填土反压护坡在黄土陡边坡公路中的应用

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

填土反压护坡在黄土陡边坡公路中的应用

□张光明 张征浩

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

为解决黄土挖方段路基外边缘保护距离不足，自然边坡较陡情况下，采用填土反压护坡方法，能增加路基外边缘安全距离，减少路中线调整产生的挖方量，防止在雨水冲刷和车辆震动下陡边坡的破坏，保障道路行车安全。文章结合工程实际，重点讨论利用填土反压护坡来防护挖方段黄土外边坡，解决保护距离不够的问题，使挖方段路基外边坡保持稳定，保障行车安全。

填土反压护坡；黄土陡边坡；公路工程；应用

1 引言

随着我国公路建设的快速发展，公路建设穿越黄土高原显得日益平常。在黄土高原区，黄土呈多孔隙、有垂直节理和柱状节理、无层理、天然条件下能保持近于垂直的边坡特性。在公路工程建设中考虑到挖方侧高边坡稳定及减少土方开挖以节省工程投资等因素，在全挖方路段中的局部路段，路基外边缘与外边坡坡顶的距离一般较短，有时候甚至＜0.50 m，而外边坡为自然边坡，坡度较陡，在雨水的长期冲刷侵蚀下，外边坡极易出现崩塌滑落破坏，路基外边缘保护距离不够，这些局部段落长度总体＜20 m，一般为5～10 m，会严重影响到行车安全。设计时如果向挖方侧调整道路中线，会明显增加土方开挖量，深挖方路段可能要增加处治深挖方高边坡稳定所需的投资，如在该位置修建挡墙投资成本较高。如果路中线不调整，路基外边缘保护距离不够，长期运行会产生交通安全隐患。传统的填土反压是在抗滑段填土，以增加边坡的抗滑力，达到稳定边坡的目的，主要处治边坡滑坡问题。

2 填土反压黄土边坡设计

项目全长约124.07 km，双向四车道，设计时速80 km/h，路基全宽24.50 m，为山岭重丘区高速公路。项目区地处黄河中游东岸，属西北黄土高原地带，黄土丘陵沟壑区。路线范围内挖方段达数十处之多，部分路段路基外边缘与外边坡坡顶处距离为0.30～1 m，外边坡自然坡高为5～20 m，黄土边坡自然坡度为70°～90°。如图1所示。

为保证挖方段外边缘黄土边坡的长期稳定，减少外边坡因为雨水冲刷、车辆等外力强烈扰动下产生的边坡滑坍，而导致路基外边缘行车保护距离不够，采取利用挖方产生土方，在边坡开挖台阶，水平方向填筑一定宽度和坡度的压实土，然后在压实土外侧根据现场情况采取相应的防护和排水措施，以保证新填筑压实土坡的稳定。根据需处治边坡坡高大体采取以下两种设计方案。

图1 黄土陡边坡挖方段路基断面图

2.1 边坡坡高H≤8 m

填土反压护坡平台土方填筑要求：①沿挖方边坡外边缘自然边坡开挖台阶，根据现场情况每个台阶水平宽度≥2 m，水平坡度采取3%向内倾的倒坡，每个台阶坡度与原自然边坡相同；②填土反压填土顶平台宽度根据现场情况宜≥3 m；③平台填筑压实标准与填方路基压实标准相同，夯实范围应满足交界处至坡脚线外3 m；④平台外边坡为1：1.50，与填方路基边坡相同；⑤新填筑平台边坡防护根据现场情况确定：在坡脚附近常年无流水路段采取坡面全植草；在常年有流水或季节性流水路段坡脚采取浆砌片石护坡、边坡上部采取拱形骨架植草防护措施；⑥新填筑平台边坡排水根据现场情况设置排水设施，根据汇流面积计算坡脚排水沟、坡面急流槽的断面尺寸。断面尺寸见图2。

