动态设计在高速公路路堑高边坡工程中的应用

吴洪平

摘要：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工程设计的含义，高速公路路堑高边坡工程动态设计的流程以及具体案例分析，以供参考。

关键词：动态设计；高速公路；路堑高边坡工程

引言：随着人口的增长和土地资源的开发，边坡问题己变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害（源）之一。近年来，随着人类工程活动规模的不断扩大和场区工程地质条件的限制，因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害给人们的生命和财产带来了巨大损失，边坡的稳定性问题日益突出。而动态设计作为一种行之有效的设计理念，应该更多地应用到现实的路堑高边坡工程中。

一、高速公路路堑高边坡工程设计 概述

规范一般认为，岩质边坡高度大于30m，土质边坡高度大于20m即为高边坡。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。而这正是目前很多设计人员在边坡设计时所采用的方法，其缺陷是明显的。路堑边坡的稳定性，与设计是否合理，所采用的施工方法有着密切的关系。设计是否合理，与所采用的工程措施能否与工程地质条件相适应有关。另一方面，在施工中运用各种手段收集有关地质及施工工艺等相关资料，对保证边坡的稳定十分重要。

二、高速公路路堑高边坡工程动态设计的流程

高边坡是将地质体的一部分改造成为人工工程，其安全稳定性同地质条件和人为改造（即设计与施工）的程度密切相关，而地质条件的复杂多变，施工程序和方法受外界因素影响大，甚至地质资料不足，盲目性设计，因此高边坡设计是一种超前的、具有一定风险性的预测设计。这就同人们所要求的安全稳定之间不可避免地产生矛盾，为解决矛盾就需要把施工过程中不断发现的新情况及时传递给设计，不断修改、完善甚至重新设计，才使对立的问题统一起来，即动态设计。

在各级边坡的施工中，将所有汇总资料及时地同最近作为设计依据的地质勘探调查资料相比较，判断是否有较大的误差；同时，及时整理分析监测资料，以此作为判断合理性的重要依据。经过比较或监测结果表明设计具有不合理性时，均应优化修改设计，于是在下一级的边坡施工中就可以采用优化设计后的结果；若本级边坡施工中的情况比较理想，则按预定设计进入下一级边坡的施工，直到各级边坡施工完成。

三、案例分析

1、工程概况

某高速公路路堑高边坡工程预设计采用缓坡刷方结合宽平台方案开挖4级，坡高34m，采用普通防护；边坡开挖3级以后，地质复核发现边坡工程地质条件存在较明显差异.故调整设计方案，增加防护加固工程；后因持续暴雨冲击，已基本开挖完成的坡体出现失稳现象，滑体前缘反翘剪出口距坡脚最远约20m，如图1所示。由于该边坡设计为较典型边坡破坏案例，其分析和治理涵盖了岩质路堑高边坡动态设计的主要流程和方法。

2、边坡工程设计

（1）工程地质基础

该边坡场区属低山丘陵地貌，场地内及附近未发现有对边坡稳定性有影响的断裂构造，设计高速公路侧切一圆形山包以深挖路堑通过，最大中心挖方深度约26m，线路走向3390。该工程地质基础资料如下：

①该场区地形地貌和地质条件可以满足路堑边坡工程开挖的设计要求；

②该边坡场区未见控制性断裂构造通过；

③边坡主体物质构成为碎块状强风化粉砂岩，覆盖层较薄48m；

④边坡下伏弱风化基岩顶面在坡脚附近出露，顺坡向倾角约300，易形成控制性底界；

⑤层面倾向与边坡倾向基本垂直，对边坡稳定性影响较小；

⑥边坡地下水位较高；

⑦边坡挖深较大，开挖卸荷松弛效应较为突出，应加强动态设计；

⑧该边坡工程类型应划分为节理岩石边坡。

（2）坡形坡率设计

边坡坡形坡率设计是在工程地质勘察和边坡工程分类的基础上，设计边坡总体坡形坡率，以保证施工期在临时防护或预加固等措施条件下的坡体临时稳定，以及防护加固后边坡的永久稳定，一般包含坡形设计和坡率设计。

路堑边坡坡形设计包括边坡总体形态设计和坡级平台设计。由于路堑边坡坡体地层结构的力学性质体现自上而下逐渐增高的特征，故边坡总体形态一般设计外凸形边坡较为普遍。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，尤其当坡率介于1：0.5--1：1.0之间时台阶作用较为有效。因此，在确保单级台阶边坡稳定的情况下，宜设计成台阶状边坡以提高边坡的总体稳定度。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，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。

对于该高边坡来说，由于该边坡地形地貌条件可以满足缓坡刷方条件，且缓坡刷方并未急剧增加边坡设计高度，而且处于隧道洞口的特殊位置，因此優先采用缓坡刷方方案，并考虑在坡体中部设计宽平台，以达到分解高大边坡，提高坡体稳定性的目的。

综上分析，对该边坡设计总体坡率为1：1.0，分4级开挖，顶级坡残积土层放缓为1 ： I .25 ；级间除第2级顶设计4m宽平台外，其余平台均设计为2m宽。

（3）边坡稳定性分析

为了确定该边坡防护加固工程设计方案，需要对其进行边坡稳定性分析计算。采用有限元强度折减法计算该边坡经4级开挖后稳定系数为1.65 ，属稳定边坡。

（4）防护加固工程对策

根据上述边坡开挖卸荷特征和边坡稳定性计算结果，认为该边坡可以采用缓坡刷方结合宽平台处理的方案达到稳定边坡的目的。因此该边坡预设计方案采用普通防护措施，即各级边坡设计坡率及防护加固工程措施为：第一级1：1.0，孔窗式护面墙；第二级1：1.0，镀锌网TBS植草，设置4m宽平台；第三级1：1.0，三维网植草；第四级1：1.25，喷播植草。另外，鉴于该边坡地下水位相对较高，故在边坡第一级YK201+840--+960段设置间距5m的排水平孔，孔深15m，上仰角8-150。

四、结束语

动态设计在高速公路路堑高边坡工程中的应用为工程的稳定施工和安全施工打下坚实的基础。因此，在高速公路路堑高边坡工程的设计工作中，设计人员应该积极探索和研究动态设计方案，为路堑高边坡工程设计贡献自己的力量。

参考文献

[1]黄波. 路堑高边坡稳定性评价以及设计[J]. 科技创新导报，2011，01：96.

[2]占红莲，俞永华，杨晓华. 高速公路路堑高边坡的稳定性评价及设计方法[J]. 公路交通科技（应用技术版），2007，10：64-67.