复杂地质条件下深挖路堑边坡的设计

李凤岭

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 项目概况

1.1 地理位置

汕湛高速公路是广东省高速公路网规划“十纵五横两环”之“第二横”的重要组成部分，是构筑珠江三角洲通往粤西地区的第二通道。汕湛高速公路A1设计合同段（K0+000—K41+661.242）总体呈东北—西南走向，起自云浮市新兴县，终点位于阳春市松柏镇。

1.2 设计标准

本路段采用四车道高速公路技术标准，设计速度100 km/h，整体式路基宽度为26 m，分离式路基宽度为13 m，桥涵设计荷载等级采用公路-Ⅰ级。

1.3 深挖路堑边坡统计

深挖路堑边坡共51处，边坡最大高度为61.3 m，详见表1。

表1 深挖路堑边坡统计一览表

2 工程地质条件

2.1 地形、地貌

本项目以天堂镇为界，K0+000—K27+700段以低山丘陵及山间洼地为主；K27+700—K41+66段主要为河谷平原侵蚀堆积地貌和岩溶溶蚀准平原穿插少量低山丘陵。深挖路堑边坡具体情况为K0+000—K27+700段50处，K27+700—K41+661段1处。

2.2 气象、水文

本项目属南亚热带季风气候区，年平均气温22℃～23.2℃，无霜冻或霜期短；年均降雨量1 500～2 000 mm，多台风暴雨。区内水系比较发育，河网密度平均0.5～0.6 km/km2，汇水面积大。沿线地下水较为发育，埋藏深度不大，主要可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、岩溶裂隙水三大类。

2.3 地质构造及地震

本项目位于华南加里东褶皱系粤西隆起带内，大地构造处于四会—吴川断褶带中西段，区域内地质构造多呈北东或近北东走向。

地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，抗震设防烈度为Ⅵ度。

2.4 地层岩性

沿线出露的地层较多，变化复杂，按从新至老排列依次为：第四系、第三系、石炭系、泥盆系、寒武系等地层，详见表2（见19页）。

3 深挖路堑边坡设计[1]

3.1 深挖路堑边坡分类

根据边坡岩土体组成将本项目深挖路堑边坡分为土质边坡（3处）、岩质边坡（7处）和土石混合二元结构边坡（41处）三大类，见图1。

表2 地层岩性及其主要工程地质问题

图1 边坡岩土类型统计

3.2 设计方法及内容

基于边坡设计的基本原则和常用方法，结合本项目的工程特点，设计中采用工程地质类比法和数值分析计算法相结合的综合分析设计方法。

3.2.1 工程地质类比法

主要参考周边地区“罗阳高速”、“江罗高速”、“广梧高速”等项目及当地现有工程的成功经验，结合地质、水文及坡体结构状态对边坡的稳定性进行分析和设计。主要设计思路为：地形较缓时，放坡减载；地形陡峭时，为避免“薄皮刷坡”，采用“弱削方、强支挡”的设计方案。

3.2.1.1 坡型

边坡总体采用台阶式坡型设计方案，分级高度8～12 m，各级台阶之间设置缓冲平台，宽度分别为2 m、4 m、6 m及 8m。

3.2.1.2 坡率

本项目中深挖路堑边坡以“土石混合二元结构边坡”及“岩质边坡”为主，占总量的94%。当边坡处在全、强风化地层中，坡率设计较缓，采用1∶1～1∶1.25；中风化岩层和碎块状强风化岩层中坡率采用 1∶0.75，详见表3。

表3 坡高、坡率参照表

3.2.2 数值分析计算法[2]

数值分析计算法是在工程地质类比评估结果的基础上，采用数值分析的方法，计算边坡的稳定程度或稳定系数，以定量计算结果辅助定性分析和评价。

首先应根据风化程度、岩层产状、贯通节理面产状、地下水水位及发育程度、岩体胶结物质、泥质含量等主要因素确定边坡失稳破坏模式。确定合理的破坏模式之后，再对潜在滑动面进行分析判断，并进行稳定性计算，完善坡型坡率设计，设置合理的支挡加固措施。

