路塹高邊坡的支護設計及穩定性分析

黃永順

福建億達工程勘察設計研究院有限公司 福建 三明 365000

0 引言

路塹高邊坡一般是指土質挖方邊坡高度大于20m 或者巖石挖方邊坡高度大于30 m 的路塹邊坡［1］。山區公路工程大多存在路塹高邊坡，為使公路路基更為穩定，在開展此類工程邊坡設計時需充分調查基礎資料，采用合理的邊坡坡率和邊坡支護形式，確保路基穩定，同時依照不同的環境保護要求與自然條件，進而將其打造成生態邊坡工程。

1 工程概況

表1 各巖土層參數取值表

某國道改擴建一期工程A 標段，起止里程樁號為K0+000(坐標X=2932695.4162,Y=480438.4680)，終點里程樁號為K6+200(坐標X=2936146.3811,Y=475611.5667),全長6.2km。本標段采用雙向四車道（路基寬度21m）一級公路、設計速度60km/h 的標準建設。

K0+920～K1+050段左側為土質路塹高邊坡，上覆粉質粘土，厚度約5.5～8m；其下為全風化片巖，厚度約6～9m；砂礫狀強風化花崗巖，厚度約10～13m；下伏碎塊狀強風化花崗巖。地表水不甚發育，地下水主要以裂隙潛水為主，水文地質條件較好，具體參數值詳見表1。

2 開展路塹邊坡支護設計的準備工作

首先，在進行支護設計前，相關勘察設計人員需仔細踏勘了解現場，對其地下水位、土層種類、地形、地貌進行細致分析。若地下水位與其開挖范圍內的土層特征不符，則其降水措施與支護設計也會有較大不同。

其次，對于邊坡附近的古墓文物、管線及各類的地下設施等都需調查清楚，特別是其周遭的通訊光纜線路、電纜與排水管網等設施，對其在地下的深埋情況、結構形式、數量、走向及具體位置等都需進行實地調查研究，若要采取某些保護措施應與相關部門協商而定。此外，在對該邊坡工程調查與分析的過程中，設計人員仍需掌握各種資源的使用與供應情況，如排水設備、運輸機械及支護應用材料等，并適時了解施工期間的氣候狀況與周遭環境的地質情形，使該工程的設計更加完善和合理，保障工程的順利開展［2］。

3 路塹高邊坡坡率設計

路塹邊坡的形式主要有折線式和臺階式，坡率視具體地質情況可采用1:0.3～1:1.5。設計人員應根據具體路段邊坡的土體特性、地形、地貌、邊坡開挖高度及是否存在不利滑動面等因素［3］，采用不同的坡率方案進行比選。科學合理的邊坡坡率，有利于運營安全及節約工程造價等。

路塹高邊坡邊坡形式一般采用上緩下陡的臺階式。實例工程結合地質情況采取兩種刷坡方案進行穩定性分析和比選論證，如圖1（a）和1（b）所示。

圖1 （a）

圖1 （b）

圖1（a）方案：坡腳處設置擋土墻，第一級設邊坡坡率為1:0.50，第二級邊坡坡率為1:0.75，第三、四級邊坡坡率為1:1.00，第五邊坡坡率為1:1.25，每級邊坡高度為8m，平臺寬2m，邊坡最大高度達39.7m。

圖1（b）方案：根據地質情況自然放坡，第一級邊坡坡率為1:0.75，第二、三、四級邊坡坡率為1:1.00，第五、六級邊坡坡率為1:1.25，每級邊坡高度為8m，平臺寬2m，邊坡最大高度達45.8m。

采用簡化Bishop 法計算邊坡的穩定性，計算結果為，圖1（a）方案邊坡穩定系數K=1.14，圖1（b）方案邊坡穩定系數K=1.16，兩個方案邊坡穩定系數相差不大。圖1（a）方案占地面積較小（節約用地），土石方數量較少，坡面支護面積小，經濟合理，故實例工程采用圖1（a）方案的斷面形式。

