高速公路工程邊坡防護設計

魯 祥

中交第一公路勘察設計研究院有限公司

1 引言

在高速公路工程項目中，其邊坡穩定性會受自然因素、人為因素等影響不可避免出現深挖路塹邊坡，導致公路邊坡失穩。其中，自然因素主要包括工程項目所在區域內的地質條件、地形地貌、大氣降水以及地震災害等；人為因素主要包括邊坡的開挖方式、防護設計方案以及養護和綠化等方面[1]。在此背景下，如果邊坡防護設計不當，其穩定性就會受到影響，進而給路面的行車安全帶來威脅。

2 工程概況

在建云南省墨江至臨滄公路TJ6標段主線起始樁號K70+950~K84+850，路線全長13.916km。其中，K70+950~K71+200左側邊坡于2019年11月15日開始開挖，2019年11月20日路基左側第五級邊坡開挖完成后，發現邊坡坡頂、坡面出現開裂現象。為防止滑坡繼續發展，業主及時要求施工單位暫停該段挖方邊坡施工，同時要求施工單位在滑坡坡腳反壓回填，回填高度≥6m，滑坡發展速度得到暫時有效控制。

3 邊坡防護新理念

在傳統高速公路邊坡防護設計工作中，為了實現邊坡的穩定性，保證高速公路的運營安全，設計人員往往更注重邊坡強度功效，采用混凝土灰色防護，這一防護形式具有投資成本高、工程量大以及單調等特點，且與周圍的自然環境不協調，在目前的高速公路邊坡防護設計中已逐漸被淘汰。

新形勢下，高速公路邊坡防護新理念提倡以邊坡穩定為基礎，采用綠色防護新理念，因為綠色防護具有美化環境、保持水土、恢復植被、防護淺層邊坡以及完全覆蓋巖土邊坡等眾多優勢，既實現了加固和綠化剛柔并劑的效果，又能保證邊坡穩定、解決邊坡防護與生態環境問題，進而實現人與自然的和諧共處[2]。

4 滑坡形成機制

高速公路工程邊坡是在巖體、土體、自重以及人為等作用下形成的具有一定傾斜度的臨空面，在具體的設計過程中可能會由于不利地形條件、土層及巖土結構，工程施工、大氣降雨等因素的影響，使邊坡的一部分與另一部分產生相對位移，邊坡喪失原有的穩定性，進而形成滑坡。在本工程項目中，滑坡的形成和發展同樣受不利地形條件、土層即巖土結構，工程施工、大氣降雨等因素的影響。

（1）有利地形條件：滑坡處位于單項人工斜坡上，坡度為45°~53°之間，坡度較陡，坡腳路基已超出開挖范圍，形成臨空面，為滑坡形成提供了有利的地形條件。

（2）不利的地層及巖土結構。滑坡所在區域內的邊坡主要以全風化的砂巖、強風化的炭質頁巖夾砂巖為主，節理裂隙發育，巖體破碎，巖質軟，遇水軟化速度快，巖體強度下降，自穩能力差，為滑坡形成提供了有利條件。

（3）工程施工。K70+950~K71+200段為深挖方，路基左側為高邊坡，開挖后由于未及時封閉坡面，其在大氣降水、暴曬等自然因素影響下，導致開挖后的邊坡強度大大降低，出現失穩、使邊坡坡面出現了大量的節理裂縫，導致坍塌。因此，在具體的施工過程中，未及時封閉邊坡是造成滑坡發生的一個重要因素。

（4）大氣降水。大氣降水一部分隨著邊坡坡面向坡腳排泄，對邊坡造成沖刷；另一部分通過巖體風化裂縫下滲，使坡體含水量增加，巖體和斜坡強度降低。大氣降水既是造成滑坡產生的自然因素，也是主要的外在因素。

總的來說，K70+950~K71+200段在不利地形條件、不利地層即巖土結構、工程施工以及大氣降水等的共同作用下，導致該路段邊坡出現變形，從而產生滑坡。

5 邊坡防護設計應遵循的原則

針對因滑坡造成災害的路段，需結合其對本工程項目的危害程度、維修難度以及勘察結果進行綜合性防護設計[3]，并遵循以下設計原則。

5.1 綜合治理原則

在本工程項目中，由于造成滑坡的影響因素較多、性質復雜、規模較大、危害嚴重，需要對滑坡路段使用抗滑樁、抗滑擋墻、錨桿（索）等巖土支擋和錨固措施、加強排水等多種手段進行綜合治理。

5.2 安全第一原則

在設計邊坡防護方案時需綜合考慮多種客觀因素的影響，尤其加強注意本項目所在區域內的地形、地質條件、大氣降水、工程施工等不利影響，力爭一次完成，不留任何安全隱患，不引發新的災害，保證本工程項目的安全運營。

