高速公路工程边坡防护设计

鲁 祥

中交第一公路勘察设计研究院有限公司

1 引言

在高速公路工程项目中，其边坡稳定性会受自然因素、人为因素等影响不可避免出现深挖路堑边坡，导致公路边坡失稳。其中，自然因素主要包括工程项目所在区域内的地质条件、地形地貌、大气降水以及地震灾害等；人为因素主要包括边坡的开挖方式、防护设计方案以及养护和绿化等方面[1]。在此背景下，如果边坡防护设计不当，其稳定性就会受到影响，进而给路面的行车安全带来威胁。

2 工程概况

在建云南省墨江至临沧公路TJ6标段主线起始桩号K70+950~K84+850，路线全长13.916km。其中，K70+950~K71+200左侧边坡于2019年11月15日开始开挖，2019年11月20日路基左侧第五级边坡开挖完成后，发现边坡坡顶、坡面出现开裂现象。为防止滑坡继续发展，业主及时要求施工单位暂停该段挖方边坡施工，同时要求施工单位在滑坡坡脚反压回填，回填高度≥6m，滑坡发展速度得到暂时有效控制。

3 边坡防护新理念

在传统高速公路边坡防护设计工作中，为了实现边坡的稳定性，保证高速公路的运营安全，设计人员往往更注重边坡强度功效，采用混凝土灰色防护，这一防护形式具有投资成本高、工程量大以及单调等特点，且与周围的自然环境不协调，在目前的高速公路边坡防护设计中已逐渐被淘汰。

新形势下，高速公路边坡防护新理念提倡以边坡稳定为基础，采用绿色防护新理念，因为绿色防护具有美化环境、保持水土、恢复植被、防护浅层边坡以及完全覆盖岩土边坡等众多优势，既实现了加固和绿化刚柔并剂的效果，又能保证边坡稳定、解决边坡防护与生态环境问题，进而实现人与自然的和谐共处[2]。

4 滑坡形成机制

高速公路工程边坡是在岩体、土体、自重以及人为等作用下形成的具有一定倾斜度的临空面，在具体的设计过程中可能会由于不利地形条件、土层及岩土结构，工程施工、大气降雨等因素的影响，使边坡的一部分与另一部分产生相对位移，边坡丧失原有的稳定性，进而形成滑坡。在本工程项目中，滑坡的形成和发展同样受不利地形条件、土层即岩土结构，工程施工、大气降雨等因素的影响。

（1）有利地形条件：滑坡处位于单项人工斜坡上，坡度为45°~53°之间，坡度较陡，坡脚路基已超出开挖范围，形成临空面，为滑坡形成提供了有利的地形条件。

（2）不利的地层及岩土结构。滑坡所在区域内的边坡主要以全风化的砂岩、强风化的炭质页岩夹砂岩为主，节理裂隙发育，岩体破碎，岩质软，遇水软化速度快，岩体强度下降，自稳能力差，为滑坡形成提供了有利条件。

（3）工程施工。K70+950~K71+200段为深挖方，路基左侧为高边坡，开挖后由于未及时封闭坡面，其在大气降水、暴晒等自然因素影响下，导致开挖后的边坡强度大大降低，出现失稳、使边坡坡面出现了大量的节理裂缝，导致坍塌。因此，在具体的施工过程中，未及时封闭边坡是造成滑坡发生的一个重要因素。

（4）大气降水。大气降水一部分随着边坡坡面向坡脚排泄，对边坡造成冲刷；另一部分通过岩体风化裂缝下渗，使坡体含水量增加，岩体和斜坡强度降低。大气降水既是造成滑坡产生的自然因素，也是主要的外在因素。

总的来说，K70+950~K71+200段在不利地形条件、不利地层即岩土结构、工程施工以及大气降水等的共同作用下，导致该路段边坡出现变形，从而产生滑坡。

5 边坡防护设计应遵循的原则

针对因滑坡造成灾害的路段，需结合其对本工程项目的危害程度、维修难度以及勘察结果进行综合性防护设计[3]，并遵循以下设计原则。

5.1 综合治理原则

在本工程项目中，由于造成滑坡的影响因素较多、性质复杂、规模较大、危害严重，需要对滑坡路段使用抗滑桩、抗滑挡墙、锚杆（索）等岩土支挡和锚固措施、加强排水等多种手段进行综合治理。

5.2 安全第一原则

在设计边坡防护方案时需综合考虑多种客观因素的影响，尤其加强注意本项目所在区域内的地形、地质条件、大气降水、工程施工等不利影响，力争一次完成，不留任何安全隐患，不引发新的灾害，保证本工程项目的安全运营。

