粤东某山区高速公路路堑边坡动态设计应用与实践

罗思欣

(广东华陆高速公路有限公司，广东 五华 514499)

0 引言

随着高速公路建设往山区推进，线路多以高填陡坡路堤或深挖路堑边坡形式通过。边坡的长期稳定性至关重要，甚至成为影响高速公路建设进度、投资和通车后运营安全的重要因素之一。

高速公路边坡沿着线路展布，边坡的地质条件隐蔽且复杂多变，受技术手段等因素的限制，地质勘察仍难以全貌揭示每个边坡的地质条件。因此在施工阶段需贯彻动态设计的思想，高度重视边坡的动态设计工作。即要求在边坡开挖施工过程中，及时复核现场开挖揭露的实际地质情况与设计资料是否一致，重点关注边坡开挖后揭露的地下水分布、岩性、岩体的风化程度及结构面产状等信息，并尽快根据实际的地质条件或其他影响边坡处治方案的因素完善动态设计变更。

1 边坡工程概况

1.1 地形地貌

粤东某山区高速公路K74+040～K74+200左侧路堑边坡为“M”型边坡，其场区属剥蚀丘陵地貌(图1)，地面标高149m～192m，相对高差43m，山顶呈椭圆状，地形起伏较小。线路两侧边坡下陡上缓，坡度约24°～43°，坡面植被发育，以杂草灌木为主。边坡下伏有当地发电用引水灌溉暗渠，距离坡脚线10余m。

1.2 地层岩性

根据地质勘察资料，边坡岩土层由第四系残积砂质黏性土及下伏燕山第二侵入期中-细粒黑云母花岗岩(γy2)组成，其结构特征分述如下：

砂质黏性土：褐黄色、桔黄色，硬塑，为花岗岩风化残积而成，主要由粉、黏粒组成，含少量石英颗粒，土质不均匀，黏性一般，手捏有砂感。

全风化花岗岩：褐灰色、黄褐色，原岩结构与构造完全破坏，岩质极软，遇水易软化、崩解，岩心呈土柱状、砂土状。

强风化花岗岩：麻黄色、黄褐色，原岩结构已破坏，风化成半岩半土状，岩质软弱，遇水易软化、崩解，岩心呈土柱状、砂土状。

1.3 地质构造

根据区域地质图、野外地质调绘并结合钻探，该路段发育有断层F29，属于张性断裂。断层产状85°∠67°，与线路在K74+350处呈45°交角，近南北向硅化带，长大于1.0km，宽约2.0m，断面陡直，组成物为块状石英脉、硅化碎裂岩、碎裂花岗岩等。断层两侧为燕山期花岗岩(γy2)。

边坡地处半路半桥路段，右幅桥梁便道施工开挖揭露边坡主体为粉质黏土、砂质黏性土及全～强风化粗粒花岗岩(砂土状)，黄褐色夹灰褐色。现场量测到主要节理产状信息：300°∠55°、170°∠45°、70°∠40°。现场调查时坡面稍湿，未见地下水明显出露。边坡坡向为212°。

1.4 水文地质条件

边坡地表径流不发育，主要为雨季集中降雨汇集水。地下水类型主要为孔隙水及基岩风化裂隙水，受大气降水补给，具有明显的季节性特征。

1.5 地震效应

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010(2016版))及《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)的划分，该滑坡区域抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

2 边坡原设计概况

一级:坡高8m，边坡坡面垂直，采用预应力锚索抗滑桩+路堑墙加固。

二级:坡高8m，坡率为1:1，采用预应力锚索框架植草+客土喷播植草加固防护。

三级:坡高8m，坡率为1:1，采用预应力锚索框架植草+客土喷播植草加固防护。

四级:坡高8m，坡率为1:1，采用锚杆格梁植草加固防护。

五级：最大坡高2.5m，坡率为1:1，采用喷播植草加固防护。

边坡原设计为五级边坡，最大坡高为42.5m，各级平台宽度为2m，单级最大坡高10m，典型断面如图2及图3。目前边坡尚未开挖施工，仅在右幅桥梁桩基施工进行了便道开挖施工，揭露边坡主体为砂土状强风化花岗岩。

图2 边坡断面(K74+120左侧)

图3 边坡断面(K74+200左侧)

3 边坡稳定性影响因素分析

根据边坡现场踏勘及地质勘察资料分析，受周边断层F29影响，边坡风化程度大， 其中上覆坡残积砂质黏性土及强风化花岗岩较厚，其岩体强度相对较低，受表水冲刷与渗透作用极易软化。强风化花岗岩多呈砂土状，构造作用，岩体破碎，节理裂隙发育。由边坡坡面与岩层结构面关系赤平投影图(图4)可知，边坡存在倾向线路临空面的顺倾节理面组合(L1与L2)，同时边坡存在倾向线路临空面的风化界线，均不利于边坡稳定。

