公路深挖路堑边坡工程施工监测与动态设计

袁水河 王天星

（云南省交通规划设计研究院 云南昆明 650011）

随着当前我国高速公路事业的飞速发展，高速公路施工技术也得到快速发展，但是部分公路深挖路堑边坡工程施工中，受地形等因素的影响，在进行施工监测与动态设计时往往受到制约。本组主要针对公路山洼路堑边坡工程施工中易出现的问题进行分析，对施工监测与动态设计问题进行探讨。

1 公路深挖路堑边坡工程施工监测和动态设计的必要性

近年来，在我国西部地区，公路建设发展比较快速，但因为西部地区独特的地质条件，形成了和其他地区不同的地形地貌，反映在公路建设项目上，在进行深挖路堑边坡工程时表现出来的问题就比较明显。主要体现在两个方面：①因为施工单位在施工前，没有做好深挖方边坡工程的防护工作，防护措施不足甚至没有防护，或者在施工过程中操作不当，开挖后引发塌方或滑坡问题；②在开挖前施工单位虽然对边坡工程做了防护措施，但措施保守、造价偏高，增加了施工难度。这两方面问题的发生在客观上是由工程本身的复杂性引起的，表现在两个方面：①公路工程沿线较长，要经过在多种多样的地质体，这些地质体复杂多变，不好把握；②公路边坡工程规模巨大，而勘查和试验工作有限，给公路深挖路堑边坡技术的认识和设计手段上造成了很大的局限。

公路深挖路堑边坡工程有着复杂多变的特点，存在着各种各样的问题，本文在公路深挖路堑边坡施工的实践经验上，对工程系统的动态设计和施工监测进行了总结和研究，以促进公路工程建设进一步发展。

2 动态设计的原理与方法

站在信息学的角度，根据对系统信息掌握的程度，可分为明确了解的白色系统和认识模糊的灰色系统。在公路深挖路堑边坡工程中，勘查和设计阶段认识是有限的，掌握的信息是局面的，属于灰色系统；而随着施工的进行，接触到真实的工程地质体，掌握到的信息逐渐具体明确，信息认知转变为白色系统。在信息的灰色系统时，因为认知的局限性，对工程的防护设计做不到精确合理，但是如果在施工过程中不断更新信息，对施工技术及时进行修改，就能是工程设计更切合实际，更加合理。施工完成后，为了给以后的相似工程提供借鉴，要对施工前的勘查、设计经验和施工过程中的监测数据进行归纳总结，以提高下一步的工程施工水平。

和水电、矿山等行业比起来，公路深挖路堑边坡工程具有勘查深度低、施工周期短等特点。针对几年来在公路建设中出现的各种问题，本文立足于公路工程实际，总结经验，吸取教训，提出了以下几方面的动态设计方法：①施工前进行详细的地质勘查。要对公路边坡工程经过的地质特点进行深入勘查，明确岩体结构特性，分析控制边坡稳定的主要结构面，对边坡工程的地质条件做到心中有数。②对影响公路边坡稳定性的因素，要从地质力学、工程地质类比等多角度进行分析，边坡的整体稳定性尤为重要，因为公路工程勘查设计时间比较短，主要是运用工程地质类比法。③运用极限平衡、数值计算分析定量判断公路边坡工程的稳定性。④根据稳定性评判分析，对公路深挖路堑边坡工程进行设计和施工。⑤要明确边坡工程地质结构特性，对其中的薄弱环节采取必要的防护措施，并对施工进行实时监测，监测方法要合理，确定重点监测部位。⑥在边坡施工过程中，要通过施工监测，及时获取工程地质信息、技术信息、防护信息等，并依据信息对施工设计做出修改，保障工程顺利进行。⑦工程完工后，要对施工过程中的设计资料和监测数据进行归纳总结，以了解引起边坡变形破坏问题的原因，分析不足，总结经验，为增强将来工程的稳定性提供宝贵的经验。

3 施工监测与动态设计实践

以云南楚广高速公路为例，该高速起于楚雄市，止于广通镇，全长20.28km，于2014年12月建成通车。该高速主要经过山区地带，包含25座桥梁、34座涵洞及1座长隧道，在施工阶段，深挖路堑边坡施工量较大，本文也以该高速公路为例，对施工中施工监测及动态设计的方法进行分析。

3.1 开挖与防护设计

依据施工前勘查与稳定性分析，进行开挖和防护设计。该路段边坡工程是比较有代表性的深挖路堑边坡工程，在施工前，对工程地质运用测绘、槽探、钻探等方法进行了勘查和物理力学性质研究。该路段边坡工程所处位置属于丘陵地区，从下到上分为七个层次：第一层泥岩，第二层细砂岩，第三层粉砂质泥岩，第四层细砂岩，第五层泥质粉砂岩，第六层细砂岩，第七层粉砂质泥岩。缓坡或平台的地质大部分是泥岩结构，陡坡陡壁的地质大部分是砂岩结构，是典型的近水平红层砂泥岩互层边坡。

通过勘查分析，软岩夹层和陡倾结构面是控制边坡稳定性的因素，边坡岩体容易在这些层面产生滑动，引起破坏；陡倾结构面是地表水下渗的通道，容易造成弱面软化，而下渗的地表水填充陡倾缝隙后，产生的水压力能使岩体前滑，导致边坡不稳。边坡在整体上具有稳定性，边坡岩体在整体稳定的基础上，浅层有局部坍塌的可能。

根据边坡地质勘查和稳定性分析，工程开挖坡比设计为1：1，防护设计以浅层加固为主，使用钢筋混凝土框架梁，节点设有普通长锚杆，锚杆中部长度为20m，两侧长度为14m。

3.2 施工监测设计

该路段地质结构中，第一、三、五层泥岩是弱面，影响着边坡的稳定性，是施工监测的重点，但因为边坡工程施工时间较短，为节约工期，监测要进行动态设计。施工监测设计内容包括：a.地表变形监测。在边坡平台和坡顶设置监测点，观察地表是否变形。b.坡体深部位移监测。分别在边坡的第7级和第4级平台上中设置监测孔，观察边坡是否滑动。c.对开挖工程地质信息进行测绘。d.监测施工技术信息和锚杆应力。监测平面布置图见图1。

3.3 动态监测过程

边坡工程信息化施工分为四个阶段，施工过程见表1。

3.4 信息获取和施工后的分析评价

开挖工程地质信息和勘查资料基本一致，边坡岩体不均匀，该高速公路首尾两端岩体质量存在差异。基于此项地质信息，修改了工程原有设计，将部分长锚杆取消，加强一侧坡脚，将浆砌片石护面墙改成钢筋混凝土护面墙。由于工程地质的差异性，取消了原防护设计中的钢筋混凝土框架梁将锚杆抑制件改为垫墩。边坡变形监测主要运用地表监测和深部位移监测，根据监测信息及时做出设计上的修改，保障开挖和防护工程的稳定。

图1 变形监测平面布置图

表1 高边坡工程施工监测与动态设计过程

4 结论

在公路深挖路堑边坡工程设计上，应采用动态设计法，施工前详细勘查边坡岩体结构，对影响边坡稳定性的因素进行正确判断，在此基础上设计开挖和防护工程。在施工过程中要进行动态监测，根据监测信息修改完善原有设计，施工完成后及时归纳总结经验。本文列举的云南某高速公路深挖路堑边坡工程，由于采取了合理的施工监测和动态设计，其开挖和防护工程完成后基本趋于稳定，为公路建设提供了很好的借鉴。

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