山区公路路基边坡稳定性分析及支护设计的实例＊

何少琼，张太乐，雷 凤，李 婷，陈 倩，陈晓康

（六盘水师范学院 矿业与土木工程学院，贵州 六盘水553004）

1 工程概况

本道路为城市市政道路，道路等级为城市主干道，双向六车道，道路全长约9.74 km，部分项目已开工建设，道路平面线形、标高调整余地不大，终点处已完成施工图设计。

本项目主要控制要点为高填挖路基边坡防护、纵向线形需兼顾土方平衡，桥涵等构造物除满足基本通航、排水功能外，需根据周边地块建设进度，兼顾考虑近期路基排水需求。

2 岩土参数

根据现场原位测试成果和室内土工及岩样试验成果，经统计分析，依据JTG D63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》，参照其他相关规范、标准确定物理、力学性质，并结合该地区工程建设经验，综合确定场地各岩土层的相关岩土工程设计参数，具体如表1所示。

3 稳定性分析

3.1 工程场地稳定性评价

通过对勘察报告的研究，经过地基回填、抽排地下水以后，在这段市政道路上基本不存在会对道路造成不利影响的地质因素，这段道路的稳定性相对是比较好的，对周围的拟建道路场地无不良地质影响，场地稳定性总体较好。

3.2 边坡稳定性计算

根据场地的地质条件和边坡的现状，这次的设计应该采用平面滑动法，计算边坡的稳定性系数KS：根据GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》，由θ=45+φ°/2，则θ=57.5。

在勘察报告中可以得到计算稳定性的相关参数。

强风化泥质粉砂岩：重度γ=20 kN/m3，粘聚力C=40 kPa，内摩擦角φ=25，V=156 m3，A=52 m2。

表1岩土层的岩土工程参数取值建议表

根据公式：

式（1）中：γ为岩土体重度；V为岩体的体积；θ为结构面的倾角；φ为结构面的内摩擦角；A为结构面的面积；C为结构面的粘聚力。

得到KS=（20×156×cos57.7°tan25°+52×40）/（20×156×sin57.5°）。最终得KS≈1.09。由于KS=1.09＜1.3，不满足《建筑边坡工程技术规范》表5.3.2规定，所以这个边坡具有不稳定性，有可能因为失稳导致滑坡、坍塌等不安全因素的发生，所以这个边坡需要进行人工设计防护。

4 边坡支护方案分析

在对边坡进行支护时，不仅要考虑到挡土墙自身的稳定，也要考虑设计的挡土墙是否会对周围的环境产生不利的影响[1]。在进行边坡支护设计时，要考虑到设计的合理性，要能够满足挡土墙稳定性的需求，对目前还没有发现的问题考虑周全，做好防范的准备。

边坡支护一般通用的方法如下。

4.1 重力式挡土墙支护

在土体压力的作用下靠墙体的自重来保持墙体的稳定的挡土墙被称为重力式挡土墙。这种类型的挡土墙一般用的材料是砖、块石或素混凝土等。重力式挡土墙相较于其他类型的挡土墙而言，它的墙体抗弯能力较差，而且，由土压力产生的导致墙体失稳的因素是由挡土墙自身的重力产生的抗倾覆力和摩擦力来让挡土墙保持稳定的。所以，重力式挡土墙比其他的挡土墙的横断面积要大，这样就能够让挡土墙保持稳定性和强度。仰斜、俯斜、垂直三种类型是重力式挡土墙的3种主要存在形式。

4.2 桩板式挡土墙支护

这种类型的挡土墙是由进行挡土的板和钢筋混凝土桩共同构成的，它是一种材质比较轻的支护方式，适合使用在侧面具有较大压力的路段。它作为挡土墙的优点是坚固、抗滑移的能力很强；缺点为消耗的材料比较多，容易造成浪费，在成本上来说不经济，在环境上来说不环保。

4.3 锚桩式挡土墙支护

这种支护方式是在深基坑的支护当中会经常用到的，它发挥了锚杆支护和抗滑桩支护的优点，它是结合了两者的优势，用以达到边坡支护的效果，它抗滑移的能力主要是靠桩锚固的能力和抗滑移的能力实现。桩锚支护在基坑的开挖支护当中用的是锚杆支护，它能够向挡土墙提供锚固的张力。

