山区高速公路的边坡勘察设计常见问题研究

尹文锋，蔡鹏

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430010）

1 引言

随着我国基础交通设施建设的持续推进，山区高速公路工程得到了快速发展，同时，也带动了经济的快速发展和区域交流范围的扩大。如果技术人员在勘察设计中对边坡破坏理论、边坡破坏形式以及边坡存在的问题没有足够的了解，则不能针对边坡的失稳破坏提出相应的解决方案和技术指导，最终造成设计失误、项目建设滞后、工程造价提高，严重时还会发生安全事故，导致人员伤亡[1]。针对此现象，我国相关学者进行了一系列的分析研究。如严广义等[2]结合工程经验提出了山区公路工程勘察期间会存在的地质问题，并针对不良地质路段的边坡勘察重点进行了归纳总结；袁从华等[3]以某山区高速公路为研究对象，通过现场调查和理论计算，分析了边坡岩土体强度随降雨量的增加而弱化的规律，并提出抗滑桩加固边坡的处置措施，以降低边坡发生破坏的可能性。因此，研究山区高速公路的边坡勘察设计常见问题及解决措施具有十分重要而现实的工程意义。

2 山区公路边坡破坏形态及失稳机理

2.1 公路边坡失稳类型

山区公路边坡失稳类型主要包括整体破坏和局部破坏两大类。整体破坏包括边坡整体崩塌、坍塌等，会阻碍甚至中断交通；局部破坏包括边坡坡面侵蚀、剥落、溜坍等，对高速公路的正常通车影响较小，具体分类如图1 所示。

图1 山区公路边坡破坏类型

2.2 公路边坡破坏机理

由于山岭地区存在地形地貌变化大、地质条件复杂、区域气候差异明显等特点，使山区高速公路边坡失稳破坏的原因较为复杂。公路边坡被破坏的现象是由各种综合原因导致的，并非一个因素决定的，本文通过对边坡破坏案例进行梳理，总结了以下3 个方面的因素。

2.2.1 地质因素

山区高速公路的主要特点有：地形复杂、地质变化多样、边坡较高坡度较陡、岩土体参数（包括容重、黏聚力、内摩擦角等）不一致。地质条件对边坡稳定性的影响包括：地层中存在断层、节理、片理等结构面，且结构面的走向、角度会对边坡稳定性造成一定的影响。

2.2.2 水的因素

依据以往数据可知，山区雨水较为充沛，降雨量大，在雨季更容易发生公路滑坡，所以，在研究公路边坡问题时，必须考虑水的因素。水会通过路面结构层渗到路基内，使边坡土体的力学性能发生改变，使土体的抗剪强度降低，减小边坡土体的抗滑力，并且使边坡土体的天然重度增大，水压力升高，最终导致边坡的下滑力增加。

2.2.3 人为因素

人为因素贯穿公路工程的全生命周期，在设计初期，边坡参数、基本地质情况、排水等数据都需要勘察精准，在勘察过程中也要着重注意钻孔布置和勘察方法，根据勘察数据进行合理设计。此外，还需要考虑公路的载重量、车流量等，在设计过程中，要结合实际情况争取实现最大价值。

3 山区公路边坡地质勘察设计常见问题

3.1 工程案例

某山区高速公路全长44.5 km（含2 处互通立交），路线（右线）起讫桩号为K3+140～K47+640，路基宽度为26 m，道路采用双向四车道，设计速度为100 km/h。道路全线横坡设置为2%，全线最大纵坡为6.7%。路面材料为沥青混凝土。工程所处区域地质较为稳定，无单层及活动断层。边坡坡度较陡，高度较高。坡体主要为岩质边坡，裂隙较发育。项目所在地的特殊土为软土、可溶性岩石。其中，软土地基承载力不满足路基填筑要求，需要进行处理，且溶洞发育情况不明。

3.2 边坡勘察可能存在的问题

目前，山区高速公路在开展工程勘察作业时，主要采用的方式还是传统的人工槽探、坑探、钻探，以点带面地进行地层划分。这样的方式有很多弊端，不仅影响勘察效率，而且成本比较高。如果山区内存在一些特殊的地质情况，会造成勘测结果精准度不高，可能造成误判，在设计和施工、运营过程中造成重大安全隐患。

3.3 边坡设计可能存在的问题

进行该项目的边坡设计时，需要对沿线情况进行深度研究。本项目可能存在高填方路堤和深挖方路堑，设计前，如果没有对边坡性质以及土质情况等进行深入分析与研究，可能会导致边坡出现失稳破坏。

