某公路路堑高边坡稳定性分析及支护设计思考

杨光清 徐峰 李海平

摘 要：以某在建公路路堑高边坡为例，结合工程地质条件详细分析路堑高边坡潜在破坏模式，采用极限平衡分析法开展边坡开挖前后不同工况条件稳定性研究，采用综合治理措施的设计思路，提出针对性的边坡支护设计方案，可为类似路基边坡设計提供借鉴。

关键词：深挖路堑;高边坡;稳定性分析;支护设计

0 引言

随着基础交通设施的开发建设，公路建设重心向山区转移，在复杂的地形、地貌、水文和地质条件下，公路无法避免的形成诸多高边坡，这些高边坡在建设中如果没有采取合理设计、支挡，将在建设或运营过程中产生大量病害[1-2]。为了提高公路路基边坡稳定，解除路堑高边坡对公路的威胁，在开展公路边坡设计的过程中，我们需要详细的调查边坡所处的气象水文、地形地貌、地层结构等工程地质基础资料，根据地质资料建模进行稳定性分析，在保证路基边坡稳定的情况下结合环境保护的理念，选用合理的边坡坡率及边坡支挡形式。

1 工程概况与工程地质环境

1.1 工程概况

某拟改扩建公路采用双向四车道一级公路、路基宽度20 m、设计车速60 km/h的建设标准。其中，K51+335～K51

+395段右侧为土石二元介质边坡，路线通过该路段势必形成路堑高边坡，上覆碎石土层厚度11 m～12 m;其下为全风化粉砂质泥岩，厚度13 m～13.5 m;下伏强风化粉砂质泥岩。原有公路运营多年，边坡整体稳定性良好，该路段既有公路边坡裸露，主要问题是风化剥落和局部零星掉块问题，在雨季集中、连续降雨期间偶有局部滑塌和掉块情况，边坡及所在斜坡整体稳定性良好，既有问题多为坡面表层问题。边坡开挖后，原有的平衡状态被打破，边坡存在类土质圆弧滑动破坏及土岩界面滑动破坏的风险。

1.2 工程地质环境

工区位于北温带半干旱大陆性季风气候区，年平均降水量571.7 mm，主要集中于7-9月份。场地地貌单元属构造剥蚀低山区，边坡自然斜坡坡度约25°～75°，地形起伏较大;边坡原地层主要为上覆碎石土（Qdl4），层厚度8 m～18 m，受地形条件控制，土层厚度变化较大;其下为全风化粉砂质泥岩（∈m），厚度13 m～13.5 m;下伏强风化粉砂质泥岩（∈m）。

2 边坡现状-开挖后稳定性分析

2.1 工况选取及计算方法

（1）计算工况。根据项目区地理条件及周边环境条件，选取以下两种工况：

工况一：天然状态+自重;

工况二：暴雨状态+自重。

（2）安全系数选取。根据《公路路基设计规范》（JTJ D30-2015）[3]规定：一级公路路堑边坡的安全系数应采用1.20～1.30;考虑多年暴雨的附加作用影响时，安全系数应采用1.10～1.20。

根据上述规定，本次路堑边坡在工况一安全系数取K=1.20;工况二安全系数取K=1.15。

（3）计算方法。目前用于计算边坡稳定性的方法可以大致分为3类：极限平衡分析法、数值分析法和概率法。而极限平衡法是目前用得最多、最为成熟的一种计算方法[4]。对折线形滑动面采用基于极限平衡理论的不平衡推力法（隐式解法）进行稳定性系数及剩余下滑力计算，对圆弧形滑动面，采用简化Bishop法计算[3]。本边坡为土岩混合边坡，边坡破坏模式存在土岩界面滑移稳定性问题、松散土体和软质破碎岩体出现类土质边坡圆弧滑移破坏问题、风化剥落及土体溜滑问题，故本边坡稳定性采用不平衡推力法（隐式解法）、简化Bishop法进行计算。

