高速公路路堑高边坡设计和综合治理探讨

余良

高速公路路堑高边坡是一种人工开挖的永久性边坡，其稳定性具有重要的意义。本文主要分析了高速公路路堑高边坡设计的思路和综合治理进行了探讨，以供参考。

高速公路为了达到线形的平顺和行车舒适性时常有大挖大填，以达到平顺路基施工标高的要求，因此该类高边坡容易在各种因素的影响下出现滑坡等病害，影响高速公路的使用效率及安全性，基于高速公路路堑高边坡的各种地质因素分析，在如何优化设计选择合理的综合治理方案显得十分重要，本文通过对高速公路路堑高边坡的设计内容及思路的分析，提出合理的综合治理方案，确保边坡的稳定进行探讨。

一、高速公路路堑高边坡的特点

1.在公路工程中，一般把土质挖方边坡高度超过20m、岩质挖方边坡高度超过30m的边坡称为路堑高边坡。

2.边坡必须要有很高的稳定性，否则路堑边坡容易失稳，危及到人民的生命财产安全。

3.防护设计具有动态设计的特点。由于地质条件的隐蔽性、复杂性以及勘探测试条件的局限性，致使地质勘探和测试资料不可能全面揭示边坡的本来面貌，加上施工过程中的不确定因素过多，使得这类问题的力学分析难度比较大，也很难与实际情况相符。而随着边坡施工的进行，地质状况逐渐明晰，甚至会出现新的未预料的地质情况。因此按照一般的设计模式：地质勘察—力学分析—设计—施工这样的思路来进行高边坡的设计是不完善的。它实际上是一种静态的设计过程，并不能很好地适应工程中出现的各种情况，有时会大大增加投资，甚至会发生安全事故，造成人员伤亡和极坏的社会影响。

4.注重生态平衡。在路堑边坡种植植被，可以防止水土流失，美化环境，保持路堑边坡的长久稳定。

5.注重环境美化。随着现代人们环境保护意识的提高以及对美观和舒适度的要求提升，公路沿线的风景要做到秀丽丰富，使人心情轻松愉悦。

6.路线要有诱导功能。路堑边坡的坡型和植被种植方向对车辆的行进方向要有引导作用，禁止在前进岔路口栽植障碍性植被。

二、边坡稳定性分析

边坡是人工边坡和自然岸（斜）坡的统称。按照成因分为天然边坡和人工边坡，按照边坡成分性质可分为岩质边坡和土质边坡。按照稳定程度，分为稳定边坡、失稳边坡以及可能失稳边坡。稳定边坡指的是在边坡发挥作用期间，在自然状态和承受载荷状态下，坡体不发生变形；或者即使发生变形，变形量依然在允许范围内。稳定边坡不需要采取稳定措施，只需要采取防护措施，保持其稳定性即可。失稳边坡指在自然状态、不施加人工载荷的情况下，边坡已经或者正在发生变形破坏。这种情况下必须采取稳定措施，防止边坡进一步发生变形，造成破坏。可能失稳边坡指在自然状态工况处于稳定状态，但是在自然状态改变后或者遭受工程载荷状态下会发生变形；或者边坡的安全系数小于安全标准的边坡。对这一类边坡要采取稳定和防护措施，如果对工程和人民生命财产安全没有影响的可以避开。

路基边坡稳定力学计算的基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按照静力平衡原理，取两者之比值为稳定系数K，也即：

K=R/T

K=1时，表示下滑力与抗滑力相等，边坡处于极限平衡状态；K＜1时，边坡不稳定；K＞1时，边坡稳定。考虑到一些不可预见因素的影响，为安全可靠起见，工程上一般规定采用K≥1.15～1.45作为路基边坡稳定性分析的界限值。

边坡稳定性评价应遵循“以定性分析为基础、定量计算为手段”的原则。进行边坡稳定性计算时，应根据边坡工程地质条件或已经出现的变形破坏迹象，定性判断边坡可能的破坏形式和边坡稳定性状态。