4 路塹高邊坡支護設計

圖2 支護形式

4.1 邊坡支護設計

由于山區地形、地質較為復雜，地質勘察資料不能完全反映實際情況，本著動態設計動態施工的原則對該段邊坡進行加固。為了避免其穩定性受到破壞，主要采用錨桿格子梁框架進行坡體加固，使其與巖層形成整體，共同受力；設置擋土墻增加抗滑力，進而提高邊坡的安全性及穩定性。具體支護形式（如圖2 所示）如下：第一級邊坡采用擋土墻支護；第二、三、四級邊坡采用錨桿格子梁框架支護，格子梁之間進行植草綠化；第五級邊坡采用三維網植草支護。施工時應嚴格按照“開挖一級，支護一級”的原則執行，同時應注意觀察邊坡穩定情況，若出現異常現象應及時通知設計單位，做及時變更處理，以確保邊坡穩定和結構安全。

（1）擋土墻：擋土墻總高度為9.4m，頂寬為2m，面坡為1：0.25，背坡為1:0.10；墻身采用C20 片石砼鋼模板支模澆筑，利于路容景觀，泄水孔間距按2m×2m 梅花形布置。

（2）格子梁：截面尺寸為40cm×30cm，水平間距400cm，豎向間距460cm，現澆鋼筋混凝土等級為C30，在格子梁交叉處設置錨桿。

（3）錨桿：采用HRB400 熱軋鋼筋，直徑為28mm，長度分別為8m、12m、15m，與水平面的夾角為20°。

4.2 邊坡截排水系統設計

為降低雨水給邊坡帶來的侵蝕影響，該邊坡采用了截水溝、平臺排水溝、急流槽、消力池、路基邊溝等完善的截排水系統將坡面及坡面后緣山體匯水引排至涵洞，通過涵洞排入自然河溝，使其快速順利的排至路基外側。

（1）在坡頂開挖線以外大于5 米處設置0.6m×0.6m 梯形截水溝，截流坡面后緣的山體匯水的匯水。

（2）在2m 平臺處設置0.4m×0.4m 矩形排水溝，截流上一級坡面匯水及坡體排水，通過急流槽排至路基邊溝。

（3）在坡腳設置設置0.6m×0.6m 矩形路基邊坡，匯集急流槽及擋土墻墻背排水，引流至涵洞。

4.3 邊坡綠化設計

由于原邊坡植被已破壞，基于綠色公路的設計理念，采用三維網植草對邊坡進行綠化設計。三維網植草具有保持水土流失的功能，同時也能有效防護裸露的坡面，還可以保證與周圍自然環境相協調，形成賞心悅目的景觀。

4.4 穩定性計算與分析

為了使支護設計方案更為科學合理與經濟適用，確保邊坡的穩固與安全，采用極限平衡法［4］(理正邊坡綜合治理分析軟件)進行穩定性分析，計算結果如圖3，圓弧形滑面的邊坡穩定性系數計算公式如1-1 式、1-2 式和1-3 式。

圖3 正常工況穩定性計算結果(安全系數為1.223)

根據相關基礎資料，該邊坡工程地質條件較為簡單，破壞后危險程度較輕。計算結果表明，正常工況下，總下滑力為1281.6kN，總抗滑力為1567.6kN，路塹邊坡穩定系數（1.223）大于《公路路基設計規范》規定的路塹邊坡穩定安全系數（1.2）；飽和工況下，路塹邊坡穩定系數（1.11）大于《公路路基設計規范》規定的路塹邊坡穩定安全系數（1.1）；均能滿足《公路路基設計規范》規定的一級公路路塹邊坡穩定安全系數的要求，表明該支護設計方案可行。

5 總結

該路塹高邊坡工程于2018 年9 月竣工，通過對其施工及運營期間的監測，該邊坡基本穩定，支護結構變形值滿足規范和設計要求，表明該支護設計方案是合理的。

綜上所述，在當前公路工程的建設中，路塹高邊坡支護設計具有非常重要的意義和價值。在實際工程中應采用科學合理的邊坡斷面形式，確保高邊坡的穩固，為增強邊坡支護的穩定性，需對其進行專業性分析，找到影響其平穩度的因素后，再運用科學手段優化邊坡防護設計，既能做到了經濟合理，又能確保路塹高邊坡的整體穩定。