公路高邊坡設(shè)計方案比選研究

呂文兵

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，湖北 武漢201912）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路建設(shè)的步伐越來越快，對公路建設(shè)的要求也越來越高，公路高邊坡治理作為公路施工過程和公路后期運(yùn)營過程中的安全保障措施也更加被重視，高邊坡的安全與穩(wěn)定邊坡自身的高度和坡度、土體性質(zhì)、水文和人工防護(hù)措施密切相關(guān)，大型高邊坡的失穩(wěn)具有突然性、速度快、危害大的特點，因此有必要對高邊坡的防護(hù)進(jìn)行勘察設(shè)計，采用合理的措施保證邊坡的穩(wěn)定與安全。

1 工程介紹

1.1 項目概況

省道S366 K6+550～K6+810 路段左側(cè)為深路塹路段，山體坡度為50°，邊坡坡腳坡度達(dá)到90°，邊坡高度55 m 左右，且邊坡被雨水侵蝕嚴(yán)重，風(fēng)化程度高、強(qiáng)度低，部分地段時常有山石滑落威脅行車安全，現(xiàn)取其典型斷面進(jìn)行研究分析，進(jìn)行邊坡防護(hù)工點設(shè)計。開挖坡面為中風(fēng)化粉砂巖夾泥巖，巖層產(chǎn)狀190°∠8°，邊坡為逆向坡。貫通性裂隙發(fā)育，主要有兩組，其產(chǎn)狀分別為90°∠70°及30°∠65°。

1.2 地質(zhì)情況及參數(shù)

原始地貌屬剝蝕低山，局部為山間谷地，地形略有起伏，地表有積水。上覆地層主要為第四系人工填土、殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為志留系粉砂巖夾泥巖。地下水主要為第四系松散巖層孔隙水及基巖裂隙水，較發(fā)育，線路通過處未見明顯不良地質(zhì)作用，主要力學(xué)指標(biāo)見表1。

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和主要參數(shù)

2.1 邊坡等級

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）邊坡高度及其損壞后可能造成的后果，結(jié)合該二級公路現(xiàn)場的實際情況，將該邊坡安全等級取為二級，允許穩(wěn)定安全系數(shù)取1.25。

2.2 水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散層孔隙潛水及基巖裂隙水；孔隙潛水含水層主要為碎石土層，基巖裂隙水含水巖層為粉砂巖，主要分布于風(fēng)化裂隙中；勘察期間，鉆孔內(nèi)揭露有地下水，無固定水位。

2.3 坡面荷載

邊坡為山體挖方邊坡，不考慮坡面荷載。

2.4 地震參數(shù)

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）及《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），擬建場地抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，Ⅱ類場地基本地震動峰值加速度值為0.05g，場地基本地震動加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，設(shè)計地震分組第一組。按規(guī)范修正后，場區(qū)Ⅰ類地震動峰值加速度值為0.04g，加速度反應(yīng)譜特征周期為0.25 s，設(shè)計地震分組第一組。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

常見的邊坡治理方案一般可歸納為三類：

（1）植物防護(hù)：噴播植草、鋪草皮。

（2）工程防護(hù)：漿砌護(hù)坡、護(hù)面墻、各類擋墻等。

（3）綜合防護(hù)：三維網(wǎng)植草、框架植草等。

植物防護(hù)不僅可以對邊坡進(jìn)行防護(hù)使得公路邊坡和大自然完全融為一體，還可以防止水土流失調(diào)節(jié)氣候，施工效率高、成本低，但是對于高度大、坡度抖的邊坡防護(hù)能力不足且路堤摻灰土?xí)r植被的成活率很低。工程防護(hù)對邊坡的穩(wěn)固作用很明顯，實用性較強(qiáng)，可以對高陡邊坡進(jìn)行防護(hù)，但是缺少美感，與周圍環(huán)境對比顯得不協(xié)調(diào)，與公路設(shè)計中綠化環(huán)境的宗旨不是很匹配。綜合防護(hù)不僅在一定程度上滿足了綠化要求，也滿足邊坡防護(hù)的要求。

表1 現(xiàn)狀邊坡設(shè)計巖土參數(shù)

3.1 自然狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀邊坡偶爾有土石掉落，邊坡前后路段存在淺層滑塌，有必要分析自然狀態(tài)下邊坡的安全穩(wěn)定性（見圖1）。

