公路路基高边坡稳定性及工程对策研究

张成明

（四川路航建设工程有限责任公司， 四川 南充 637000）

0 前言

近年年来，我国公路建设的发展处于高速发展阶段，使我国公路的里程不断增加，同时高水平的公路的数量也在逐年增加并且开始逐渐向山区扩展。由于山区陡峭，地质条件复杂以及高速公路上有许多高速公路和深基坑。这就导致在公路施工过程中相关技术人员更加的关注边坡稳定问题。路基边坡是公路建设过程中的关键因素，其包括填筑路堤边坡和开挖路堑边坡。在工程施工过程中，需要考虑的问题主要是路堑高边坡的稳定性和灾害处理。

1 路基高边坡稳定性分析方法

在公路建设施工过程中影响公路稳定性有多种因素其中包括：施工场地的地质条件（包括地层岩性、地质构造、风化程度和边坡岩体水文地质条件）、人工整治的程度（如坡形、坡率、坡高及加固措施的设计）、施工工艺及施工顺序等（如损坏植物、损坏边坡等）。上述因素的相互影响对边坡的行为和安全性起着决定性作用。

在对高边坡的稳定性进行分析时，采用的方法主要有两种，分别为定量分析和定性分析，分析方法在经过不断的发展逐渐由定性分析发展为定量分析，这两种分析方法是相互补充，协调作用的。

定性分析法主要有自然历史分析法、工程类比法和图解法三种分析方法。其中工程类比法是指通过对施工过程中开挖边坡附近的人工边坡和公路边坡相比较 ，分析高边坡的稳定性，从而确定边坡设计过程中的参数和边坡的设计方法。图解法是指通过综合运用边坡岩体的地质力学方法来确定边坡变形破坏模式。

定量计算法是指由于边坡类型各不相同，对其稳定性分析的原因不同以及分析的精度要求也不同，这就使分析方法可以分为刚体极限平衡分析法和数值分析法。边坡的稳定性和推力大小可以由极限平衡法定量测得，在工程中有着广泛的应用。

滑动面上的破坏载荷的大小可以通过考虑滑动面形成的隔离器的静态平衡来获得。极限荷载即最小的破坏荷载，与其相对应的面是最危险的滑动面。近些年来，许多学者在刚体极限平衡法方面进行了大量的研究并对其进行了改进。该方法的发展大致可以概括为两个方面。首先是要关注最危险的滑移弧位置的规律，要制作表格和曲线，减少计算工作量，其次需要对之前作出的假设进行修正和补充，然后依据设计要求提出一种更符合实际情况的计算方法。简化计算模型的方法主要有：1）假设土壤带的作用力大小,，简化Bishop法假定所有的水平力Xi大小为零；2）假定土壤带作用力之间的夹角，水平力Xi与竖向力Ei的交角或条间力合力的方向；3）假定作用力作用的位置。

经过研究发现，以上各种假设中在具有合理性要求的前提下所得到的安全系数并不能有效的减少未知量。由于计算机技术的高速发展，我们可以通过对各种假设进行编程处理尤其是危险程度最高的滑动面。并且许多分析方法和计算机处理软件也得到广泛开发和应用，可以通过这些计算机软件以及计算方法，实现自动查找和计算危险程度最高的滑移弧以及中心位置，使繁杂的计算得到有效的简化。

此外，由于边坡工程是一个复杂的开放系统，影响边坡的因素很多，而且具有相当的随机性、模糊性和不确定性，存在许多问题和缺点，有时甚至无法进行传统的计算分析。机械力学方法。近年来，在吸收耗散理论、协同理论、混沌理论、随机理论、模糊理论、灰色系统理论、突变理论等理论的基础上，在高边坡研究中开发了一批非确定性分析方法。能力分析理论。主要研究方法有：边坡稳定可靠度分析法、随机过程法、模糊数学法、灰色系统预测法、滑坡失稳分析法、人工智能法和人工神经网络法。