三、路堑高边坡防护的设计原则及防护形式

1.设计体现“以人为本”的设计理念，贯彻“安全、环保、经济”的指导方针，并遵循“减载、固脚、强腰、排水、绿化”相结合和方便施工的原则。

（1）综合治理，防治结合，一次根治、不留后患；

（2）深入分析工程地质条件，增强工程预判，提高技术措施的针对性；

（3）合理放坡、适度加固，尽量做到土石方填挖平衡，减小征地和弃方；

（4）技术措施合理、实用可靠，施工方便、安全；

（5）积极采用成熟可靠、行之有效的边坡整治技术；

（6）增强边坡绿化，加固防护工程实用与美观相结合，力求工程与环境协调，提高工程社会效益；

（7）体现“以人为本”的设计理念，多在细部构造上下功夫，以方便施工，同时有利于工程建成后的维护；

（8）动态设计，信息化施工。

2.土质边坡防护形式

（1）种草。适合土质疏松的边坡，可以防止边坡被侵蚀，还可以美化环境。土质较坚硬时，可以种植大本类植物。

（2）草皮。作用与种草防护作用相差无几。一般使用平铺和叠铺的形式。

（3）种树。在坡脚或者台阶上栽植低矮的灌木。

（4）混凝土砌块格防护。一般适合于坡角小于45°的边坡，但在寒冷地区、土质容易发生冻胀变形的地区不宜使用。

（5）浆砌片、块石骨架护坡。一般适用于坡度较缓的稳定边坡，防止边坡受到雨水的侵蚀，并保护格内的植物不受雨水的打击侵蚀。骨架类型包括人字形、拱形、鱼鳞形和方格形。

（6）护面墙。适用于土质较差的边坡。

（7）捶面。适用于容易遭受雨水冲击的土质边坡。

（8）挡土墙。常见形式分为：重力式、悬臂式、竖向预应力式等。

3.石质边坡防护形式

（1）抹面。一般用于表面容易风化的岩石，但是尚比较完整且没有剥落，比如页岩、千枚岩等坡面。

（2）护面墙。一般用于挖方边坡。分为实体式、窗孔式和拱式等形式。实体式又可以分为等截面和变截面两种形式；窗孔式用于小于4∶3的边坡；拱式适用于有完整上部岩层但是需要对上部进行防护的边坡。

（3）喷浆防护。一般用于容易风化并且坡面不平滑完整的挖方边坡，但是在寒冷、冻胀严重的地区不能使用。

4.防护新形式

随着科学技术的发展和新材料新工艺的出现，人们对高等级公路路堑高边坡的防护不仅采用工程防护，而且还加入了生物防护，不但提高了边坡的稳定性，而且还减少成本，缩短工程期限，美化环境和路容路貌。

（1）土质边坡防护新形式

①香根草绿篱。香根草适应性强、抗逆性强、生长迅速、根系发达，是保持水土能力和恢复地力最理想的植被。

②土工格栅。土工格栅是连续压缩聚乙烯材料的一种聚合物格网。材质柔韧疏松、耐酸碱、耐腐蚀，有很大的弹性和强度，网孔可以容纳土体。植被或草皮的覆盖率高，抗水抗风能力强。

③绿化加筋。绿化加筋指的是将灌木枝条分层埋在边坡土壤中，形成加筋土。可以成为排水通道，并且防止边坡土移动；

④防止溜坡。配合土工加筋材料，可以防止黏性土形成的边坡滑坡的问题。

（2）石质边坡防护新形式

①客土喷播。客土喷播集土壤学、植物学和生态学为一体，配制出适合特殊地质生长的客土和种子，然后利用挂网喷播技术喷播在边坡表面，起到边坡防护和绿化的作用。

②喷混植草。是指将混有草种子的有机混凝土喷在岩石边坡表面上。适用于所有岩石边坡表面，效果显著。

③SNS柔性防护网。SNS是指以钢丝绳网构成的防治系统，分为主动系统和被动系统。

四、路堑高边坡设计治理措施

1.边坡坡形、坡率。结合近年来高速公路建设经验，高边坡设计统一采用台阶式边坡，研究发现台阶边坡可以比直线形边坡具有更好的整体稳定性，尤其当坡率介1∶0.5～1∶1.0 之间时台阶作用较为有效。一般8m～12m一级，边坡平台一般宽2m，研究还发现处理高边坡问题时，可以在坡体中部设计宽平台，将一个高边坡化解为两个以上相对独立的边坡段，因此对于高度较大的边坡，如有卸载条件，常在坡体中部设计一个或多个8～20m的宽平台，以减少坡脚应力的集中发展，达到分解高大边坡的设计目的，一般平台宽5m 左右时效果较为明显。

