公路软质岩边坡坡率的适度原则

王瑞甫

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550001）

贵州山区公路软质岩边坡主要为砂岩边坡、泥页岩边坡、软硬岩石互层边坡以及由这几种岩石边坡风化形成的土质边坡及强风化层边坡。通过对贵州境内崇遵、玉凯、厦蓉高速公路的软质岩边坡进行详细调查中发现，软岩边坡在路基开挖施工过程中易产生坍塌、滑动导致失稳破坏。在公路工程施工中，由于山区地形复杂，如边坡过缓，开挖暴露面积增大，会产生用地增多，土石方量大，工程投资增加的问题。但过陡的边坡又会出现稳定性不足的问题，需要多次反复变更。因此，合理的坡率设计显得十分必要。

1 软质岩边坡岩体物理力学特征

（1）软质岩的水理性质主要包括吸水性、渗水性、软化性、膨胀性和崩解性。在南方多雨季节，由于地表水的下渗，砂岩、泥页岩等软质岩边坡遇水易软化，其强度急剧降低；而膨胀性特征使得软质岩在浸水后体积变大并相应地引起压力增大；崩解性特征是软质岩在浸水之后发生解体的现象，从而产生新的节理，使岩体破碎导致边坡发生失稳。

（2）软质岩边坡覆盖层、风化层一般较厚，强度较低，胶结性差，坡体的强度都呈上软下硬特征。

（3）易扰动性也是软质岩的一个特征。主要表现在：由于岩质软弱、裂隙发育、吸水膨胀等特性，导致软质岩抵抗外界环境扰动的能力极差，对卸荷松动施工振动、邻近路段施工扰动极为敏感。因此，软质岩路堑边坡在开挖时，极易产生新的结构面，使得岩体更为破碎，加剧边坡失稳。

（4）软质岩边坡不良结构面除受岩层层面控制外，还受节理面、裂隙面的控制。即使岩层倾向路基形成反倾或岩层倾向与路线呈大角度斜交，由于在边坡开挖坡面上易形成贯通节理面，导致顺贯通节理面滑动等事故时有发生。

（5）软质岩边坡的天然抗剪强度一般较低，在集中降雨作用下其强度急剧降低，以致边坡失稳，根据边坡高度的不同带来不同程度的破坏。

2 开挖路基的破坏机理

（1）边坡在原始自然状态下，一般处于平衡状态，公路路堑通过对坡体进行切脚，使边坡临空，改变了原有的应力平衡状态，造成边坡中上部拉应力集中，使得坡体沿最不利薄弱面剪出。

（2）由于边坡开挖后长期或在一定时期内暴露于地表，在南方多雨季节施工，由于地表水浸泡坡体导致坡体的抗剪强度降低而引起边坡失稳以及地表水侵入坡体形成不良结构面导致边坡滑动。

（3）由于施工过程中的自然和人为因素影响，改变边坡原有应力状态而失稳。如开挖爆破、砍伐植被、未分级开挖分级防护、防护不及时等因素造成边坡失稳。

3 合适的边坡坡比对边坡稳定性的影响分析

软质岩边坡均表现为上软下硬，越靠近边坡坡顶，边坡岩体风化越严重，单一放坡往往造成靠近路基的下级边坡防护过当，而靠近坡顶的上级边坡的防护欠安全。合理的边坡坡率应根据具体地质资料的不同而分级进行，即每级边坡坡高应尽量不要太高，边坡分级处设置平台，可以参照边坡的稳定性分析而具体确定坡比，最终形成的边坡为上缓下陡［1－2］。

边坡坡比与地形、地物、开挖高度、地质情况等密切相关。在进行路基横断面设计时，应首先查明边坡的地质情况，采用多种手段进行勘探，然后再结合地形地物条件研究放缓边坡的可行性，结合地质条件进行整体稳定及局部稳定分析，确定合适的坡比及分级高度［3］。

从地质情况看，至上而下边坡地质情况为上覆5～10粉质粘土（或全风化层），下伏三叠系飞仙关组泥质砂岩、粉砂岩，强风化层厚8～13m，下为中风化层。在边坡坡率确定过程中，由于坡高超过30m，采用常规放坡难以满足要求，故作为特殊高边坡进行了单独设计。根据边坡设计的基本原则，结合实际地形（坡顶为反坡）地质及前后路段土石方平衡等因素，该边坡未作支挡加固方案考虑，仅作直接放缓、坡面常规防护处理。