2 高边坡稳定性分析实例

公路高边坡位于重山丘陵区。该山的地表由厚度为0.5-5.0m的粘土和粘土组成，是一个完全风化的花岗斑岩，坡度比为1：1，还有一个2m的斜坡台地。为了定量分析其整体稳定性，利用土壤坡度计算花岗岩风化斑岩，计算出高度为 5m，上部为 C＝32kPa，φ＝31°，下部C＝10kPa，φ＝36°；分类高度为6m，上部坡度为1∶1.5，下部7级坡度比为1：1。用简化的Bishop方法计算总体安全系数K＝1.187。

3 工程对策

3.1 系统治理

通过计算结果可以看出，公路施工过程中的边坡是基本稳定边坡（稳定系数k= 1.10-1.20），也就是说，工程施工场地的地质条件比较普通，较差的地质特征和结构面比较少。这样由于外部环境的影响，边坡的变形量和局部的破坏程度就比较小。在施工过程中不 用加强坡面的硬度，仅需要调整边坡的角度。

在进行坡形和坡率设计时，需要在施工场地的地下和地面排水设施完善的前提下对其进行设计，同时在设计边坡坡度时综合考虑边坡在缓滑条件下的岩土的特性。减少工程的加固措施，同时，可以通过加强边坡的防护，实现边坡稳定性的提高。在进行边坡加固时需要在必须要对其进行加固时进行。

混凝土边坡设计为台阶式边坡，台阶间设置有破坏平台。台阶高度为 60m，平台宽度为2.0m，由于土坡高度高，边坡的破碎变形是可能的。高1.5m的低挡土墙设置在坡脚处。边坡表面受到锚杆框架的及时保护。可以改善边坡的应力和变形条件，防止坡脚附近的应力集中，保证边坡的稳定。

在施工过程中，因为边坡的最大施工高度为50m,会导致开挖后边坡松动甚至产生变形。为了解决这一问题可以采用预加固的方法，，通过坡度开挖和分级加固，减小边坡的变形，确保边坡的稳定性。同时需要采用机械挖掘和光面爆破的方式以确保边坡的稳定性，为了排放斜坡裂隙中的水需要安装一排斜排水孔。

3.2 动态设计、信息化施工

在进行边坡设计时，往往由于高边坡所具有的复杂性和多样性以及在地质钻探过程中的局限性，最初所提出的设计方案并不能满足实际的工程要求。这就需要设计师在进行设计时使用动态设计的方法，实时调整设计方案。在对高边坡进行动态设计时需要综合考虑边坡多重影响因素，重视边坡的灾害类型和产生原因的时间效应。在施工过程中通过对各方面的监控数据和边坡所揭示的实际地质条件的分析，实现对高边坡稳定性进行定性、定量分析 以及系统分析。必要时对设计方案进行调整，从而根治高边坡所带来的危害，确保施工安全。

在工程施工过程中，为了有效的指导监督施工过程，确保施工过程的安全实施以及监管的效果，需要重视监督管理工作。对于边坡施工的监测主要是对地质条件、边坡高度和加固量进行监测。同时需要在施工工程图设计时对其进行统一的规划和布置。

3.3 边坡绿化

边坡的坡面施工材料大多为强风化花岗岩，在施工过程中为了促进坡面的生态恢复，上风化1∶1.5斜坡和强风化花岗岩受到拱窗孔式保护的保护，1：1坡度的下斜坡受到锚定的保护。用植物方法在框架中种植具有较小坡度和斜坡的直坡草种子，斜率为1∶1。植物主要由山坡上的草丛和灌木组成，当地的树木在平台、斜坡顶部和坡脚处装饰。采用这种绿化方法所具有的的优势为维护成本低，生态效益比较显著。同时因为边坡的雨量比较充足，这就可以有效的实现坡面的绿化，改善公路的整体景观。

4 结语

由于路程长，地质条件复杂，工程施工初期需要对高边坡稳定性分析和灾害控制进行严格的把关。高边坡灾害对整个公路的质量起着关键性作用，有效的治理是公路施工过程中的关键部分。在工程施工过程中，为了有效的指导监督施工过程，确保施工过程的安全实施以及监管的效果，需要重视监督管理工作。在信息化施工中，应根据工程实际监测数据和施工开挖所暴露的地质条件，及时科学合理地进行设计变更。