高速公路的高边坡设计及稳定性评价

屈海军

（海南儒艺交通规划勘察设计有限公司，海南 海口 570206）

高速公路的高边坡设计及稳定性评价

屈海军

（海南儒艺交通规划勘察设计有限公司，海南 海口 570206）

高边坡稳定与设计是高速公路工程建设的关键问题之一，探讨了高边坡稳定的因素，通过对边坡破坏型式确定其验算方法，并结合某工程案例对边坡稳定性判别和防护设计方法做出了案例解析，期望为类似高速公路的高边坡设计、稳定性评价和加固方法提供参考。

高速公路；高边坡设计；稳定影响因素；稳定性评价

0　引言

近年来我国经济快速增长，基础设施建设也迅猛发展，国家高速公路路网体系逐渐完善。在高速公路大发展背景下，高速公路的建设等级和建设要求也越来越高，相当部分高速公路都会面临复杂的地形和地质环境，这给设计和施工带来很大挑战，其中，高边坡就是高速公路建设中面临的普遍难题［1］。

高边坡一般指公路建设中，路基两边的土质边坡高度大于20m或者岩质边坡高度大于30 m的边坡，由于过大的坡度和高度，给高速公路的施工和运营带来普遍性的安全隐患，特别是在突发荷载（如地震、泥石流等）作用下，高边坡的稳定性备受关注。我国诸多地震和泥石流事件中，就出现高速公路边坡失稳破坏，造成道路淹埋和破坏的状况。因而，在高速公路的高边坡设计中，需要对其稳定性能进行客观评价，并基于评价结果给出应对策略和加固方法，保障高速公路的使用安全性和长期性［2，3］。

本文将首先分析高速公路高边坡稳定性的主要影响，并确定高边坡设计的基本方法，基于高边坡可能的稳定性破坏模式给出设计验算方法，最终结合工程案例进行解析，为类似高速公路的高边坡设计、稳定性评价和加固方法提供参考。

1　高速公路高边坡稳定影响因素

高速公路高边坡的稳定受岩土特性、地质构造、地下水特征、边坡设计特征和施工工法等因素影响，这些是高度耦合的复杂影响因素。

1.1岩土特性

岩土的基本特性是高边坡稳定的基本因素。对于土质边坡而言，土体的粘聚力和摩擦角等基本参数决定了土体的自然边坡角度，如果边坡的坡度大于这个角度，则很难保证土体的稳定性，一旦受到扰动就会发生整体失稳破坏；而且，不同性质的土体，其土质参数的稳定性也显著差异，例如砂土在雨水作用下，如若没有其他稳固措施很容易产生流沙现象，造成边坡破坏。对于岩质边坡，则岩石的强度、裂缝发展、软弱岩层的存在等均极大控制边坡稳定，在环境荷载作用下，往往是最弱的岩石连接界面开展裂纹增长，最终引发失稳破坏。

1.2地质构造

边坡的地质构造是边坡稳定性的原始因素，例如场地区域是否存在地震可能，抗震设防等级多大，是否有岩溶区域，岩石是否风化严重等，这些地质构造显然与边坡稳定高度相关。此外，对于岩质边坡，岩石的节理特性、顺层还是逆层边坡等，也是决定边坡失稳破坏模式的关键因素。

1.3地下水特征

地下水的存在影响岩土的基本物理特性，因而对边坡稳定影响很大。随着地下水位的变化，岩土的剪切力和法向力在变化，相应的最弱破坏面也在不断地变化，如果边坡中某些微裂缝存在，则地下水的存在严重削弱结构抗力，并形成静水压力增加裂缝的开展。如若天气变冷，裂缝中的水尚未排出，则水分的冻结会导致裂缝的膨胀，造成边坡失稳。

1.4边坡设计特征

边坡的设计是影响稳定的外在因素，由于对高边坡稳定性把握的不足，设计中边坡高度、边坡支护形式和坡度等，如若超出岩土所能接受的范围，则很容易引发失稳问题。

1.5施工工法

高速公路建设中施工工法和顺序也是影响高边坡稳定的重要外在因素，开挖过程中所采用的爆破手段和爆破顺序，决定了这种施工方法对原有岩土的扰动，设计中应该考虑这个影响因素，将主体道路的施工对边坡稳定的影响降至最低。

2　高速公路高边坡设计方法

高速公路高边坡设计应以不产生稳定破坏为原则，不对高速公路主体结构形成安全威胁，同时也不需对高边坡防护过大投入，整体保证边坡的稳定风险不超过道路主体的设计等级。基于上述指导，开展高边坡设计的基本原则，同时对高边坡的稳定性能进行安全验算和防护设计，保证高边坡的稳定性能。