5.3 施工便利原则

全面考虑工程项目施工的便利性、方案的可行性以及方案实施的可操作性。同时，在具体的施工过程中不断健全与完善安保措施，保证施工人员的生命不受威胁。

5.4 经济合理原则

应当结合实际情况，采用成熟的岩土工程治理技术，防范灾害的发生，做到因地制宜，合理解决经济性与安全性之间的矛盾，确保工程项目顺利推进。

5.5 环保美观原则

在具体的施工过程中，尽量做到不破坏原坡体上既有的植被，并对边坡的开挖部位进行绿化，使工程环保美观，以此增加公路的运行能力，提高驾乘人员的舒适程度。

5.6 动态设计原则

由于受地质条件的复杂性和勘察钻孔局限性的影响，在具体的施工过程中应当加强对滑坡地表的监测和巡视，随时掌握和了解滑坡动态，保证施工的安全性。另外，将信息化施工运用到其中，遵循动态设计原则，一旦发现局部滑面与方案设计不一致时及时向上级领导反馈，并优化和调整设计方案。

6 边坡防护设计方案

6.1 双排抗滑桩支挡

（1）刷坡减载。将第2级边坡坡脚位置作为清方起点，向上按照设计坡率1∶1.25~1∶4，再根据调整后的边坡坡率清除部分滑坡体，减小滑坡推力。

（2）抗滑支挡，为保证边坡的稳定性和安全性，应在K70+991~K71+231段第1级边坡平台处设置41根尺寸为1.8m×2.4m抗滑桩进行支挡（前排桩），桩长18m，桩间距6m；K71+030~K71+180段在坡顶距主线中桩65m处设置26根桩径为1.8m×2.4m和2.0m×3.0m的两种桩，桩长为22m~24m，抗滑桩全部采用C30混凝土钢筋混凝土浇筑，桩间采用C30钢筋混凝土挡土板，并结合工程项目的实际情况，在K70+950~K71+300段主线坡脚位置设置路堑墙。抗滑桩工作原理如图1所示。

图1 抗滑桩工作原理示意图

（3）为防止边坡出现局部滑移，在第1级边坡处设置路堑墙，墙顶采用锚索框架防护；第2、4级边坡处设置抗滑桩段落外，其余全部采用锚索框架植草加固；第3级边坡K70+950~K71+200段采用三维网喷播植草防护，K71+200~K71+300段采用锚杆框架防锚杆框架护；第5级边坡采用三维网喷播植草防护。

（4）排水工程。①截水沟：在距离挖方坡顶外的5m处设置尺寸为40cm×40cm的坡顶梯形截水沟，并采用C20现浇混凝土浇筑；②排水沟。在每一级的边坡平台处分别设置尺寸为40cm×40cm的平台排水沟，并采用C20现浇混凝土浇筑。

6.2 单排抗滑桩+坡面强防护

由于本工程项目滑坡产生的位置为者整村下方，清方困难。因此需要对已产生滑动位置进行抗滑支挡。

（1）刷坡减载。将第2级边坡坡脚位置作为清方起点，向上按照设计坡率1∶1.25~1∶6，根据调整后的边坡坡率清除部分滑坡体，减小滑坡推力。

（2）抗滑支挡。为确保滑坡的稳定与安全性，K70+972~K71+182段在坡顶距主线中桩73m处设置36根抗滑桩，桩径为1.8m×2.4m、2.0m×3.0m两种，桩长为22m~25m，抗滑桩均采用C30钢筋混凝土浇筑，桩间采用C30钢筋混凝土挡土板，部分抗滑桩顶面以下1m、2m分别设置预应力锚索，采用6束Φ15.2mm高强度低松弛钢绞线（1860MPa），锚固段长度10m，单孔锚索设计锚固力340kN，锁定锚固力272kN。如果继续开挖施工，滑动面势必会出现下移，因此需要在K70+975~K71+230段主线坡脚位置设置抗滑挡墙，K70+950~K70+975段、K71+230~K71+300段主线坡脚位置设置路堑墙。

（3）边坡防护。第1级边坡坡脚设路堑墙，墙顶采用锚杆框架防护；第2、3级边坡采用锚索框架防护（6束Φ15.2mm钢绞线），锚索设计荷载650kN，锁定荷载480kN；第4级边坡除设置抗滑桩段落，K71+182~K71+230段采用锚杆框架防护外，其余坡面采用三维网喷播植草防护；第5级边坡采用三维网喷播植草防护。

（4）排水工程。①截水沟：在距挖方坡顶外不小于5m处，设置尺寸为40cm×40cm坡顶梯形截水沟，并采用C20现浇混凝土浇筑；②排水沟：在每一级边坡平台处设置尺寸为40cm×40cm的平台排水沟，采用C20现浇混凝土浇筑。

7 结束语

综上所述，边坡防护设计作为高速公路工程中的一项重要内容，设计防护方案是一个逐渐优化的过程。本文以实际项目为例，探讨了边坡方案设计的原则和具体措施，最终取得了良好的治理效果。在具体的设计过程中，应当根据工程项目的地形、地质条件、施工方法，并通过理论与实践相结合的方法对边坡的稳定性予以正确评价，选择不同防护类型，直至满足施工方案设计要求为止。