高填深挖边坡和需特殊设计边坡的研究

魏国杰（1.广东省南粤交通投资建设有限公司;　2.广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心,广州　510101）

高填深挖边坡和需特殊设计边坡的研究

魏国杰1,2
（1.广东省南粤交通投资建设有限公司;2.广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心,广州510101）

摘要:在山区高速公路建设过程中，经常会遇到复杂的路基高边坡工程技术难题，轻则影响工期、增加造价，重则产生滑坡等地质灾害，造成重大的经济损失，甚至危及施工与运营安全。所以高填深挖边坡和需特殊设计边坡的研究非常重要。目前我国高边坡设计尚无规范可循,高边坡的设计成为公路设计中的重难点.针对项目，结合工程地质条件和高边坡设计的原则，提出设计方案。

关键词：边坡设计；高路堑；高路堤

1　前言

深挖路堑高边坡（根据规范要求深挖路堑边坡是指挖方高度大于30m的岩质边坡和挖方高度大于20m的土质边坡）、高填和陡坡路堤边坡（根据规范要求高填边坡是指填土高度大于20m，或填土高度虽未达到20m但基底有软弱地层发育的边坡,这些边坡都是工程设计中的重要工点，需要一坡一图单独设计。

本文所研究的项目所在地区位于广东省北部偏西，总体地势为东部低、西部高，海拔标高一般30～200m，本线路地貌类型以侵蚀型构造地貌为主，路线由东往西经过的地貌类型主要有：岩溶孤峰地貌、岩溶盆地、山前丘陵岗地（局部低山）地貌、河谷平原堆积地貌，其间夹杂大小不一的山间盆地。

2　工程地质条件

路线走廊带受地层岩性、构造控制较显著，局部地段地形起伏较大，受贞江及其支流的侵蚀切割，局部地段沟谷较发育。

岩性主要为滨海相沉积砂岩、泥质砂岩与砂质页岩互层。下部为砾石砂岩夹细中粒石英砂岩、灰黄色厚层状中、细粒石英砂岩与灰色、浅灰色薄层至厚层状绢云母页岩互层，夹灰色厚层状石英粉砂岩。中上部为白色、浅灰色细-中粒石英砂岩与浅灰、紫灰色厚层状石英粉砂岩互层。

图1　高填路堤坡脚揭露强风化粉砂岩、页岩

3　砂岩、页岩边坡病害特点

对于砂岩、页岩地层边坡，受地质构造因素影响，岩体破碎、结构面发育、风化严重，对于存在顺坡向结构面或层面的边坡，边坡开挖后易发生顺层滑坡或沿顺坡向结构面的滑动破坏；对于存在软岩地层的边坡，因基底承载力不足易发生切层滑动破坏。

对于层面顺倾的低矮边坡，开挖后极易出现顺层滑坡，设计时加固措施应加强或采取“刷方减载+宽平台”的措施，本次调查时因地表覆盖层较厚，部分边坡的岩层产状无法量测，且岩层产状变化较大，应在施工开挖期间进行调查和核对，及时进行动态设计。

4　高边坡设计方案建议

（1）设计依据必须完善。高路堑边坡工点的设计应依据1～2个地质断面，每个断面有2～3个钻孔，应能反映了具体高边坡工点的地层岩性特征和地形特征。需要做好以下工作：1）重视地质勘查，保证钻孔数量。对边坡病害类型进行定性，完善设计断面中的钻孔柱状图；2）应对大部分边坡的层面和结构面进行了详细调查和描述，描述其贯通性、延展性、粗糙程度、填充物等情况，并分析结构面及其不利组合对边坡的稳定性影响，及时进行动态调整设计方案；3）设计文件应有提供岩土计算参数和推力计算结果，边坡弧形滑动稳定性，取决于坡体岩土强度。地质报告未反映不同岩性、含水状态、结构面等对岩土强度的影响。边坡折线形滑动稳定性，取决于岩体结构面及其组合与线路的关系，及其强度特征，而结构面强度往往小于岩土强度。建议针对顺层或存在贯通缓倾结构面的边坡，结合以往设计经验，必要时补充土工试验，确定结构面强度指标的合理值，重新检算边坡的稳定性；4）边坡应有破坏模式分析。

