临时禁挖区在公路高边坡防护设计中的应用研究

■叶晨峰

(福建省交通规划设计院，福州 350004)

1 引言

在公路高边坡防护设计中，常采用预应力锚索(杆)框架梁等措施对高边坡进行加固， 在加固措施尚未施工完成之前，若边坡一次性开挖到位，往往临时稳定性不足，因此为了避免出现临时失稳，以往高边坡防护设计中，提出“开挖一级防护一级”的施工要求，即边坡从上至下，分级开挖，若上一级的防护加固措施未施工完成(如预应力锚索未张拉锁定)，不允许对下级边坡进行开挖。

在实际施工过程中，由于设计未考虑施工通道，且预应力锚索等加固措施施工周期较长， 施工单位为了抢挖施工通道，加快施工进度，常未按设计要求执行，高边坡一次性开挖到位后再施作加固措施， 在施工过程中边坡出现失稳滑塌， 不仅延误了工期， 造成了巨大的经济损失，还可能影响周边构筑物的安全。

2 临时禁挖区

2.1 临时禁挖区的定义

临时禁挖区系指在公路高边坡防护设计中， 分析施工期间的临时稳定性，结合施工方案，充分考虑施工便利和效率，细化开挖设计方案，设置各开挖阶段下临时禁止开挖的预留区域。

2.2 临时禁挖区的意义

临时禁挖区的应用， 为施工单位提供了更具指导性开挖和施工方案，可避免因“乱开挖”引起边坡失稳，同时一定程度上提高了施工效率。

2.3 设计原则

(1)确保各开挖阶段边坡临时稳定性是基础，根据规范要求[1]，临时稳定安全系数可取1.05，若边坡防护施工工期较长，地质条件较复杂，可提高至1.1。

(2)根据边坡防护设计方案及施工工序，应针对不同开挖阶段设计相应的临时禁挖区。

(3)设计临时禁挖区应结合地形情况，为施工提供必要通道，施工通道宽度不宜小于4m，同时还应保证边坡防护施工作业平台宽度，不宜小于5m。

(4)在保证临时稳定性前提下，尽可能地减少临时禁挖区的面积，便于提高施工效率。

2.4 设计要求

(1)对各开挖阶段的临时稳定性进行计算，不满足规范要求的阶段应设计临时禁挖区。

(2)设计中应标注临时禁挖线的尺寸，如临时禁挖区的顶宽、高度、坡面的坡率、施工通道的宽度等参数。

(3)设计中应描述各阶段临时禁挖区的开挖条件。

(4)对不同施工阶段的边坡稳定性进行计算，并将计算结果在设计文件中体现。

3 工程实例

3.1 项目概况

福建高速公路某处高边坡，最高约35.4m，根据边坡钻孔揭示，该边坡为土质边坡：上部为坡积粉质粘土，厚度约3m；其下为残积砂质粘性土，厚度约7m；全风化花岗岩，厚度约6～7m；砂土状强风化花岗岩，厚度约6m；下伏碎块状强风化花岗岩。 该边坡自然坡高，土层较厚，边坡稳定性较差。

边坡设计采用的加固方案：边坡分四级开挖，第一至三级单级坡高为8m，平台宽2m；第一级坡率为1：0.75，采用C20 片石砼挡墙支挡；第二、三级坡率为1：1.0～1：1.25，采用预应力锚索框架加固，单根锚索设计拉力为700kN，锚索水平间距为4m，坡面采用液压客土喷播植草绿化防护；第四级坡率为1：1.25，采用拱形骨架植草防护； 在边坡第一级设置间距5m 的排水平孔，孔深15m，上仰角8～15°，边坡坡顶设置截水沟，坡脚设置排水边沟，平台设置挡水梗，使边坡形成完善的排水系统。

图1 边坡典型断面(K29+240 断面)设计图

3.2 临时禁挖区的提出

边坡若一次性开挖成形， 在加固防护措施尚未施作的工况下， 经计算边坡的临时稳定性安全系数为0.958，低于规范的要求，边坡无法保证施工期间的稳定性，所以在原设计文件中提出 “至上而下开挖， 开挖一级防护一级”的施工要求，即边坡从上至下分级开挖，上一级的防护加固措施未施工完成(如锚索未张拉锁定)，不允许对下一级的土石方进行开挖。 施工过程中，受地形限制，该段路基成为施工通道的必经之路，若依据原设计要求，边坡防护加固施工完成后才能开挖施工通道， 将严重影响施工开展，延误施工进度。

为解决以上矛盾， 在保证边坡施工临时稳定性的基础上，对边坡开挖方案进行细化，补充临时禁挖区的设计内容，为施工提供更为精细的开挖设计方案。

3.3 临时禁挖区的设计方案

分别计算在各级防护措施尚未施工前， 不同开挖阶段的临时稳定性是否满足规范要求， 即分别计算边坡开挖第一至四级时边坡的临时稳定性， 计算结果显示边坡第一、二级开挖完成后，临时稳定性安全系数小于1.05，无法满足稳定性要求，不允许一次性开挖到位，需设置临时禁挖区。

根据临时禁挖区的设计原则， 在保证临时稳定性满足规范要求的基础上，尽可能地减少禁挖区的方量，为施工提供便利的通道。在第三级锚索未张拉锁定情况下，第二级边坡开挖前，设置第二级临时禁挖区，禁挖区设计顶宽为10m，高度为16m，外侧坡面斜率为1∶1.25，经计算边坡临时稳定性安全系数为1.116，满足临时稳定性规范要求； 在第二级锚索未张拉锁定情况下， 第一级边坡开挖前，设置第一级临时禁挖区，禁挖区设计顶宽为8m，高度为8m，外侧坡面斜率为1∶1.25，经计算边坡临时稳定性安全系数为1.115，满足临时稳定性规范要求。

表1 各开挖阶段临时稳定性安全系数

图2 第一级开挖完成稳定性计算图

图3 第二级临时禁挖区设计图

图4 第二级临时禁挖区稳定性计算图

图5 第一级临时禁挖区设计图

图6 第一级临时禁挖区稳定性计算图

3.4 实施效果

该段边坡已根据设计方案完成施工， 且边坡在施工过程中，未出现表层滑塌或整体失稳等不利病害；同时施工工期较原设计开挖方案，提早了约3 个月，根据边坡稳定性监测数据，边坡处于稳定状态。

4 结论及建议

(1)在公路高边坡防护设计中，为了保证边坡施工期间稳定性，设计文件要求施工过程中“开挖一级、防护一级”，但实际施工中，为了挖通施工通道，加快施工进度，施工单位常一次性开挖到位后再进行防护施工， 导致施工过程中出现边坡失稳，对工程建设造成恶劣的影响。

(2)临时禁挖区的设计原则：确保边坡临时稳定性是基础；应针对不同开挖阶段设计临时禁挖区；设计临时禁挖区应结合地形情况，为施工提供必要通道；在保证临时稳定性前提下，应尽可能减少临时禁挖区的面积。

(3)高边坡防护设计应对各开挖阶段的临时稳定性进行计算，不满足规范要求的阶段应设计临时禁挖区。

(4)设计临时禁挖区应标注相关尺寸，描述各阶段临时禁挖区的开挖条件， 并验算不同阶段的边坡临时稳定性。

(5)临时禁挖区的应用，为施工单位提供了更具指导性开挖和施工方案，可避免因“乱开挖”引起边坡失稳，同时一定程度上提高了施工效率。