路堑高边坡的支护设计及稳定性分析

黄永顺

福建亿达工程勘察设计研究院有限公司 福建 三明 365000

0 引言

路堑高边坡一般是指土质挖方边坡高度大于20m 或者岩石挖方边坡高度大于30 m 的路堑边坡［1］。山区公路工程大多存在路堑高边坡，为使公路路基更为稳定，在开展此类工程边坡设计时需充分调查基础资料，采用合理的边坡坡率和边坡支护形式，确保路基稳定，同时依照不同的环境保护要求与自然条件，进而将其打造成生态边坡工程。

1 工程概况

表1 各岩土层参数取值表

某国道改扩建一期工程A 标段，起止里程桩号为K0+000(坐标X=2932695.4162,Y=480438.4680)，终点里程桩号为K6+200(坐标X=2936146.3811,Y=475611.5667),全长6.2km。本标段采用双向四车道（路基宽度21m）一级公路、设计速度60km/h 的标准建设。

K0+920～K1+050段左侧为土质路堑高边坡，上覆粉质粘土，厚度约5.5～8m；其下为全风化片岩，厚度约6～9m；砂砾状强风化花岗岩，厚度约10～13m；下伏碎块状强风化花岗岩。地表水不甚发育，地下水主要以裂隙潜水为主，水文地质条件较好，具体参数值详见表1。

2 开展路堑边坡支护设计的准备工作

首先，在进行支护设计前，相关勘察设计人员需仔细踏勘了解现场，对其地下水位、土层种类、地形、地貌进行细致分析。若地下水位与其开挖范围内的土层特征不符，则其降水措施与支护设计也会有较大不同。

其次，对于边坡附近的古墓文物、管线及各类的地下设施等都需调查清楚，特别是其周遭的通讯光缆线路、电缆与排水管网等设施，对其在地下的深埋情况、结构形式、数量、走向及具体位置等都需进行实地调查研究，若要采取某些保护措施应与相关部门协商而定。此外，在对该边坡工程调查与分析的过程中，设计人员仍需掌握各种资源的使用与供应情况，如排水设备、运输机械及支护应用材料等，并适时了解施工期间的气候状况与周遭环境的地质情形，使该工程的设计更加完善和合理，保障工程的顺利开展［2］。

3 路堑高边坡坡率设计

路堑边坡的形式主要有折线式和台阶式，坡率视具体地质情况可采用1:0.3～1:1.5。设计人员应根据具体路段边坡的土体特性、地形、地貌、边坡开挖高度及是否存在不利滑动面等因素［3］，采用不同的坡率方案进行比选。科学合理的边坡坡率，有利于运营安全及节约工程造价等。

路堑高边坡边坡形式一般采用上缓下陡的台阶式。实例工程结合地质情况采取两种刷坡方案进行稳定性分析和比选论证，如图1（a）和1（b）所示。

图1 （a）

图1 （b）

图1（a）方案：坡脚处设置挡土墙，第一级设边坡坡率为1:0.50，第二级边坡坡率为1:0.75，第三、四级边坡坡率为1:1.00，第五边坡坡率为1:1.25，每级边坡高度为8m，平台宽2m，边坡最大高度达39.7m。

图1（b）方案：根据地质情况自然放坡，第一级边坡坡率为1:0.75，第二、三、四级边坡坡率为1:1.00，第五、六级边坡坡率为1:1.25，每级边坡高度为8m，平台宽2m，边坡最大高度达45.8m。

采用简化Bishop 法计算边坡的稳定性，计算结果为，图1（a）方案边坡稳定系数K=1.14，图1（b）方案边坡稳定系数K=1.16，两个方案边坡稳定系数相差不大。图1（a）方案占地面积较小（节约用地），土石方数量较少，坡面支护面积小，经济合理，故实例工程采用图1（a）方案的断面形式。

