黄土地区边坡防护工程优化设计探讨

2019-02-17张昌军刘拴奇

四川水泥 2019年10期

张昌军刘拴奇

（机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043）

黄土丘陵地区的地形条件、工程地质条件以及水文地质条件复杂，同时随着工程建设的推进，高边坡工程日益增多，随之而来的边坡防护工程的工作难度和工程量日益增大。黄土本身存在着原生、次生（或改造后）不连续面，黄土结构性强，具有独特的孔隙结构、裂隙、垂直节理及水敏性，这对对黄土地区的边坡稳定性影响较大。与此同时，黄土边坡自身土体节理影响较大，易被雨水冲刷侵蚀。因而在各项工程的具体设计过程中，需要充分考虑到区域性的特殊情况，继续采用老旧的思路、方法来执行，施工中施工速度慢，不仅无法得到预期效果，还会造成新的挑战和疏漏现象。本文从目前黄土地区边坡防护工程的设计存在的不足点着手，进行黄土地区边坡防护设计的优化探讨。

1 黄土地区边坡防护工程设计存在的不足

1.1 勘察资料不详细

1、受地形条件限制，边坡区域传统的勘察手段无法全部实现，勘察资料不详细。边坡工程设计需依据详细的勘察资料，但是黄土沟壑区地形地貌复杂，往往大部分高边边坡区域地形陡峭，无法形成勘察作道路和平台，传统的勘察钻机设备无法进行钻进勘探；如若采用人工开挖探井，探井深度也仅限于10m之内，很难全面、详细的反应边坡区域工程地质情况。

2、工程偏重于室内试验，很少进行现场测试。限于边坡勘察费用和操作难度，黄土丘陵沟壑区域的勘察中土体力学参数往往通过室内试验获取，很少进行现场原味试验，尤其土体的抗剪强度试验。因室内试验和现场试验的土体所处的力学状态不同，因而获取的土体抗剪强度参数有很大差别。此外，往往采用的是直接剪切和固结快剪，很少进行进行固结剪切试验并考虑土体饱和强度参数，这往往给造成设计选用的土体力学参数偏保守或者不准确。

1.2 设计中对边坡及其影响区域工程地质条件考虑不详细

目前，边坡防护设计中采用的定量分析方法主要是建立在极限平衡理论上的力学计算方法，主要包括瑞典法、毕肖普法、简布法、不平衡推力法等。设计人员对缺乏对勘察资料的详细研究和现场调查，设计中往往只重视勘察资料中土体抗剪强度指标，然后借助相应的边坡计算软件，采用极限平衡理论分析边坡安全性，进而进行边坡的防护设计，从而造成边坡设计的考虑不全面。

1.3 选用设计方案缺乏针对性

边坡勘察与设计往往是不同单位和人员参与完成的，设计过程中对边坡及其影响区域的工程地质条件分析往往不足。边坡设计中常利用工程类比法为主，缺乏对特定边坡地质情况和力学参数的分析研究。边坡稳定计算中，以二维极限平衡分析计算为主，进行三维边坡稳定分析较少。在施工中，很多施工企业并没有制定一套有针对性的施工方案，往往会将以前方法和经验照搬照用。

2 黄土地区边坡防护工程的优化设计探讨

2.1 结合边坡专项勘察，确保边坡勘察的资料的准确可靠

应结合黄土地区特殊的地质情况，制定针对性强的专项勘察方案，对拟建边坡及相应的影响区域的工程地层地质条件、土质构成、地下水排渗流情况进行详细勘察，采用新的物探和测试手段，查明边坡及其影响区域的地质条件、可能的地下管线、土体力学参数等；勘察中应尽可能的结合室内试验，进行现场边坡土体固结剪切试验，室内试验应以原状土固结不排水、固结排水、饱和土体固结不排水试验为主，为边坡设计提供详细的力学参数。对于无钻机作业平台边坡区域，应着重借鉴“动态勘察设计、信息化施工”的思路，结合施工勘察，做好相应坡体开挖中的勘察作业，准确反映工程地质情况，进而由设计单位进行动态设计，并加强监测，确保边坡安全稳定。

2.2 边坡稳定安全标准和计算方法的探讨

《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）、《高填方地基技术规范》（GB51254-2017）等规范中对边坡安全系数的有所规定，笔者建议目前建设中的高边计算工况和安全系数标准应参照《高填方地基技术规范》（GB51254-2017）进行。根据地质、地形条件及边坡高度等因素，合理选择土体参数，选择不少于 2个具有代表性剖面进行计算，优先选用现场剪切试验指标，分析边坡在天然状态、降雨状态、地震状态下坡体稳定情况；复杂场地除进行边坡二维极限平衡分析外，尚应结合数值模拟手段进行三维稳定性计算分析，综合评价和选取边坡防护方案。

2.3 边坡防护设计方法的选取与优化

黄土边坡区域岩性一般从上而下依次为Q4新近堆积黄土、湿陷性黄土层（Q3为主）、非湿陷性黄土层（Q2为主）组成，下伏深部地层为第三系红粘土和强～中风化泥砂岩，产状平缓，整体较稳定。边坡的设计应综合考虑边坡工程地质、水文地质、边坡高度、地基岩土特性、场地施工要求及施工条工艺等综合性因素。常用的边坡防护处理措施有：放坡+坡面防护措施、支挡防护措施两大类。放坡+坡面防护措施，依靠坡体自身稳定，对于高边坡支护成本低，节约造价，但削坡在一定程度上破坏了原有自然边坡植被，易造成水土流失。支挡防护措施，采用抗滑桩、预应力锚索、锚杆支护体系并结合局部坡面防护措施，加强坡体稳定，相对而言造价高，支挡结构寿命有限。结合工程建设经验，对于高度低于 30m、用地受限的边坡应采用支挡防护措施；对于高度大于 30m、存在放坡条件的边坡应采用放坡+坡面防护措施，工程建设中应结合安全、经济适用的原则，综合考虑两种方法。填方边坡优先采用放坡+坡面防护措施的防护方法。

2.4 合理设计边坡坡型

黄土边坡设计中，应合理优化坡高、坡比和平台宽度三者之间关系。尤其在采用放坡法设计中，坡高越高，增加坡比，加大平台宽度，坡率降缓，边坡安全性增大；但是坡比越大，边坡坡面受雨水冲刷加剧，且开挖土石方量增加，造价加大。确保边坡安全可靠的前提下，边坡设计中应对三者进行优化组合，选择合理的边坡坡型。对于地质结构对边坡稳定、下部地质条件好的挖方高边坡，采用放坡法防护时，可采用下陡上缓放坡模式；填方边坡采用下缓上陡的坡型。同时，在坡高1/3处设置宽平台，以减少坡体应力，增大坡体稳定性。

2.5 加强坡面防护和排水措施

无论是采用支挡防护措施还是放坡措施，在保证坡体稳定的前提下应加强坡面防护，防止坡面受雨水冲刷、剥离，引起坡面的滑塌。坡面防护措施包括浆片石（块石）护面、拱形骨架植草护面、植物护坡等坡面保护措施。同时，做好边坡土石结合面处的坡面渗水（地下水）的疏导措施，以及坡面截排水措施。此外，加强边坡防护工程中“动态化设计、信息化施工”的管理与监督体系，对存在的问题针对性、及时解决，确保工程质量。