浅析高边坡工程勘察设计

邱 慧

（湖南智谋规划工程设计咨询有限责任公司，湖南 株洲 412000）

1 边坡工程特点

边坡是由于建筑工程和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建（构）筑物安全或稳定有不利影响的自然斜坡。这个定义给出了边坡的三个本质特点：一是有一定坡度；二是临近人工建筑物；三是它的位移和变形对建筑物可能有影响。

1.1 差异性

边坡的岩土性状有很强的地区性特点，不同时期不同地区的岩土性状差异很大。同一高度不同平面位置的边坡，岩土层厚度、种类都存在差异。而且，边坡工程在开挖前与开挖后的岩土强度因施工过程中的扰动，岩土强度会有一定程度的削减。因此，边坡工程的勘察与设计需针对每段边坡的工程特点进行。而且，边坡岩土强度在未开挖前比开挖后要高。在开挖施工过程中存在不可避免的岩土体扰动或者由于岩石开挖的爆破振动等因素的影响，随着时间的增长，岩土体的强度会存在一定的衰减。

1.2 多样性

边坡类型分为土质边坡、岩质边坡、土岩混合边坡。而岩质边坡的破坏型式根据岩体特征和破坏特征分为滑移型和崩塌型。岩质边坡的岩体类型根据岩体完整程度、结构面结合程度、结构面产状和直立边坡自稳能力又分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。而岩石和土的类别是如此之多、如此之复杂，所以岩土是一种最复杂的材料，无论那种力学模型都难以全面而准确地描述它的性状。

1.3 风险大

高边坡工程是一项风险工程，是一门综合性很强的学科，影响高边坡工程安全的因素有很多。其影响因素包括：一是土的作用力产生变化，如坡顶堆载、边坡的打桩、车辆作业、爆破振动等都可以造成土坡作用力失衡；二是水的作用，如雨季时，地表水下渗，使得高边坡土体中水量增加导致孔隙的水压力增加，降低岩土的抗剪强度；三是人为的破坏，不合理的开挖方式导致原有地形地貌被改造，产生新的地质问题。

2 高边坡工程勘察重点

2.1 勘察方法或技术手段的选择

勘察方法或技术手段包括：工程地质测绘、勘探与取样、原位测试与室内实验、现场检验与监测。边坡工程勘察应先进行工程地质测绘和调查，其次再结合钻探、坑（井）探、槽探和物探等方法开展。原位测试与室内实验必不可少，它为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数。现场检验与监测工作一般在施工和运营期间进行。目的在于保证工程质量和安全，提高工程效益。

工程实例：某市政道路边坡，长约100m，边坡最高处约29m。施工过程中山顶出现明显裂缝，且有发展趋势。为了保证施工和周边建（构）筑物安全，拟对该段边坡及周边进行变形监测。监测结果：①深层水平位移各测点监测数据均正常，相对变化较大，监测数据变化累计值和变化速率未超出报警值，目前在缓慢位移中，建议在施工过程中密切关注滑动情况，及时治理滑坡。②本次监测成果对滑动面进行了推断，数据反映孔深10m～13m位置，相对变化较大，与详勘报告中推测滑动面基本一致。

2.2 岩土工程参数的选取

边坡工程勘察时，对主要岩土层和软弱层应采样进行室内物理力学性能试验，其试验项目应包括物性、强度及变形指标，试样的含水状态应包括天然状态和饱和状态。在边坡稳定性计算时，地层容重、粘聚力、内摩擦角为最基本的参数。主要岩土层采集试样数量：土层不少于6组，岩石抗压强度不应少于9个试件，岩石抗剪强度不少于3组。除常规参数外，边坡工程勘察应提供水文地质参数。对于岩质边坡，在有条件时应进行结构面的抗剪强度试验。当无条件试验时，可按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）规定并结合类似工程经验确定。岩土参数的选取应结合室内试验和地区经验综合确定。

2.3 边坡的稳定性分析

边坡的稳定性分析前应根据边坡的地质条件对边坡的可能破坏方式、破坏方向、破坏范围等作出判断，选择最不利组合进行稳定性验算。土质边坡、极软岩边坡、破碎岩质边坡可采用圆弧形滑动进行计算边坡稳定性。对结构复杂的岩质边坡，可结合采用极射赤平投影法和实体比例投影法。边坡稳定性评价应采用定性分析和定量分析相结合的方法进行。

工程实例：某建筑工程边坡，长约280m，最高约42m，边坡坡脚为建筑厂房，坡顶为自然山体，现状已人工开挖分级放坡，坡度约58°～78°，坡面未采取任何防护和加固等措施，坡面基岩局部掉块。定性分析：通过工程地质测绘和调查，查明边坡工程结构面特性如下：边坡坡面产状306°∠66°，层理裂隙产状C1：350°∠45°，节理裂隙产状J1：78°∠36°、J2：192°∠58°。应用赤平极射投影法定性判断边坡稳定性。结合坡面、岩层产状（层理C1）、节理面J1、J2的产状绘制赤平投影图。边坡C1与J2两组结构面的交点在赤平投影图中，处于边坡面投影弧同一侧，且结构面交线倾角13°小于边坡倾角66°，故边坡将出现楔形体破坏。 定量分析：边坡整体稳定性按岩土组合边坡考虑，破坏模式为沿结构面折线破坏，同时，局部地段可能在土和强风化中形成圆弧破坏。利用理正岩土计算系列软件7.0版简化Janbu法对开挖边坡进行整体稳定性计算分析，选取代表性三个剖面，通过采用折线形破坏模式法搜索最危险滑动面计算，在一般工况下边坡稳定性系数Fs值为0.697、0.788、0.659，均小于1.00，边坡处于不稳定状态。该边坡作为永久边坡，按相关规范要求，需进行防护。