4 路堑高边坡支护设计

图2 支护形式

4.1 边坡支护设计

由于山区地形、地质较为复杂，地质勘察资料不能完全反映实际情况，本着动态设计动态施工的原则对该段边坡进行加固。为了避免其稳定性受到破坏，主要采用锚杆格子梁框架进行坡体加固，使其与岩层形成整体，共同受力；设置挡土墙增加抗滑力，进而提高边坡的安全性及稳定性。具体支护形式（如图2 所示）如下：第一级边坡采用挡土墙支护；第二、三、四级边坡采用锚杆格子梁框架支护，格子梁之间进行植草绿化；第五级边坡采用三维网植草支护。施工时应严格按照“开挖一级，支护一级”的原则执行，同时应注意观察边坡稳定情况，若出现异常现象应及时通知设计单位，做及时变更处理，以确保边坡稳定和结构安全。

（1）挡土墙：挡土墙总高度为9.4m，顶宽为2m，面坡为1：0.25，背坡为1:0.10；墙身采用C20 片石砼钢模板支模浇筑，利于路容景观，泄水孔间距按2m×2m 梅花形布置。

（2）格子梁：截面尺寸为40cm×30cm，水平间距400cm，竖向间距460cm，现浇钢筋混凝土等级为C30，在格子梁交叉处设置锚杆。

（3）锚杆：采用HRB400 热轧钢筋，直径为28mm，长度分别为8m、12m、15m，与水平面的夹角为20°。

4.2 边坡截排水系统设计

为降低雨水给边坡带来的侵蚀影响，该边坡采用了截水沟、平台排水沟、急流槽、消力池、路基边沟等完善的截排水系统将坡面及坡面后缘山体汇水引排至涵洞，通过涵洞排入自然河沟，使其快速顺利的排至路基外侧。

（1）在坡顶开挖线以外大于5 米处设置0.6m×0.6m 梯形截水沟，截流坡面后缘的山体汇水的汇水。

（2）在2m 平台处设置0.4m×0.4m 矩形排水沟，截流上一级坡面汇水及坡体排水，通过急流槽排至路基边沟。

（3）在坡脚设置设置0.6m×0.6m 矩形路基边坡，汇集急流槽及挡土墙墙背排水，引流至涵洞。

4.3 边坡绿化设计

由于原边坡植被已破坏，基于绿色公路的设计理念，采用三维网植草对边坡进行绿化设计。三维网植草具有保持水土流失的功能，同时也能有效防护裸露的坡面，还可以保证与周围自然环境相协调，形成赏心悦目的景观。

4.4 稳定性计算与分析

为了使支护设计方案更为科学合理与经济适用，确保边坡的稳固与安全，采用极限平衡法［4］(理正边坡综合治理分析软件)进行稳定性分析，计算结果如图3，圆弧形滑面的边坡稳定性系数计算公式如1-1 式、1-2 式和1-3 式。

图3 正常工况稳定性计算结果(安全系数为1.223)

根据相关基础资料，该边坡工程地质条件较为简单，破坏后危险程度较轻。计算结果表明，正常工况下，总下滑力为1281.6kN，总抗滑力为1567.6kN，路堑边坡稳定系数（1.223）大于《公路路基设计规范》规定的路堑边坡稳定安全系数（1.2）；饱和工况下，路堑边坡稳定系数（1.11）大于《公路路基设计规范》规定的路堑边坡稳定安全系数（1.1）；均能满足《公路路基设计规范》规定的一级公路路堑边坡稳定安全系数的要求，表明该支护设计方案可行。

5 总结

该路堑高边坡工程于2018 年9 月竣工，通过对其施工及运营期间的监测，该边坡基本稳定，支护结构变形值满足规范和设计要求，表明该支护设计方案是合理的。

综上所述，在当前公路工程的建设中，路堑高边坡支护设计具有非常重要的意义和价值。在实际工程中应采用科学合理的边坡断面形式，确保高边坡的稳固，为增强边坡支护的稳定性，需对其进行专业性分析，找到影响其平稳度的因素后，再运用科学手段优化边坡防护设计，既能做到了经济合理，又能确保路堑高边坡的整体稳定。