5.3 施工便利原則

全面考慮工程項目施工的便利性、方案的可行性以及方案實施的可操作性。同時，在具體的施工過程中不斷健全與完善安保措施，保證施工人員的生命不受威脅。

5.4 經濟合理原則

應當結合實際情況，采用成熟的巖土工程治理技術，防范災害的發生，做到因地制宜，合理解決經濟性與安全性之間的矛盾，確保工程項目順利推進。

5.5 環保美觀原則

在具體的施工過程中，盡量做到不破壞原坡體上既有的植被，并對邊坡的開挖部位進行綠化，使工程環保美觀，以此增加公路的運行能力，提高駕乘人員的舒適程度。

5.6 動態設計原則

由于受地質條件的復雜性和勘察鉆孔局限性的影響，在具體的施工過程中應當加強對滑坡地表的監測和巡視，隨時掌握和了解滑坡動態，保證施工的安全性。另外，將信息化施工運用到其中，遵循動態設計原則，一旦發現局部滑面與方案設計不一致時及時向上級領導反饋，并優化和調整設計方案。

6 邊坡防護設計方案

6.1 雙排抗滑樁支擋

（1）刷坡減載。將第2級邊坡坡腳位置作為清方起點，向上按照設計坡率1∶1.25~1∶4，再根據調整后的邊坡坡率清除部分滑坡體，減小滑坡推力。

（2）抗滑支擋，為保證邊坡的穩定性和安全性，應在K70+991~K71+231段第1級邊坡平臺處設置41根尺寸為1.8m×2.4m抗滑樁進行支擋（前排樁），樁長18m，樁間距6m；K71+030~K71+180段在坡頂距主線中樁65m處設置26根樁徑為1.8m×2.4m和2.0m×3.0m的兩種樁，樁長為22m~24m，抗滑樁全部采用C30混凝土鋼筋混凝土澆筑，樁間采用C30鋼筋混凝土擋土板，并結合工程項目的實際情況，在K70+950~K71+300段主線坡腳位置設置路塹墻。抗滑樁工作原理如圖1所示。

圖1 抗滑樁工作原理示意圖

（3）為防止邊坡出現局部滑移，在第1級邊坡處設置路塹墻，墻頂采用錨索框架防護；第2、4級邊坡處設置抗滑樁段落外，其余全部采用錨索框架植草加固；第3級邊坡K70+950~K71+200段采用三維網噴播植草防護，K71+200~K71+300段采用錨桿框架防錨桿框架護；第5級邊坡采用三維網噴播植草防護。

（4）排水工程。①截水溝：在距離挖方坡頂外的5m處設置尺寸為40cm×40cm的坡頂梯形截水溝，并采用C20現澆混凝土澆筑；②排水溝。在每一級的邊坡平臺處分別設置尺寸為40cm×40cm的平臺排水溝，并采用C20現澆混凝土澆筑。

6.2 單排抗滑樁+坡面強防護

由于本工程項目滑坡產生的位置為者整村下方，清方困難。因此需要對已產生滑動位置進行抗滑支擋。

（1）刷坡減載。將第2級邊坡坡腳位置作為清方起點，向上按照設計坡率1∶1.25~1∶6，根據調整后的邊坡坡率清除部分滑坡體，減小滑坡推力。

（2）抗滑支擋。為確保滑坡的穩定與安全性，K70+972~K71+182段在坡頂距主線中樁73m處設置36根抗滑樁，樁徑為1.8m×2.4m、2.0m×3.0m兩種，樁長為22m~25m，抗滑樁均采用C30鋼筋混凝土澆筑，樁間采用C30鋼筋混凝土擋土板，部分抗滑樁頂面以下1m、2m分別設置預應力錨索，采用6束Φ15.2mm高強度低松弛鋼絞線（1860MPa），錨固段長度10m，單孔錨索設計錨固力340kN，鎖定錨固力272kN。如果繼續開挖施工，滑動面勢必會出現下移，因此需要在K70+975~K71+230段主線坡腳位置設置抗滑擋墻，K70+950~K70+975段、K71+230~K71+300段主線坡腳位置設置路塹墻。

（3）邊坡防護。第1級邊坡坡腳設路塹墻，墻頂采用錨桿框架防護；第2、3級邊坡采用錨索框架防護（6束Φ15.2mm鋼絞線），錨索設計荷載650kN，鎖定荷載480kN；第4級邊坡除設置抗滑樁段落，K71+182~K71+230段采用錨桿框架防護外，其余坡面采用三維網噴播植草防護；第5級邊坡采用三維網噴播植草防護。

（4）排水工程。①截水溝：在距挖方坡頂外不小于5m處，設置尺寸為40cm×40cm坡頂梯形截水溝，并采用C20現澆混凝土澆筑；②排水溝：在每一級邊坡平臺處設置尺寸為40cm×40cm的平臺排水溝，采用C20現澆混凝土澆筑。

7 結束語

綜上所述，邊坡防護設計作為高速公路工程中的一項重要內容，設計防護方案是一個逐漸優化的過程。本文以實際項目為例，探討了邊坡方案設計的原則和具體措施，最終取得了良好的治理效果。在具體的設計過程中，應當根據工程項目的地形、地質條件、施工方法，并通過理論與實踐相結合的方法對邊坡的穩定性予以正確評價，選擇不同防護類型，直至滿足施工方案設計要求為止。