（4）岩土参数。在参考地质成果报告基础上，结合反演分析确定选用指标：

2.2 边坡现状反演算分析

反演算采用类土质边坡圆弧滑动破坏反演算分析及土岩界面稳定性问题边坡反演算分析：

现状坡面类土质边坡圆弧滑动破坏验算：天然工况下为稳定性系数Fs=1.053（基本稳定状态）;暴雨工况下为稳定性系数Fs=1.046（欠稳定状态）。

现状坡面土岩界面滑动破坏验算：天然工况下为稳定性系数Fs=1.284（稳定状态）;暴雨工况下为稳定性系数Fs=1.217（稳定状态）。

该坡面现状裸露，整体稳定性良好，雨季集中期间偶有局部滑塌和掉块情况，计算结果与边坡现状吻合，岩土参数选取合理。

2.3 边坡支护方案初拟

边坡形式一般有折线式和台阶式边坡，设计人员应根据具体路段边坡的土体特性、地形、地貌、边坡开挖高度及是否存在不利滑动面等因素[5]，采用不同形式坡率及防护形式。根据场地地质条件，遵循对原坡面尽可能少的扰动原则，拟定采用台阶式边坡，第一级边坡坡面垂直，采用抗滑桩支护，第二级及以上边坡坡率1：0.75，采用锚索（杆）框架支护，每级边坡坡高不超过10 m，坡脚碎落台1.5 m，边坡平台2 m，结合坡面排水防护措施，边坡最大高度达30 m。

稳定性计算分析：

说明：稳定性系数<1，为不稳定，1≤稳定性系数<1.05，为欠稳定，1.05≤稳定性系数<安全系数，为基本稳定，安全系数≤稳定性系数，为稳定[6]。

由上表知：

边坡土岩界面滑动破坏现状：天然工况下为稳定;暴雨工况下为稳定。

开挖后未支护：天然工况下为稳定;暴雨工况下为稳定。

边坡类土质圆弧滑动破坏现状：天然工况下为基本稳定;暴雨工况下为欠稳定。

开挖后未支护：天然工况下为不稳定;暴雨工况下为不稳定。

开挖后且支护：天然工况下为稳定;暴雨工况下为稳定。

通过对比分析得出，该边坡未开挖前，边坡整体稳定性较好，雨季集中季节局部会出现滑塌失稳情况等坡面表层问题;边坡开挖后，原有的平衡状态被打破，边坡稳定性不满足规范要求，边坡破坏模式为类土质圆弧滑动破坏，因此，通过对边坡采取支挡防护加固，支护后边坡稳定性两种工况下均满足规范要求。

3 边坡支护设计

根据支挡位置滑坡推力水平分力2 341.8 kN/m，对该處支挡进行结构设计。第一级边坡设置锚拉桩板墙，坡高10 m，第二、三级边坡采用1：0.75坡比放坡，坡高按10 m控制，第二级坡面采用锚索框架防护，第三级坡面采用锚杆框架防护，框架内挂CF网植草防护，坡脚碎落台1.5 m，边坡平台2 m，平台及边坡后缘设置截水沟;坡面辅以仰斜式排水孔的综合治理措施。施工时严格遵循“逐级开挖、逐级防护”原则，落实好施工期间的巡查监控，如边坡出现异常应及时通知业主、设计单位，共同商量对策，确保边坡稳定，施工安全。

4 结束语

通过实际工程案例详细解析路堑高边坡设计过程，在地勘工作完成的基础上，对边坡现状稳定性有了初步的认识，判断其可能出现的破坏类型，根据行业现有的技术方法进行定量分析计算，最终得出最优设计方案，得出以下结论：

（1）岩土参数的选取是边坡稳定性分析计算的根本，尤为重要，在参考地质成果报告基础上，结合反演分析复核确定选取岩土参数。

（2）由于岩土工程复杂性，边坡稳定性计算应多方面考虑，通过对可能出现的破坏模式，分别进行稳定性计算。

（3）边坡稳定性受大气降雨的影响非常大，“十滑九水”十次滑坡九次跟水有关。所以在支护设计中边坡内部、坡面排水不能忽略。

（4）边坡形式、坡率及支护措施的选择上，应结合安全、经济合理、施工可行、因地制宜的原则，本工程案例场区岩体受构造影响，岩层产状较乱，褶曲较为发育，岩体较为破碎，覆盖层较厚，含有较多碎块石分布，所以在设计中应尽可能避免对原有坡面大面积扰动，因此前期造价上成本较高，但是公路工程作为长久营运工程，经济方面应从全寿命经济方面考虑，提高建设成本，可以很大程度降低其运营维护成本，符合安全、经济合理原则。

参考文献：

[1]柴贺军，李海平，王俊杰.山区公路斜坡地形路基病害类型及处治方法[J].公路交通技术，2008（6）：1-5.

[2]胡浩.山区公路滑坡灾害的研究与防治[D].长沙：中南大学，2010.

[3]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.JTGD30—2015，公路路基设计规范[S].人民交通出版社股份有限公司，2015.

[4]陈祖煜.土质边坡稳定分析（原理.方法.程序）[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[5]李学红.高边坡支护结构设计施工浅析[J].福建建材，2013（7）：68-69.

[6]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.JTG/T3334-2018，公路滑坡防治设计规范[S].人民交通出版社股份有限公司，2013.