城市道路高路塹邊坡設計探討

廖優

摘要：近年來，我國的城市化進程有了很大進展，城市道路工程建設越來越多。城市道路與公路的高邊坡處理有較大差異。當前公路高路塹邊坡設計主要采用坡率法，即通過邊坡高度和坡度的控制與調整，無需進行特殊工程加固便能使邊坡達到自身結構穩定狀態的處理。文中首先分析了公路邊坡分類和變形類型，其次探討了城市道路高路塹邊坡設計要點，最后論述了存在問題和研究方向，以供參考。。

關鍵詞：道路工程;高路塹;邊坡防護

引言

隨著我國城市化進程的不斷發展，城市建設逐漸向城市遠郊的山區丘陵地帶推進，市政工程已無法避免高大路塹邊坡等特殊性工點的建設。然而，市政道路邊坡常受現狀地形和邊坡上既有建構筑物等條件限制，抗滑樁作為一種剛性支護措施成為了此類邊坡的主要支護形式。

1公路邊坡分類和變形類型

公路邊坡的分類：根據填挖分為路堤邊坡（填方）和路塹邊坡（挖方），同時現行的《公路路基設計規范》（JTGD30-2015）規定：①對土質挖方高度超過20m、巖質挖方超過30m邊坡稱為深路塹（路塹高邊坡）;②填方邊坡高度超過20m的路堤稱為高路堤。同時按照邊坡巖土構成分為土質邊坡、巖質邊坡及二元結構邊坡，按巖體地質構造分為均質或類均質土結構邊坡、近水平層狀結構邊坡、順傾層狀結構邊坡、反傾層狀結構邊坡、破碎狀結構邊坡及塊狀結構邊坡。按照變形深度分為坡面變形（深1m～2m）、邊坡變形（深<10m，變形在邊坡范圍內）及坡體變形（深≥10m，變形超越邊坡范圍）。按照變形范圍分為局部變形、整體變形。按變形性質分為坡面沖刷、風化剝落、表層溜塌、危巖、落石、滑坡及傾倒。

2城市道路高路塹邊坡設計要點

2.1坡率的確定

公路路塹可以選擇的坡形主要有直線形、上陡下緩形、上緩下陡形、臺階形，其中，直線形邊坡坡形對于高度較小的均質及薄層互層邊坡較為適用;上陡下緩形邊坡坡形則適用于較高且上部巖土層穩定性良好的多層土邊坡;上緩下陡形坡形適用于上部覆蓋層穩定性比下部巖土層差的邊坡;臺階形邊坡適用于較高且由多層土組成的邊坡，應在其中部以及巖土層界面增設寬度至少1.0m的平臺，以形成臺階形邊坡。綜合考慮各種邊坡形式的適用范圍以及本公路工程路塹高邊坡實際情況，本段整體采用上緩下陡臺階形邊坡。在確定好邊坡坡形的基礎上進行坡率分析，以保證施工安全，降低造價及工程運行安全。

2.2設計錨固力和張拉力的確定

邊坡預加固主要目的是防止坡體開挖后出現卸荷。土質（類土質）邊坡，超張拉力一般為設計拉力的1.2倍以上，從而確保鎖定拉力不小于設計拉力。巖質邊坡，超張拉力一般為設計拉力的1.1倍以上，從而確保鎖定拉力不小于設計拉力。錨固長度、錨固段是否必須深入基巖，一般情況下深入10m～12m。

2.3加固措施的主要原則

地質資料為基礎的原則，高邊坡設計應以翔實的地質勘查資料為基礎。坡率與工程加固措施相結合，一般邊坡以穩定坡率為主，高邊坡應綜合考慮環保與工程規模，考慮采用陡坡率+工程措施，減小邊坡高度，降低用地和開挖規模。路塹高邊坡設計遵循“減載、固腳、強腰、排水”的原則，逐工點設計，根據邊坡穩定性分析，提出分級高度、邊坡坡率、加固方案等。路塹高邊坡地質條件復雜，巖土體產狀多變，要及時根據施工過程中發現的真實地質情況，對設計文件進行必要的補充和完善，故施工過程中動態設計非常重要。邊坡設計應對施工提出嚴格要求，避免不合理的施工導致邊坡失穩。盡量加強邊坡坡面綠化防護，提高環境保護。

2.4邊界條件

數值分析采用二維平面應變模型，假設底部足夠深，不受邊坡開挖的影響，模型底部可采用水平位移和豎直位移為0作為邊界條件;模型左右兩側距離開挖位置較遠，假定其水平位移為0;電塔荷載等效為邊坡坡頂線性荷載;該處地下水位較深，地下水位對邊坡開挖幾乎無影響，數值分析中不予考慮。

2.5邊坡加固防護

當前常見的高路塹邊坡加固措施主要有坡腳支擋和預應力錨桿（索）等，坡腳支擋缺乏美觀性、人工雕琢痕跡過強，出于美觀考慮，預應力錨索全部嵌入，錨索選用設計抗拉強度1860MPa、無黏結鋼絞線編制，并劃分為幾個相同的錨固單元。進行以上加固設計后還應進行極限平衡計算，計算結果顯示，壓力分散型預應力錨索格梁邊坡加固后，邊坡安全系數提高至1.27，基本達到設計要求，且加固后的邊坡塑性區分布圖顯示，加固處理后邊坡塑性區并未貫通整個坡體，邊坡仍處于穩定狀態，放坡前采用錨桿加固，防陡坡后采用預應力錨索，所以無黏結鋼絞線使用量增大，錨桿使用量減少，其余格梁防護工程量及坡面防護均有不同程度減少，優化設計后造價比原設計低出10%。

2.6巖土體與漿體黏結強度的取值

錨索水泥砂漿體與其周圍巖土的粘聚力是參考值，錨索工程施工前必須在施工現場進行拉拔試驗，以確定實際的抗拔力以驗證設計參數選擇是否合理，并根據現場試驗結果加以修正，最終確定黏結強度和有效錨固長度。

3存在問題和研究方向

a.由于邊坡工程問題的復雜性，工程設計預加固措施可行度仍然較低;b.邊坡的典型工程地質模式缺乏系統歸納，其變形失穩機理有待深入研究;c.邊坡穩定分析的計算模式較為簡單且假定較多，計算參數取值依據不足;d.邊坡設計計算理論不完善，定量化計算水平和準確性較低;e.邊坡開挖松弛的力學原理、變形破壞模式和數值模擬研究不夠深入;f.邊坡錨固工程的使用條件及其耐久性尚需深入研究。

結語

本文對高路塹邊坡高壓電塔保護支擋設計方案進行比選，推薦采用預應力錨索單排樁支護方式支護邊坡，并采用有限元方法對支護方案進行驗證，得到其穩定性驗收安全系數為2.313，高壓電塔控制性指標桿塔結構傾斜度為0.105%，均符合規范要求;說明所采取的支護方案能保障道路及高壓電塔的運營安全。

參考文獻

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