5 重力式挡土墙设计

5.1 重力式挡土墙的选取

经过勘察，这段路基的边坡的斜率比较小，不属于较陡的类型，所以在这次的设计当中会考虑选用重力式挡土墙。因为重力式挡土墙是靠自身的重量维持其墙体稳定的，所以，在设计中会将它的体积和重量设计得比较大[4]。由于这次的设计拟定的墙高是8 m，所以在修筑当中会用到比较多的材料，重力式挡土墙的高度刚好在这个挡土墙的墙高范围之内，而且当地的交通便利，材料的运输也比较方便，石材充足，所以在这次的设计当中，优先考虑使用重力式挡土墙。

5.2 墙身尺寸的拟定

从开挖的断层面来说，强风化的泥质粉砂岩的岩体是比较完整的，它的岩层产状中，倾角比较小，相对比较平缓，发生滑坡现象的概率较低，岩层的产状对它的稳定性影响不大，在开挖中，岩层自身能够保持一定的稳定性，所以，这次挡土墙的墙背要设计成垂直的，墙面设计成倾斜的[5]。

根据勘察报告的当地的地形地貌可知，能够维持墙体稳定性，使挡土墙不至于发生失稳现象的是垂直挡土墙，挡土墙设计的斜率为1∶0.4。通过现场勘查和查阅资料，将重力式挡土墙墙高设为8.0 m，依据JTD D30—2004《公路路基设计》规范标准：墙顶宽度方面，当墙身为混凝土浇筑时，不该小于0.4 m；当墙身为浆砌时，不该小于0.5 m。因此，这次设计将墙顶的宽度设为1.6 m，根据斜率的计算方法计算出地基基底宽度可以设为4.8 m。

5.3 重力式挡土墙的构造

5.3.1 埋置深度

经过对该项目进行现场勘察，并查阅各种资料得出，应该选用强风化泥质粉砂岩作为支撑该挡土墙的地层，必须保证该地基具有足够的稳定性，然后依据JTD D30—2004《公路路基设计》规范标准：该挡土墙的基础不应该做深埋处理，质地比较软的岩石一般的基础埋置的深度为1～2 m。按照这个项目的实际情况和对场地的设计要求，这个重力式挡土墙地基应该埋在地表以下1 m处[6]。

5.3.2 排水措施

在雨季，大量的雨水会沿坡面向下流动，然后慢慢地进入土层，导致土压力增加，挡土墙失稳，所以在挡土墙的设计当中，必须要考虑挡土墙的排水措施。如果挡土墙的墙背发生积水现象，会进一步增大水的压力，导致土体失稳，挡土墙倒塌，为了排出雨水，减轻挡土墙负重，一般会在挡土墙墙身布置一定数量的泄水孔，泄水孔的尺寸应该根据排水量的多少而定[7]。由于此次项目地貌单元处于中低山、丘陵地貌，沿线沟谷较多，排水条件较好，具有典型的山区河流特征，雨季水量较大，枯水季节干枯，则可采用直径120 mm的圆形孔，孔眼间距为3 m。在泄水孔的周围应使用各种卵石、碎石或者块石等材料覆盖，当作滤水层，防止泥砂淤塞。

5.3.3 混凝土的选择

成分：①石料。不应有过分破碎、风化或严重裂缝。②砂浆。水泥砂浆。

6 结论

挡土墙的设计综合分析了场地详细的工程地质概况，进行场地边坡建设，根据各项规范完成设计计算，得到的结论如下：①该项目在现场观察和勘察报告的基础上得到相应的支护设计方案，路段交通便利，石材充足，利于支护设计施工，施工方案有较强的适用性；②通过对边坡进行稳定性分析，采用平面滑动法计算得到稳定性系数，具体为1.09＜1.3，不满足要求，需要进行支护设计；③在稳定系数不满足要求的情况下，经过对比采取的是重力式挡土墙支护方式；④本次重力式挡土墙支护设计满足稳定性要求，在路基边坡不发生变形破坏的基础上，是比较经济合理的支护方案。