2.边坡加固防护结构设计。为了减小人工雕琢痕迹尽量减少圬工工程，根据路堑边坡的工程地质条件，加固防护主要采用预应力锚杆格子梁、锚杆格子梁、TBS植草和植草等方式，格子梁采用全部嵌入隐蔽的方式。一级边坡：采用3排全长粘结锚杆支护，锚杆长8m，设计抗拔力为60kN；锚杆格子梁方形布置，间距3m×3.13m，格子梁尺寸为0.3m×0.3m；坡面采用TBS植草防护。二级边坡：采用预应力锚杆加固，锚杆长17m，锚固段长6m，设计抗拔力250kN；格子梁方形布置，间距3m×4.24m，格子梁尺寸为0.4m×0.4m；坡面采用TBS植草防护。三级边坡：采用3排全长粘结锚杆支护，锚杆长8m，设计抗拔力为60kN；锚杆格子梁方形布置，间距3m×3.54m，格子梁尺寸为0.3m×0.3m，坡面采用TBS植草防护。四级边坡：坡面采用TBS植草防护。五级边坡：坡面采用植草防护。

3.排水设计。水是影响边坡稳定的主要因素之一，许多高边坡滑塌不稳定事故大都是由水所引发，因而排水防水成为加固边坡的一种措施，也是采用其它各类加固措施时，都必须考虑的辅助措施。排水设计是路堑边坡设计的重要组成部分，其主要分为坡体表面排水及坡体内部排水。

（1）每级边坡平台上均需设置平台截水沟。采用C20预制块砌筑，厚0.19m。

（2）全段路堑顶部开口线5m外设置堑顶截水沟，用于堑顶挡水及排除平台截水沟汇水。采用C20预制块砌筑，厚0.19m。

（3）第一级边坡坡脚设置边沟。

（4）应根据边坡级数每隔几级边坡合理设计一排斜孔排水，孔径130mm，间距10m，孔深15m。

（5）第一级边坡每隔6m设置一道支撑渗沟，渗沟下部设排水孔，排水孔采用PVC管，孔径100mm。渗沟断面采用矩形。支撑渗沟的排水层用干砌片石充填，施工时需用碎石或卵砾石填充其中孔隙，排水层与渗水的沟壁之间（两侧）及每级台阶后侧需设置反滤层（两侧），反滤层采用砂砾石和卵砾石，各层厚0.15m，渗沟顶部采用M7.5浆砌片石。

五、结语

在公路建设中遇到的路堑高边坡防护和治理问题复杂突出，这对公路的建设质量和日后使用时人民生命安全的影响都特别大，结合多年从业经验对高速公路路堑高边坡设计和综合治理有如下体会：

1.地勘工作是高速公路建设的基础，项目所在区域地质构造的存在和演变，不仅控制着沿线山脉、水系的发育特点，而且决定着地层岩性的分布和各种物理地质现象的发育状况，因此查明公路沿线的工程地质条件，提供准确的合乎要求的工程地质材料，对于设计和后期的施工治理，具有重要的作用。

2.地质灾害防治应以预防为主、防治结合。

3.加强高边坡路段监测预报，对重大不良地质工点的变形、沉降、位移监测，是保证边坡在施工中的稳定的关键。

4.地质人员参加设计、配合后期施工很有必要。在参加设计和配合施工过程中，地质人员可及时发现问题，补充地质资料，尽快解决施工中出现的各种地质问题，有利于变更设计，减少隐患，保证工程质量。

5.对于重大疑难工点工程措施应进行技术经济的比选，以及对沿线边坡整治与环境保护的统一性等组织专家会诊。