路基支擋及邊坡加固防護設計研究

馬志鵬

（青海省育才公路勘察設計有限公司,青海 西寧 810000）

邊坡防護方案的制定應當密切結合邊坡類型而展開。在實際工程中,邊坡類型的劃分可遵循不同原則,非均質邊坡的破壞模式不僅表現出明顯的土質邊坡特性,同時還與巖質邊坡的破壞較為類似。作為工程中分布最為普遍的一類邊坡,復合邊坡的坡面大多表現出土質邊坡的特性,而其下坡體則主要表現為巖質邊坡特性,在破壞時整體呈現出多種邊坡的破壞形態[1]。

1 常見邊坡加固防護技術

1.1 坡面防護

在對巖質邊坡進行坡面綠化處理時可選擇的技術比較多,且主要適用于坡率較緩的坡面,譬如噴混植生、TBS 噴播植草都是比較常見的方法。骨架式植被坡面防護主要用于局部存在不穩定的邊坡中,且需要將骨架格構、錨固技術進行結合,不僅能夠起到綠化坡面的效果,同時還可以顯著強化坡體的穩定性[2],如圖1 所示。

圖1 骨架式植被坡面防護立面圖

1.2 落石、崩塌防護

落石、崩塌都是在公路工程中較為普遍的病害,在制定防護方案時需要密切結合病害的形態、規模及位置等來綜合確定。落石、崩塌病害的防護方式比較多樣,對程度較為輕微的落實、崩塌,一般可借助鐵絲網形成植被防護或采用骨架生態防護；而對于規模達到1 m3的崩塌病害,則需要采取具有良好耐久性的錨固措施進行防護,坡面則以框格骨架、柔性防護網為主。對于落石、崩塌較高的過程,也可適當布置被動型柔性防護作為補充[3]。圖2 為某公路路基邊坡掛網噴混植生護坡斷面圖。

圖2 掛網噴混植生護坡斷面圖

1.3 泥石流防護

泥石流災害的發生大多需要足夠降水作為前提,且在地形地勢陡峭的山區更為多發,不良地質條件、松散堆積物也對促進泥石流的發生,進而引起植被破壞、水土流失等問題。對于有公路經過的區域最好應當采用隧道、明洞等進行跨越,并根據實際地質條件靈活選用護坡、擋墻等來抵抗泥石流的沖刷效果,防止侵蝕、淤埋等問題的發生[4]。

2 邊坡加固防護方案的決策

以某公路工程為例展開分析,該項目處于山地區域,通過已有資料發現建設地的森林覆蓋率約為70%,其年平均降水量約為1 800～2 200 mm。受到構造運動影響,該地區整體地形向上隆起,河流存在顯著下切作用,谷地深度大多處于200～500 m,部分地區達到了1 000 m 以上,大部分地區的地表自然坡度高于30°。

2.1 邊坡加固防護方案的初步決策

公路邊坡病害主要有落石、崩塌、泥石流及滑坡四類。在傳統邊坡加固設計中,其方案應當結合邊坡地質條件,按照半定性半定量的原則進行制定,同時還需要對邊坡穩定做出定量計算,驗證方案的可行性。當前方案制定需要基于已有經驗做出判斷,其中比較常見的方法有Mark lands 法、CSMR 法等[5]。下面結合我國高速工程邊坡的主要特性,基于AHP-Fuzzy模糊綜評價提出一種綜合考慮多項影響因素的初步決策方法。該方法主要囊括了以下幾個方面的內容。

充分了解、吸收Mark lands 法、CSMR 法等已有邊坡穩定分析方法,根據邊坡類型、防護需求及可能產生的后果,將防護技術大致分為A～E 五個不同的類別,如表1 所示。基于邊坡防護的模型綜合評價及工程經驗即可對不同類型、高度及組成的邊坡防護方案給出初步分類,如表2 所示。

表1 邊坡防護初步方案類型

表2 不同穩定類型邊坡的初步防護方案

基于邊坡的類型確定與之相應的邊坡防護類型。對于巖質邊坡而言,可采用模糊綜合評價的分類情況來選擇與之對應的邊坡防護類型；對于純土質邊坡而言,可基于工程經驗、同類工程案例及極限平衡法來定量選擇邊坡防護類型；對于類土質邊坡而言,可參考巖質邊坡的確定方法,通過模糊綜合評價來定量來選擇相應邊坡防護類型,并可借助定性分析輔助完成防護類型的確定；而在確定復合邊坡的防護類型時,巖質區域可采用模糊綜合評價法,土質區域則可按照土質邊坡進行分析,并分別對各自區域確定防護類型。