（2）设计要点和建议。1）边坡地形较缓，坡顶为缓坡或反坡，具有刷方减载条件时，应尽量采用“放缓坡率+宽平台”的措施，取消或减少锚固工程；2）边坡地形较陡，坡顶为陡坡，对此类型边坡，应采用“陡坡开挖+锚固工程”的措施，以降低坡高减少刷方量和征地面积；3）高填方路堤可通过改善填料性质、提高冲击碾压工艺等措施提高边坡稳定性，尽量对路堤体内土工格栅进行优化；4）对于高大边坡，应注意边坡开挖后，坡体中下部应力释放严重，坡体松弛变形较显著，易诱发坡体变形失稳，被动加固方式难以有效抑制坡体松弛变形，需增设合适的预应力锚索进行主动加固；5）本着“固脚强腰”的理念，采用适当的加固防护措施，合理布置，既确保边坡稳定，同时又注重美观；6）采用有效的排水措施，疏排边坡地下水及地表水，增加边坡的稳定性。

5　典型工点设计

（1）工点一。1）工点概况。路堑边坡高度49.5，坡长140，岩质边坡，砂岩。工程地质条件：共设五级坡，分级坡高10m。一～五级坡率1:1.5。一级平台宽6m，其余平台宽2m。堑顶为缓坡或陡坡。一级坡为强风化砂岩，一级平台至三级平台以下约2m为中风化砂岩，三级平台以下约2m至堑顶为强风化砂岩夹少量薄层状页岩。线路走向124°，边坡坡向34°。层面产状95°∠43°，层面与坡向呈61°斜交；2）相应设计方案。第一～四级坡设锚杆框架坡率，建议一坡坡率1:1.0，二、三级坡率1:1.25。三级平台宽8m，其余平台宽2m；二、三、四级坡采用人字形骨架植草防护。岩层层面与坡向呈61°斜交，对边坡的稳定影响较小，但第一、四、五级坡揭露强风化砂岩夹少量薄层状页岩，稳定性相对较差，建议以“刷方减载+坡脚局部锚固”为主。

图2　现场照片

（2）工点二。1）工点概况。路堑边坡高度30.4，坡长210，岩质边坡，灰岩。工程地质条件：共设三级坡，分级坡高10m。一～二级坡坡率1:0.75，三级坡坡率1:1.0。分级平台宽2m。堑顶为陡坡。K241+060断面设BZK241-3钻孔。全坡面为中风化灰岩。线路走向221°，边坡坡向131°。岩层层面产状为70°∠55°（顺层斜交），结构面产状为60°∠88°、270°∠62°；2）相应设计方案。第一～三级坡采用锚杆框架加固，锚杆长度均为8.5m，锚杆倾角为37～45°。开挖期间在复查层面和结构面产状后进行动态调整，若为土质边坡，则增设锚杆框架加固防护，若为灰岩边坡，则不设锚杆框架加固防护。

图3　现场照片

（3）工点三。1）工点概况、高填路堤边坡高度22，坡长35，灰岩。工程地质条件：山间凹地地貌单元，斜坡自然坡度约为20°～40°，场区交通条件差。根据工程地质调绘及钻孔揭示资料，路堤区在勘探深度范围内地层主要为第四系粉质粘土、碎石土，泥盆系上统帽子峰组（D3m）灰岩等组成。路堤区岩层产状为92°∠47°，路堤区呈单斜构造，地质构造较简单。路堤区地表水主要为冲沟中的水；地下水主要为基岩裂隙水，赋存于灰岩的风化、节理裂隙中，裂隙多泥质充填，贯通性较差，赋水条件一般，主要接受地表水补给。勘察期间未见地下稳定水位；2）相应设计方案、第一级：坡率1:1.50，采用人字形骨架植草防护，第二级：坡率1:1.75，采用人字形骨架植草防护，第三级：坡率1:2.00，采用人字形骨架植草防护。

图4　现场照片

6　结语

在山区高速公路建设过程中，经常会遇到复杂的路基高边坡工程技术难题，轻则影响工期、增加造价，重则产生滑坡等地质灾害，造成重大的经济损失，甚至危及施工与运营安全。所以高填深挖边坡和需特殊设计边坡的研究非常重要。我们工程建设者应该重视地质勘查，做足功夫，严格落实一坡一图的设计思路，优化设计，指导施工，保证施工的质量和安全。

参考文献：

[1]乔东华,唐然.某高速公路边坡动态优化设计[J].中外公路,2007,(03):55-59.doi:10.3969/j.issn.1671-2579.2007.03.014.

doi:[2]王恭先.高边坡设计与加固问题的讨论[J].甘肃科学学报,2003,(08):5-9.10.3969/j.issn.1004-0366.2003.z1.002.