價就是研究導致邊坡變形破壞的機制，利用數值模擬的方法模擬巖體高邊坡被破壞的過程，再以模擬結果為依據評價高邊坡的穩定性。變形穩定性分析主要采取變形理論與強度理論的穩定性分析相結合的方法，形成建立在模擬控制基礎上的巖體高邊坡穩定性評價，從而提出有效的控制方法。高邊坡穩定性評價及支護動態優化設計應貫穿于整個高邊坡施工階段，從而形成動態評價過程。以高邊坡的實際特征為依據，判斷其破壞模式，一般分為結構面控制型和最大剪應力面控制型。在支護動態優化設計上，引薦強度穩定性分析方法，計算出必要的設計數據，為了更好的驗證的支護效果，可對支護的結構與邊坡之間所形成的作用關系來完成，從而不斷的完善并動態優化設計方案。

以地質狀況的角度出發，前文提及的案例公路，部分區域已出現破碎結構，同時呈現層狀，經過勘測，有50%的邊坡出現傾倒變形現象，造成這一現象的主要因素為巖體結構，另外部分折斷面則是受到巖體特征的影響。

5 高邊坡支護動態優化設計

1、設計標準及設計原則。在設計高邊坡支護方案時，安全等級應為一級，所采用的穩定性方法為圓弧滑動條分法，高邊坡的安全穩定系數大于等于1.3，錨桿抗拔安全系數應為2。施工原則應以預防地質災害為第一原則，確保施工人員的人身安全為第一要務，施工流程應堅持以人為本，同時降低施工對環境的破壞。

2、分析邊坡穩定性及計算。文中案例工程的高邊坡巖土層為粉質粘土、強風化及中風化泥灰巖，勘察地質過程中，并未發現有重大安全隱患的斷裂構造地質現象。其中最大厚度的高邊坡巖土層為泥灰巖，其厚度在17m 左右，從而判斷邊坡失穩的形態可能會促使坡體沿著潛在的破裂面而滑動。改變高邊坡的坡度是影響高邊坡穩定性的主要因素，這樣既能提高穩定性，降低土石方的重量，還能增加安全性。放坡需從坡頂開始依次放坡至坡腳，坡率應為1：1，再分別計算不同階段的安全系數。錨桿支護的位置也是非常重要的影響因素，在選擇錨桿支護時，可以改變錨桿的位置，再對錨桿所處位置的總體穩定性的影響因素進行計算。文中案例工程的預應力錨索應鉆直徑為150mm，采用15 根鋼絞線，傾角設置為25°。從上往下將第一級的錨固段長度設為20 米，自由段長度為8 米；第二級及第三級錨固段長度應為22 米，自由段長度為11 米。方形骨架護坡的位置也會對高邊坡的穩定性造成影響，對于降雨較多，受氣候影響不利建設高邊坡的地方，可以采用方形骨架。為確保后期施工及公路實際使用中不會受到雨水沖刷的影響，加固了高邊坡的坡面及坡腳，同時結合草木種植的方法不僅提高了邊坡的穩定性也增加了美觀性。

6 結束語

隨著經濟的發展，我國高速公路的修建速度及數量驟增，受到地形的影響，很多山區公路的修建存在很大安全問題。因此，在修建公路時必須以實際情況為依據，對坡體巖土的地形地貌、地層巖性、結構、地下水等進行針對性的研究，從而對高邊坡的穩定性給予評價分析，選擇合理穩定的設計方案，確保邊坡的安全性。