图1为某高速公路上一典型软质岩边坡横断面图。

图1 不同坡率下的路基断面比较图

断面设计拟定了3个方案进行对比，首先设定每级坡高为8m、每级平台宽2m为基本条件，仅在坡率上作调整分析。如图1上给定的3个方案所示，该边坡均为5级。方案①坡高为36.8m；方案②坡高为37.3m；方案③坡高为36.0m。3个方案边坡开挖高度基本相当，具有很好的比较价值。

建立边坡稳定性分析模型（不考虑地震作用），采用简化Bishop法进行分析，输入各层岩土介质的物理力学参数，按复杂土层边坡稳定性分析方法进行计算，边坡设计安全系数取1.25，计算各种坡率下边坡开挖后的稳定安全系数。计算图示见图2。

图2 边坡稳定计算图示

经过计算，方案①边坡稳定安全系数为0.95，方案②为1.18；方案③为1.3。故坡率设计介于方案②和方案③之间，即第一、二级采用1∶0.75、第三级以上采用1∶1的坡率设计。但这里要注意的是次生滑动面对高边坡稳定安全系数的影响。由于边坡岩土介质复杂，边坡开挖同时穿过覆盖层、强风化层及中风化层，在采用折线坡率的同时需兼顾岩土参数，故应分析高边坡半坡剪出的可能及多重滑面的稳定安全系数问题。经过综合试算及局部分析，方案①及方案②沿着第二级至第三级下部滑动的安全系数仅为0.88～0.97，故如采用该2个方案设计，必须进行坡面锚固防护，而方案③的各类安全系数均大于1.2。

在分析计算中，采用比方案①更陡的坡率方案及比方案③更缓的方案进行比较，显而易见，在软质岩风化层边坡中，比方案①更陡的1∶0.3及1∶0.5坡率在各级自身稳定安全系数均小于0.8，不可行；而缓于方案③的1∶1.25及1∶1.5的坡率组合放坡，安全系数均大于1.25，故造成工程浪费。

4 建议

（1）查明地质情况是边坡治理的关键。山区地形地质千变万化，尤其是覆盖层、风化层厚度分布不均，岩土物理力学参数差别较大，故应通过详细勘察，查明基本地质情况后，再根据现场试验、室内试验或工程类比等手段确定边坡岩土介质的抗剪强度参数，通过综合分析计算为设计提供依据。

（2）边坡分析的整体稳定与局部稳定问题。对地质条件简单且高度不大的边坡而言，一般只考虑边坡整体稳定，滑面也较单一，通过一次计算即可确定稳定安全系数。但对地质条件复杂或边坡高度较大的边坡，必须同时考虑边坡的整体稳定性与局部稳定性的关系。从失稳的边坡中看，多数失稳边坡存在多重滑面，且剪出位置不固定，与加固方案有很大关系。

（3）软质岩高边坡的施工应严格按照逐级开挖、逐级防护的原则进行，同时必须考虑到边坡坡面绿化措施，使坡面防护与自然景观相协调。

（4）软质岩边坡的放坡坡比与适当的支挡防护相结合。路基规范［4］仅对小于30m的岩质路堑边坡坡率给出了建议值，针对高边坡而言，挖方高度超过30m的软质岩边坡，风化层较厚，经过计算后不能满足稳定性要求时，可考虑在路基开挖的边缘设置支挡构造物如抗滑桩、挡墙等进行支挡；如边坡存在半坡剪出的可能，在放缓边坡清方减载不能实现的情况下，可考虑在边坡中下部设置锚索进行锁脚固腰。但要注意支挡防护与清方减载应进行技术与经济比较，兼顾安全、经济、合理的原则。

（5）边坡开挖断面的综合确定原则。一般情况下，具备放坡条件的，要首选放缓边坡进行植草绿化，路容景观效果较好；如受地物（如坡顶有建筑物等）及地形限制，不具备放坡条件，或存在弃方困难等因素，应调整坡率，加强支挡锚固措施，并对各类方案中进行技术经济比较。

（6）软质岩边坡在路基开挖过程中，应严格执行“自上而下、开挖一级防护一级”的原则，同时做好地表、地下排水措施。边坡开挖过程中应进行严格监控，如地质条件有所变化应立即停止施工，及时调整设计方案，避免野蛮施工所带来的工期损失、投资失控。

［1］GB50330－2002建筑边坡工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［2］蒋树屏.岩土锚固技术研究与工程应用［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［3］王智方.坡率法在高速公路路堑高边坡设计中的应用［J］.路基工程，2005（4）：61－63.

［4］JTG D30－2004公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2005.