圖1 現(xiàn)狀邊坡計算圖

計算結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)狀坡面穩(wěn)定分析計算結(jié)果

由計算可知，自然狀態(tài)下邊坡安全系數(shù)小于1，但是經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和對周邊居民的詢問得知這段坡體沒有整體失穩(wěn)，只是偶爾有土石掉落，因此可以判定此坡體處于穩(wěn)定但不安全狀態(tài)。

3.2 植草防護(hù)

按照設(shè)計坡率直接削坡，自坡腳至坡頂按照1∶0.5 的坡率進(jìn)行削坡，邊坡每8 m 高設(shè)置2 m 寬的護(hù)坡道，最上一級邊坡坡率放緩為1∶1。根據(jù)計算結(jié)果可知，植草防護(hù)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.855 小于自然狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)0.881，所以必須對邊坡進(jìn)行防護(hù)設(shè)計，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性需要，也考慮到現(xiàn)場施工的難度大小，并結(jié)合項目當(dāng)?shù)貙G化的要求，該段高邊坡采用框架植草防護(hù)（見圖2）。

圖2 植草防護(hù)邊坡計算圖

3.3 框架植草防護(hù)

按照1∶0.5 進(jìn)行削坡，每8 m 為一級邊坡，每級邊坡設(shè)置2 m 的護(hù)坡道，坡面平整后施工φ25 預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長8 m，位于框架梁節(jié)點處，間距為2 m，錨桿與水平俯角為15°，框架規(guī)格為2 m×2 m，框架梁規(guī)格為30 cm×30 cm，采用C20 混凝土現(xiàn)澆?？蚣軆?nèi)采用植草防護(hù)（見圖3）。

圖3 框架植草防護(hù)邊坡計算圖

3.4 加寬護(hù)坡道+ 框架植草防護(hù)

為防止坡面滾落碎石土對下面車道行車造成的不安全影響，將每三級邊坡的護(hù)坡道加寬為5 m 修成一個平臺，在對每級邊坡進(jìn)行框架植草防護(hù)，框架植草防護(hù)的具體形式同框架植草防護(hù)（見圖4）。

3.5 預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)

將加寬護(hù)坡道+ 框架植草防護(hù)中的錨桿換成預(yù)應(yīng)力錨索并計算穩(wěn)定安全系數(shù)。

圖4 護(hù)坡道加寬邊坡計算圖

幾種不同工況下的坡面穩(wěn)定分析計算結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)狀坡面穩(wěn)定分析計算結(jié)果

根據(jù)框架植草防護(hù)的穩(wěn)定性計算結(jié)果，穩(wěn)定安全系數(shù)很接近允許安全系數(shù)，為了充分保證邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，現(xiàn)將第三級邊坡的護(hù)坡道拓寬為5 m，起到給下面邊坡卸載的作用，計算得到此時的安全穩(wěn)定系數(shù)為1.417，較護(hù)坡道拓寬前增加11%。而將錨桿換成錨索支護(hù)，安全系數(shù)僅提高了5.4%，對邊坡穩(wěn)定作用并不明顯。

4 不同支護(hù)方案的可行性與優(yōu)缺點

根據(jù)表4 的結(jié)果，對比這兩種防護(hù)方式，護(hù)坡道加寬雖然比正常寬度造價高23.24 萬元（加寬護(hù)坡道之后挖方量有所增加），但是對于邊坡穩(wěn)定性有所提高，下面三級坡的荷載變小，加寬的護(hù)坡道給上面挖方段提供了一個很好的緩沖平臺。同時給施工提供了相對較大的空間，增加了施工的安全性和便利性。寬的護(hù)坡道可以增加綠化、種植灌木等，使景觀更加協(xié)調(diào)。

表4 方案指標(biāo)對比結(jié)果

因此本文推薦邊坡中間加寬護(hù)坡道并采用框架植草防護(hù)的方式進(jìn)行防護(hù)。

5 結(jié) 語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，為保證邊坡的充分穩(wěn)定，對于高邊坡可采用掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)，每三級邊坡可加寬一個護(hù)坡道以給下方邊坡卸載的同時給上方邊坡提供足夠的施工空間和緩沖平臺。