3 高边坡工程的设计原则

3.1 支挡方案的选取

边坡工程的设计基本技术要求需满足安全可靠、经济合理、技术可行、施工简便、绿化环保等要求。常见的边坡支挡结构有：重力式挡墙、悬（扶）臂式挡墙、桩板式挡墙、板肋式或格构式锚杆挡墙、排桩式锚杆挡墙、岩石锚喷支护、坡率法等。边坡支挡结构方案应考虑场地地质和环境条件、边坡高度、边坡侧压力的大小和特点、对边坡变形控制的难易程度以及边坡工程安全等级等因素综合选取。对于高度超过《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）使用范围的边坡工程应进行专门的设计及施工论证。

工程实例：某地块设计地坪标高为55.50m～63.00m，地块周边道路设计标高为50.00m～58.00m，场地平整后在地块临周边3条道路将形成人工边坡，边坡高度约0.5m～7m。根据勘察资料显示，场地周边存在大面积挖方或填方区域。经综合对比分析，挖方路段主要采用坡率法或采用重力式挡墙进行边坡支挡。填方段主要采用重力式挡墙或悬臂式挡墙进行支挡。总体支挡方式选取的原则是：安全、经济、合理。特别是当挡墙基底为填土时，考虑到重力式挡墙承载力要求较高，采用地基处理费用较高。此时，对地基承载力要求相对较低的悬臂式挡墙就有着自己的优势了。

图1 重力式挡墙

图2 悬臂式挡墙

3.2 坡面防护与绿化

边坡工程往往整体稳定但其坡面岩土体易风化、剥落或掉块，从而影响边坡坡面的耐久性或正常使用。传统的坡面防护工程通常采用石料或混凝土挡墙的护面措施，其主要问题是景观效果差、与周边环境不协调。植物护坡实在边坡坡面上栽种适当的植物保护坡面，防止水土流失，增加坡面稳定性。坡面防护与绿化使用范围详见下表。

表1 坡面防护与绿化使用范围

3.3 排水设计

边坡工程排水应包括排除坡面水、地下水和减少坡面水下渗等措施。在边坡工程施工过程中，尤其是雨季期间，若忽视排水工程的设置，可能诱发地质灾害。“治坡先治水”，只有有效的对地表水和地下水进行 合理的截、引、梳、排，就能有效降低坡面冲刷、地下水静水压、动水压力，减小水对坡体和潜在滑面的物理力学参数影响，提高岩土体的有效压力而提高坡体的稳定性。地表排水工程包含坡体外围的截水沟、坡体范围内的排水沟等。坡顶截水沟：应尽量设置在离边坡坡口或潜在滑塌区后缘5m以外，将高边坡外坡外汇水截排，防止进入坡体引发病害。坡体范围内的排水沟：主要是在坡体设置树枝状排水沟或在边坡平台设置截水沟，以及坡面设置的各种圬工护坡工程，有效将坡体范围内的地表水进行引排，防止下渗。地下排水工程的作用是降低坡体内的地下水，减小坡体的孔隙水压力，提高土的抗剪强度，增加边坡的稳定性，减少支挡工程量。地下排水工程主要根据坡体结构和地下水的特征进行综合考虑设置。如仰斜排水孔，主要在坡体前缘地下水渗流部位设置上倾角度5°～10°的排水斜孔，空中防止软式透水、硬式透水管等全断面透水、使用年限较少的材料进行地下水的引排。

图3 普通仰斜排水孔

图4 深层泄水孔

3.4 动态设计和监测

岩土工程具有特殊性、复杂性及可变性，因此边坡工程设计计算时具有一定的不可预知性或者突变性，而且人们对于岩体边坡作用机理和破坏作用还未认知清楚，因此岩土工程计算具有很强的经验性和探索性。故应根据信息施工法和施工勘察反馈的资料数据，对地质结论、计算参数及设计方案进行再次验证。动态设计可以避免勘察结论失误而造成工程事故，将施工过程中的安全监测和揭露的具体地质情况，反馈给设计方，便于及时调整设计方案，通过不断优化、逐步完善设计，使边坡工程设计方案更加安全、经济、合理。边坡工程监测是排危应急抢险、

确保施工安全的重要依据。设计时应提出监测项目和要求，由业主委托有资质的监测单位编制监测方案，并经设计、监理和业主共同认可后实施。高边坡工程监测项目可根据场地的地质环境、边坡安全等级、边坡类型、支护结构类型以及变形控制等条件，经综合分析后确定。监测时间分为施工期间及竣工后的监测。施工初期，监测时间宜为每天一次，当出现险情时应加强监测。对于一级边坡，竣工后的监测时间不宜少于2年。

4 结论

综上所述，高边坡工程勘察应合理的布置勘察方案，并且从勘察方法入手，全面的进行地质调查和测绘，合理的采集和分析岩土工程参数，进行高边坡稳定性分析，并提出可行、经济、合理的治理措施建议。高边坡设计应根据勘察方建立的地质模型进行分析、对比研究，制定安全、经济、合理的支挡方案。