图4 边坡坡面与岩层结构面关系赤平投影

边坡小桩号区段堑顶为缓坡平台，其后为反坡。边坡大桩号区段则是一直缓坡向上延伸的自然山坡，边坡堑顶自然山坡汇水量大，渗透途径长，表水易大量下渗进入坡体，不利于坡体的稳定。

边坡地下水不发育，但工点所在地区降雨量充沛，雨季期间多持续集中强降雨异常天气，降雨量及降雨频率急剧增加。边坡坡表发育有坡残积砂质黏性土，其透水性较好，大量雨水沿坡面下渗，造成地下水位上升。这将增加岩土体自重，增大坡体下滑力。边坡坡脚如果按照原设计要求设置抗滑桩板墙，则将改变地下水排泄途径，地下水不能得到有效疏排，将长期浸润边坡岩土体，致使其抗剪强度显著降低，不利于边坡的长期稳定。

4 边坡动态设计

4.1 治理方案调整

进场施工后，现场调查发现K74+150～+231段一级边坡抗滑桩紧挨当地发电站的引水暗渠，桩底标高与水渠标高接近，抗滑桩爆破开挖不可避免会对引水暗渠产生一定的影响，进而引起暗渠渗漏水，影响边坡长期稳定。同时，边坡工点临近居民区，周边有民房、学校、养殖场，抗滑桩桩身开挖采用爆破施工面临的地方阻力与安全风险较大。

此外，边坡工点预应力锚索基本试验结果显示，砂土状强风化地层中能够提供足够大的锚固力，使得以锚固工程加固为主的治理措施得以实施。

综合以上情况，结合项目实际情况，取消边坡抗滑桩，调整为锚索(杆)框架梁加固为主，并辅以必要的仰斜排水孔疏排地下水。具体方案如下：

(1)Ⅰ区(K74+051～+150段)：结合现场实际地形调整坡形坡率，单级坡高为10m，第一级边坡坡率1:0.75，第二级边坡坡率1:1，第三、四级边坡坡率为1:1.25;第二级坡顶设置8m宽平台，其余平台宽度为2m；第一级边坡采用锚索框架+客土喷播植草防护，第二级边坡采用锚杆格梁+客土喷播植草防护，第三、四级边坡采用人字形骨架+CF网植草防护。

(2)Ⅱ区(K74+150～+231段)，结合现场实际地形调整坡形坡率，单级坡高为10m，第一级边坡坡率1:0.75，第二级边坡坡率1:1，平台宽度为2m，第一、二级边坡均采用锚索框架+客土喷播植草防护。

(3)结合地下水出露情况,在一、三级边坡坡脚设置仰斜排水孔，当地下水丰富时酌情加密布设。

4.2 边坡稳定性的定量分析

边坡稳定性的定量分析是在合理确定计算断面和计算参数的基础上，通过分析计算，定量评价该边坡的现状稳定性，并对其发展趋势做出预测评价。

根据边坡潜在失稳破坏的情况，边坡稳定性计算考虑其在正常工况条件下的稳定性。根据地质勘察资料，依据《公路路基设计规范》( JTGD30-2015)有关规定，类比同地区同条件的工程经验，确定边坡稳定性计算所需的主要岩土物理力学参数值(表1)。

表1 边坡稳定性计算主要岩土物理力学参数

边坡按照调整之后的设计方案处治后，其正常工况下稳定系数Fs均>1.2，满足规范要求，具体计算结果见图5～图7。

图5 边坡K74+120断面

图6 边坡K74+140断面

图7 边坡K74+200断面

4.3 动态设计方案经济对比分析

该边坡原设计方案，抗滑桩C30砼3 480m3×1 005.8元/m3=350万元，钢筋748.3t×6 050元/t=452.7万元，锚索(4束)5 146.5m×196.61元/m=101.2万元，挡墙C20砼2 303.5m3×641元/m3=147.6万元，挖土方32 231m3×7.72=24.9万元，挖石方13 580m3×24.75元/m3=33.6万元，边坡植草、平台防护等费用约120.8万元；预计工程造价约1 230.8万元。

动态优化设计方案，锚索(6束)4 861.5m×221元/m=107.4万元，挖土方46 577m3×7.72=36万元，受地方水渠暗管限制,采用机械挖掘石方19 962m3×99.15元/m3=197.9万元，边坡植草、平台防护等费用约192.5万元；预计优化后工程造价约533.8万元。

综上所述对造价分析，该边坡优化设计后可比原设计方案工程造价节约697万元。

5 结语

动态设计是高边坡施工实施过程中的基本原则，在边坡施工过程中应重视边坡开挖后的地质情况复核，发现与原设计勘察资料存在较大变化时或存在其他明显影响边坡处治方案的因素时，应及时开展动态设计工作。同时还需重视边坡施工过程中变形监测情况，做到信息化施工，以便根据边坡变形情况及时进行边坡稳定性分析评价，必要时进一步动态调整设计，确保治理方案的安全可靠、经济合理。