城市主干道路邊高陡巖質邊坡防護設計研究

馬荊利

(咸豐縣交通運輸局 恩施市 445600)

0 引言

近年來，為服務于我國經濟建設的不斷發展，我國的交通基礎設施建設規模不斷擴大，公路工程發展迅速。由于我國幅員遼闊，地質環境和條件復雜，在修建公路工程時不可避免地要開挖一些高陡路塹巖質邊坡[1-2]。城市主干道往往車流量密集并且連通著城市的幾個核心區域，城市主干道在城市整體交通運輸中流量占比高，意義重大，其運營的安全性和舒適性應引起足夠的重視。隨著城鎮化進程的不斷推進，城市建設不斷往外擴張，城市主干道通過山區或者丘陵地帶，需要開挖道路兩側的山體形成高陡路塹邊坡。高陡路塹邊坡在開挖后受開挖卸荷、降雨入滲、地震動以及人為荷載等因素的綜合影響下，容易發生滑塌破壞。故在進行高陡巖質邊坡開挖時應進行穩定性計算和邊坡安全防護，確保道路兩側高陡邊坡在施工和運營期間的安全穩定。

針對咸豐縣縣城至火車站道路工程的高陡路塹巖質邊坡，采用理正巖土計算軟件進行邊坡開挖穩定性分析，基于計算結果給出高陡巖質邊坡的防護方案并進一步進行防護后的穩定性計算，從而驗證其合理性。

1 工程概況

本項目是咸豐縣縣城連接火車站的城市主干道，是縣城通往火車站的重要通道。咸豐縣位于湖北省西南隅，恩施州西南部，地跨東經109°45′至110°38′，北緯29°38′至30°14′。咸豐縣東北接宣恩縣、利川市，東南及正南接宣恩縣、來風縣，西接重慶黔江市。其起點位于縣城楚蜀大道，終點止于丁寨小學附近，是咸豐縣城核心區通往火車站的重要通道，同時也連接縣城與周邊鄉鎮的快速運輸通道；其建設將會促進咸豐向丁寨以及附近鄉鎮的經濟輻射和產業轉移，促進區域間分工與協作、縮小區域經濟發展差距，實現共同富裕與和諧發展。本道路工程線位起訖里程為K0+000～K10+697.012，路線長10.697012km，路線基本呈東北—西南向[3]。

1.1 地質概況

本次研究選取工點里程樁號為K0+420～K0+680段線路右側的一個6級高邊坡，邊坡最大高度為65.88m，高邊坡坡長為320m。本段邊坡線路走向210°，邊坡傾向300°。

路段地處低緩丘陵，地形較陡，自然坡角最大約25°，山體植被發育。

1.2 地層巖性

(1)粉質黏土層：黃褐色，稍濕，可塑，稍有砂感，風化殘坡積成因。全場地分布，厚度為4.5m。其重度及抗剪強度指標建議值為γ=19kN/m3，黏聚力c=20kPa，內摩擦角φ=18°。

(2)強風化白云質灰巖：灰白色，巖石風化強烈，母巖結構可辨，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀，巖質較軟。全場地分布，厚度為1.5～4.60m。其重度及抗剪強度指標建議值為γ=21kN/m3，黏聚力c=25kPa，內摩擦角φ=30°。

(3)中風化白云質灰巖：灰白色，隱晶質結構，薄層至中厚層狀，巖石破碎，巖芯呈短柱狀夾碎塊狀，巖質較硬。全場地分布，最大揭示厚度為34.00m。其重度及抗剪強度指標建議值為γ=22kN/m3，黏聚力c=25kPa，內摩擦角φ=35°。

1.3 開挖概況

圖2為所選取的6級路塹高邊坡工點的工程地質橫斷面圖。一級坡采用1∶0.5的開挖放坡坡率，一級坡坡高16.68m；一級坡與二級坡之間有一個2m寬的平臺，之后的每級坡都設置一個2m平臺，二級和三級坡采用1∶0.5的開挖放坡坡率，坡高分別為16m和8m；四級坡采用1∶0.75的開挖放坡坡率，坡高為8m；五級和六級坡采用1∶1的開挖放坡坡率，坡高分別為8m和6m。

2 高邊坡穩定性計算

2.1 模型概化

對圖2中的地質模型進行模型概化，得到如圖3所示的計算簡圖。采用理正巖土軟件對本工點高邊坡的穩定性進行計算。理正巖質邊坡分析軟件是采用極限平衡法對邊坡進行分析，該方法是邊坡穩定性分析的一個常用方法。采用極限平衡法對巖質邊坡進行穩定性分析的原理為，先進行破壞面的假定，將破壞面內的巖體作為脫離體進行計算，當作用于脫離體上的力系達到靜力平衡時，此時巖土的抗力或抗剪強度，與破壞面實際所能提供的巖土的抗力或抗剪強度相比較，求得穩定性安全系數[4]。