2.2 边坡坡高8 m＜H≤20 m

填土反压护坡平台土方填筑要求：①沿挖方边坡外边缘自然边坡开挖台阶，根据现场情况每个台阶水平宽度≥2 m，水平坡度采取3%向内倾的倒坡，每个台阶坡度与原自然边坡相同；②填土反压填土顶平台宽度根据现场情况宜≥3 m；③平台填筑压实标准与填方路基压实标准相同，夯实范围应满足交界处至坡脚线外3 m；④平台外边坡与填方路基边坡相同，H≤8 m时边坡为1：1.50，8 m＜H≤20 m时为1：1.75，两种坡度分界处采用折线；⑤土工格栅铺设：从平台顶向下每间隔2m高度铺设一层，采用满铺；土工格栅采用双向型，材料为高密度聚乙烯，纵、横向极限抗拉强度≥50 kN/m，拉伸率≤10%，幅宽≥4m；土工格栅横向相接处重叠30 cm，铺设不允许有褶皱，应用人工拉紧，并用φ10钢筋制成U型钉将两边和搭接处锚固，锚钉间距为2 m；土工格栅接缝采用塑料带绑扎；土工格栅在距离坡面0.30 m处回折形成包裹端头，回折的横向长度为1.50 m；当填土高度达到2/3的层高时，将土工格栅回折埋入土中；⑥新填筑平台边坡防护根据现场情况确定：在坡脚附近常年无水流路段采取坡面全植草，在常年有流水或季节性流水路段采取拱形骨架植草防护措施；⑦新填筑平台边坡排水根据现场情况设置排水设施，根据汇流面积计算坡脚排水沟、坡面急流槽断面尺寸。具体尺寸见图3。

图2 H≤8 m时反压护坡路基断面图

图3 8m＜H≤20 m时反压护坡路基断面图

3 填土反压黄土边坡稳定性分析

3.1 极限平衡法

极限平衡法依据边坡上的滑体或滑体分块的静力平衡原理来分析边坡在各种破坏模式下的受力状态，以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来对边坡稳定性进行评价的计算方法。出发点基本上都是假定土体是理想的塑性体，不考虑土体本身的应力-应变关系，直接将土体作为刚体按极限平衡的原则进行受力分析，分析后能较直观的反应出边坡稳定性的安全系数。在工程实践中应用较广泛，文章拟采用瑞典条分法和简化毕肖普法对比分析。项目经过地质勘察，不考虑地下水和地震对边坡稳定的影响，室内强度试验得到黄土内摩擦角φ=30°，黏聚力c=40 kPa，重度γ=19 kN/m3，土工格栅纵横向极限抗拉强度取50 kN/m。

填土为路堑挖方弃方，均为黄土，假定采用滑动面为圆弧滑动面。毕肖普法是在不考虑条块间切向力，满足力多边形闭合条件，实际上条块间隐含有水平力的作用，通过边坡稳定分析计算，简化毕肖普法计算滑动安全系数k=2.11；瑞典条分法是将土条两侧的条间力的合力近似看成大小相等、方向相反、作用在同一作用面上，假定不计条间力影响，而实际上每一土条两侧的条间力是不平衡的。经过大量实践证明：在边坡稳定性分析中，当土条宽度不大时，忽略条间力的作用对计算结果并没有显著的影响，而且此法应用的时间较长，积累的工程经验很丰富，该法得到的安全系数偏低，即偏于安全，通过该法计算滑动安全系数k=2.02。毕肖普法由于考虑了条块间水平力作用，因此得到的安全系数较瑞典条分法略高一些，均满足k＞1.25规范要求。

3.2 工程现场安全监测

通过对填土反压边坡的监测，能够及时了解边坡在施工期和运行期坡体的工作性态，保证施工期和运行期工程的安全，很好地验证边坡治理的效果。安全监测的指导思想主要是：兼顾全局，重点突出、及时准确、安全可靠、实施全过程监测、技术可行、经济合理、施工期和运行区安全监测应相结合相衔接、布置仪器力求少而精。考虑到项目重要性、投资成本及监控难易程度等因素，采用简易观测法。

设置简易位移边桩与测斜管，监测仪器主要采用全站仪、水准仪。通过对垂直变形与水平变形监测，可计算出坡体潜在的滑坡角度，为处理措施提供依据。旱季和少雨季节每月观测频率为1～2次；雨季每周观测1次。暴雨和雨天过后数天内每天观测一次。在边坡填土反压工程完工后六个月内或当年雨季结束后三个月无明显位移时可结束观测。

通过对项目中15处边坡坡高8 m＜H≤20 m的工况进行了施工中和完工后三个月的边坡安全监测，填土反压边坡水平位移和竖向（沉降）位移较小，边坡是稳定的。

4 结语

通过上述工程实践可以得出以下结论：①填土反压护坡在黄土区陡边坡公路建设中具有重大的作用，方案是可行的；②填土反压护坡是利用边坡挖方的弃方，本身能减少弃方外运成本，减少弃土场的数量和扬尘污染，保护生态环境；③填土反压护坡施工方法较简单，施工中易控制施工进度和保证施工质量。

U417.12

B

1673-8853（2017）04-0087-02

2017-2-27

编辑：刘长垠

张光明（1983.10-），男，水利工程师，工学硕士，主要从事道路桥梁工程设计工作。