计算过程中除考虑正常工况外，部分高边坡还应对非正常工况（饱和状态）下的稳定性进行验算。饱和状态参数选取，应根据边坡高度、地质条件、汇水面积、岩土体渗透性等多种因素综合考虑。重点复杂边坡计算取值时采用较大的折减系数；坡高较小、地质条件较好的常规路堑高边坡可适当提高折减幅度，然后在此基础上按天然状态稳定系数K＞1.2控制，暴雨工况采用稳定系数K＞1.1进行复核。

3.2.2.1 计算方法选取的原则

a）规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用变化Bishop法计算。

b）可能产生支线破坏的边坡采用平面滑动面解析法进行计算。

c）可能产生折线形破坏的边坡采用不平衡推力法计算。

d）结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和实体比例投影法分析及楔形滑动面法进行计算。

3.2.2.2 设计参数建议值

本项目进行数值分析计算时，主要采用的岩土体力学参数指标如表4所示。

表4 岩土体力学参数建议值

3.2.2.3 数值分析计算结果

对工程类比法定性分析得出的设计内容进行数值分析验算后得出如下结论：未进行防护支挡情况下，51处深挖路堑边坡中，稳定边坡14处，基本稳定边坡25处，欠稳定边坡12处。

3.2.3 防护加固设计

通过以上分析判断，可确定边坡的安全系数、稳定状态及其发展趋势。以此为依据，对不同状态下的边坡进行有针对性的防护加固设计。防护加固应遵循“减载、固脚、强腰、排水、绿化”的设计原则。防护措施的选择应该简单有效，经济合理，不但要满足设计要求，还应考虑施工的难易程度、材料的价格及储量，施工进度等多方面因素。

3.2.3.1 稳定边坡

K27+140—K27+255左侧为稳定性边坡，纵向长度115.0 m，高度35.3 m，分为4级。该段边坡防护加固措施：1级边坡（坡率1∶1）采用客土喷播植草护坡；2、3级边坡（坡率1∶1）采用人字型骨架植草防护加固；4级边坡（坡率1∶1.25）采用CF生态网防护，如图2。

图2 稳定状态边坡典型段落

3.2.3.2 基本稳定边坡

K16+660—K16+772左侧为基本稳定性边坡，纵向长度112.0 m，高度35.6 m，分为4级。该段边坡防护加固措施：1级边坡（坡率1∶1）采用锚杆格子梁防护，锚杆长度11.5 m；2、3级边坡（坡率1∶1）采用人字型骨架植草防护；4级边坡（坡率1∶1.25）采用CF生态网防护，如图3。

图3 基本稳定状态边坡典型段落

3.2.3.3 欠稳定边坡

ZK9+280—ZK9+440左侧为欠稳定性边坡，纵向长度160.0 m，高度55.8 m，分为6级。该段边坡防护加固措施：1级边坡（坡率1∶0.75）采用锚杆格子梁加固，锚杆长9.0 m；2级边坡（坡率1∶0.75）采用预应力锚索格子梁加固，锚索长26.0 m；3级边坡（坡率1∶1）采用客土喷播植草护坡；4级边坡（坡率1∶1）采用预应力锚索格子梁加固，锚索长28.0 m；5级边坡（坡率1∶1）采用人字型骨架植草防护；6级边坡（坡率1∶1.25）则采用CF生态网防护，如图4（见22页）。

4 结语

深挖路堑边坡的安全稳定在高速公路的建设与运营中都起着至关重要的作用。在设计过程中应因地制宜，充分考虑影响边坡稳定的各种因素，不仅要对边坡的坡型坡率、防护加固形式进行优化设计，还应对高边坡的防排水、动态监测等内容引起足够的重视。

图4 欠稳定状态边坡典型段落