2.1高边坡设计原则

（1）高边坡的设计与防护应该与周围环境进行协调，减少对环境的破坏，并增加植物、草被等绿色防护方法，形成生态环保的高速公路。

（2）高边坡的设计与边坡防护应该采用防治结合和综合治理方法，争取一次性解决边坡稳定问题，不留安全隐患，防护加固按照永久性工程的标准进行设计。

（3）需要结合现场监测数据和施工开挖的情况，确定合理和经济的施工方法和边坡防护方法。

2.2高边坡稳定验算

高边坡的稳定验算应该结合实际边坡可能的破坏模式，结合我国规范《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：90）和《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的验算方法，进行安全性分析。表1给出了岩土边坡在不同岩土特性下的可能破坏模式和破坏特征，图1给出了各种典型破坏模式的基本图示，可知：顺层滑动和圆弧滑动是主要破坏模式，这两种破坏模式的验算也最难，其他破坏模式很容易检查推算。

在确定了上述岩土边坡的破坏模式后，就可以根据规范方法分别采用圆弧滑动计算、平面滑动计算、折线滑动破坏计算、溃屈和崩塌强度验算等方法进行安全性复核。

表1　不同岩土特性下的破坏模式和破坏特征

图1　岩土边坡的典型破坏模式

2.3高边坡防护设计

验算完高边坡的稳定性后，需要根据验算结果进行针对性的边坡防护加固设计，主要设计方法包含如下几种：

（1）表层防护加固设计。大部分高边坡存在失稳风险，但这种风险发生概率偏小，因而需要进行一些表层防护措施。表层防护主要是对表层岩土风化剥落、局部掉块、雨水排放等问题。例如采用植物、植草等方法，通过植物的根系发育固结土壤，防止水土流失引起的边坡失稳；采用砌体封闭、挂网喷锚、混凝土喷射等手段，将边坡连接成整体，防止表层岩土的风化、吹落和坍落等病害，阻断表层病害向边坡内部的演化；采用边坡截水方法，将雨水进行有效排除，防止表层雨水渗入边坡内部对岩土特性造成影响。

（2）深层边坡加固设计。如果高边坡的验算不能满足要求，或者高边坡存在严重不良地质构造，或者地下水系发达对边坡稳定影响很大，则需要采用加固方法保证边坡的稳定。加固技术根据所处理的程度可分为中浅层加固和深层加固，中浅层加固方法有土钉加固和锚杆加固；深层加固有注浆加固、锚索加固和管桩加固等，另外还需要进行排水设计，减少地下水系发达对高边坡稳定性的影响。

3　工程案例解析

某高速公路沿线经过复杂地形地段，高速公路的建设过程有超过20处的高度大于20 m的高边坡，其中最大的高边坡达到25 m，全线包含硬质岩区和软质岩区两大类，硬质岩区的第一级边坡坡度在1:0.1～1:0.3之间，并逐级变缓；软质岩区第一级边坡坡度在1:0.5～1:0.75之间，并逐级变缓。该区域的地层岩性包含第四纪层、泥盆系、一二叠系和志留系等，部分区域岩性很差，需要对这类高边坡的稳定进行全面评价，并给出边坡防滑加固方法。

设计中对全线高边坡进行了工程地质勘查和检查，确定边坡稳定的主要影响因素是边坡岩性、岩石破碎状况和岩层角度、高度和方向，并在调研分析的基础上确定本地区高边坡的主要破坏模式是顺层滑动、倾倒破坏、崩落、切层滑动和锲形体滑动等。高边坡稳定性的评价结果和防护设计策略见表2。

表2　工程案例的高边坡稳定性评价和防护设计

4　结论

论文分析了高速公路高边坡稳定的影响因素，并探讨了高边坡设计方法，包含设计的总体原则、高边坡稳定破坏的型式和稳定验算方法以及边坡防护设计方法，最后结合某一高速公路高边坡设计的工程案例，分析了稳定验算内容和防护设计策略。确保高边坡稳定，对于高速公路的运营安全和长期使用具有重要意义。

［1］李林峰，叶建廷.道路边坡防护综述［J］.华东公路，2010（2）:49-51.

［2］欧小祥，韩红桂，贺威.某高速公路边坡稳定性评价［J］.公路工程，2009，34（1）:120-124.

［3］张波，吴银亮，邱宏阁.沪蓉西高速公路高边坡设计思路［J］.华东公路，2008（6）:7-10.

U417.2

A

1009-7716（2016）09-0108-03

2016-04-28

屈海军（1984-），男，湖南衡阳人，工程师，从事路桥设计工作。