2.2 巖土體計算參數

根據咸豐縣縣城至火車站道路工程兩階段施工圖設計巖土工程勘察報告書的資料確定高邊坡工點的氣候條件、地質情況，計算采用的地層巖性參數見表1所示。巖層重度、粘聚力和內摩擦角參數見1.2節地層巖性所述。

2.3 模型計算

根據中國地震烈度區劃圖，本項目位于地震烈度VI度區，依據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，地震動峰值加速度為0.05g，地震反應譜特征周期值為0.35s。根據《公路工程抗震設計規范》(JTJ 004-2005)，對于重要工程的抗震重點工程，可以比基本烈度提高一度采取抗震措施。由于本工點高邊坡為6級高陡巖質邊坡，故在抗震計算時采用比基本烈度提高一度，地震動峰值加速度取為0.1g進行計算。

表1 高邊坡巖土體計算參數表

區內氣候溫和，雨量充沛，大氣降水滲入為地下水的主要補給來源。地下水主要類型為孔隙水、基巖裂隙水。前者主要賦存于第四系松散層中，水位埋深隨季節變化；后者賦存于基巖中，其透水性及賦水性極不均勻。地下水以側向徑流的形式向溝谷排泄。本次計算考慮地下水埋深為距離坡頂表面7.3m位置。

將上述計算參數輸入到理正巖土巖質邊坡穩定性分析模塊進行計算，得到考慮地下水和地震影響的高邊坡穩定性計算結果見表2。

表2 高邊坡開挖穩定性計算結果

從以上計算結果可以知道本項目工點6級高邊坡在開挖后，下滑力為14876.1kN，抗滑力為13032.5kN，安全系數F=抗滑力/下滑力=13032.5kN/14876.1kN=0.968<1，高邊坡有發生滑塌的風險。

3 高邊坡防護

本項目6級高邊坡為土質和巖質混合邊坡，邊坡地層主要為表層的粉質粘土層和次堅石強風化白云質灰巖層以及堅石中風化白云質灰巖層。采用錨桿和拱架三維網植草進行高邊坡防護。采用錨桿防護同樣需要進行穩定性計算。

根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)5.3.2節的相關規定，一級永久邊坡在一般工況下的邊坡穩定性安全系數應不小于1.35，二級永久邊坡在地震工況下的邊坡穩定性安全系數應不小于1.15。路塹高邊坡錨桿支護方案圖見圖4所示。

錨桿支護采用3m×3m布置方案，沿著坡面向上共16排錨桿。錨桿設置參數見表3所示。

表3 高邊坡錨桿防護參數表

同樣對采用錨桿防護的高邊坡進行穩定性計算，利用極限平衡法計算其防護后模型的穩定性，計算結果如表4。

表4 錨桿抗力

結構面上正壓力為11103.6kN，邊坡的總下滑力為9006.3kN，總抗滑力為10386.1kN，全系數F=抗滑力/下滑力=10386.1kN/9006.3kN=1.153>1.15，計算結果安全系數滿足一級邊坡在地震工況下的安全系數，從而說明錨桿方案的合理性。

邊坡坡面采用三維網植草防護，坡頂設置截水溝，邊坡平臺采用漿砌片石進行硬化，并設置排水溝，防止雨水過多入滲進坡體內部，在邊坡開挖還未進行防護前，若遇到雨季，須對坡面進行遮擋，防止水流入滲對邊坡的侵蝕破壞。

4 結語

依托湖北省恩施土家族苗族自治州咸豐縣縣城至火車站道路項目K0+420～K0+680段線路右側的一個6級高陡巖質邊坡工程，對其進行考慮地震力和靜水壓力的路塹高陡巖質邊坡穩定性分析，采用理正巖土巖質邊坡分析軟件進行穩定性計算，得到其開挖后未防護狀態安全系數不滿足規范要求，有發生滑塌破壞的風險。根據計算結果采用錨桿和拱形三維網植草進行邊坡防護，并給出詳細的錨桿防護設計方案，進一步對其防護后的邊坡進行穩定性分析，得到其在同時考慮地震力和靜水壓力的工況下的安全系數滿足規范要求，驗證錨桿防護方案的可行性，最后根據邊坡開挖狀態確定邊坡的綜合開挖防護方案，研究結果可以供同類工程借鑒使用。