2.2 邊坡加固防護方案的比選決策

當需要對多個邊坡加固防護方案進行比選時,應當充分考慮到邊坡自身所具有的地質特征,并將投資成本、風險管理、施工要素、維護費用及環境影響納入評價范圍內,并以此五個指標來評價方案優劣。

其中,u1、u2、u3、u4、u5分別代表投資成本、風險管理、施工要素、維護費用及環境影響。

基于層次分析法,對上述五個主要影響因素的權重進行打分,并以此定量評價其各自的重要程度,將不同因素兩兩進行比較并評估其相對重要性。也即當所評價兩個因素相同重要時給定其權重值為1；當其中一個因素較另一個因素存在顯著重要性時給定其權重值為2；另一個因素給定權重值為1/2；當其中一個因素較另一個因素存在極端重要性時給定其權重值為4；另一個因素給定權重值為1/4。由此即可通過相對重要性的比對得出各自權重,并以歸一化的方式最終得到各因素的權重集：

在對邊坡加固防護方案作出評價時,按照優、良、劣三個等級給出定性評價。

通過邊坡加固防護方案的優劣等級進行劃分,按照評價因素分析的閾值可得出三個不同的等級,其劃分依據如表3 所示。

表3 邊坡加固防護方案的單因素評價要素

若涉及到較為復雜的特殊邊坡,則其考慮多因素影響的方案綜合比選結果為：

F=A·U

式中,A、U 分別為各因素權重及隸屬度矩陣。

當計算所得F 處于8～10 的范圍內時,即可將該方案認定為優；當F 處于4～7 的范圍內時,即可將該方案認定為良；當F=0-3 時方案為劣；根據上述方法,即可對多種備選方案的合理性進行評價,并指導技術人員選擇最為適合的方案。若出現多個同等級方案,則需要根據評分的高低擇優選擇。以本研究所研究的項目為例,通過調研、分析發現其邊坡屬于存在明顯風化的巖質邊坡,考慮到該地區的地質特點,若選用模糊評價法進行分析,則其評價結果為“不穩定”,且其隸屬度為0.7。通過表1、表2 中數據可以發現,該邊坡防護加固的初步方案定為“D/E”類型。在此基礎上,與極限平衡法相結合并與同類工程案例進行類比。以此即可得出若干比較方案,按照表3 中的標準進行量化評分,綜合考慮多項因素的影響,即可比選得出其中得分最高的方案。通過對路基邊坡加固效果、工程進度及造價等多方面因素進行對比分析,設計采用在路基邊坡上部先進行局部卸載,然后在中部采用錨索錨固,邊坡下部明洞反壓,綜合采用上述三種措施,并結合路基排水等措施,從而實現路基邊坡加固的目的。

3 防護效果分析

為了對本次路基邊坡加固措施實施效果進行評價,對邊坡位移、錨索應力及洞身深度變化情況進行監測,檢測結果如圖3～圖5 所示。

圖3 邊坡位移變化監測情況

圖4 錨索拉應力變化監測情況

圖5 洞身深度變化監測情況

由圖3～圖5 可以看出,邊坡位移總體變化不大,最大位移未超過2 cm,錨索預應力隨著時間的延長出現了應力損失,裂縫寬度未見明顯發展,隨著洞身深度變大,測斜管水平位移變化曲線呈“鐘擺型”,最大水平位移在6 cm 以內。上述監測結果表明：該路基邊坡坡體經過加固后具有較好的穩定性。

4 結論

本研究基于路基支擋、邊坡加固等工序的影響因素展開分析,結合常見邊坡加固技術分別從路基加固防護的初步決策、比選決策兩個層面展開分析。由于公路邊坡管理存在跨度大、工點多的特點,因此采用模糊評價法綜合定性、定量分析的方法對邊坡穩定狀態進行了評斷并指導制定相應防護措施。對于處于不穩定狀態下的邊坡,則需要通過定量分析的方式進一步評判。