山区高速公路的边坡设计一般包括高度、坡度、加固措施和排水系统等。在设计中，容易出现以下问题。

3.3.1 坡高不合理

路堤的填土高度和路堑的挖土深度会对项目的造价产生影响，同时，还会影响结构的稳定性。坡高较低，地下水较为丰富的地段，当雨季来临时，会使路基土的含水量快速增加，形成水损害，造成结构失稳，影响行车安全。

3.3.2 坡度不合理

道路边坡的坡率有时会受到道路红线的控制，因此，坡率较陡，此时会增加边坡失稳的可能性，导致自然灾害的发生。当边坡坡率较缓时，会占用较大面积的耕地、林地等，增加项目的造价。

3.3.3 防护加固措施选择不当

在选择防护加固措施的过程中，要因地制宜，结合山区的实际情况，考虑综合的地形特点、水文特点、当地环境、当地人文等情况，设计更符合实际的方案，充分发挥方案的作用。

4 提高山区公路边坡勘察设计水平的措施

4.1 对特殊路段加强勘察

由于地层结构较为复杂，不同地质条件下可能存在岩溶、软土等地层，且发育形态不同，因此，给地质勘察增加了难度。传统的勘察技术已经不能满足人们对技术信息的需求，因此，人们开始使用地球物理勘探和遥感技术对特殊地层进行勘察。地质雷达的工作原理是利用超高频脉冲电磁波传递广谱电磁，当发射的高频电磁波在地层中的介电常数存在较大差异时，电磁波开始反射，然后被天线接收，最后通过传播速度和行程对溶洞位置和范围进行计算。该方法的工作原理如图2所示。遥感技术工作原理是通过电磁波来探测目标。该方法的优点是可以更好地反映地质构造的空间特征，同时，成像视域广阔、信息量大。

图2 地质雷达工作原理图

4.2 优化设计边坡坡率和高度

对边坡坡高和坡率进行计算时，应考虑生态理念、行车舒适性以及安全性等因素。边坡的坡高及坡率对结构稳定性起到了决定性作用。通过从业多年的设计经验，对依托项目的边坡高度进行取值，每级边坡高度为10 m，平台宽度为2 m，在满足安全系数的前提下，对边坡坡率进行取值。通过规范可知，填方边坡可选坡率为1∶1、1∶1.5、1∶1.75、1∶2。路堑开挖时应采用台阶式，可选坡率为1∶0.75、1∶1、1∶1.5。当边坡高度较高，应进行卸载时，需在坡体中部开挖6～8 m 宽的平台，从而使滑动面上的土体重量减少，减少坡脚处的应力集中，边坡横断面设计图如3 所示。

图3 山区高速典型断面边坡防护措施

4.3 加强边坡防护设计

对公路边坡进行防护设计时，主要原则为“减载、固脚、强腰”，并对其进行稳定性计算，对安全系数进行分析。当安全系数不相同时，对边坡采取的防护措施也不相同。

1）当安全系数＞1.2 时，表明边坡较为稳定，对于此类边坡进行防护设计时，应保证坡率不变，加强坡面的防护和排水。

2）当安全系数范围为1～1.2 时，表明边坡稳定性较差，需进行必要的防护。在进行设计时，应先对坡率进行放缓，同时进行卸载，以提高安全系数。当卸载受限时，应对边坡进行支挡和削方。

3）当安全系数＜1 时，说明该边坡的稳定性很差，应对其进行支挡加固。如边坡采用锚索框架梁进行加固，同时，利用方格骨架进行防护，最终保证边坡的稳定系数大于规定值。

5 结语

本文对山区高速公路边坡破坏类型、失稳机理、勘察设计存在的问题及解决方案展开了深入研究，主要得到以下4 方面的结论：

1）山区公路边坡失稳破坏主要分为整体破坏和局部破坏。边坡失稳破坏并不是单一影响因素造成的，而是多种因素共同影响的结果。

2）目前，山区公路边坡勘察存在勘察效率低、勘察成本高、无法查明地下是否存在软弱岩土体等问题，可采用地球物理勘探和遥感技术等新兴勘察技术来加强特殊路段勘察工作。

3）山区公路边坡设计问题一般体现在边坡高度、边坡坡度、边坡加固措施、边坡排水系统设计等方面。

4）边坡的坡高及坡率确定时应对力学计算、生态理念、行车舒适性及安全性等因素综合考虑，同时，边坡加固设计应当遵循“减载、固脚、强腰”的原则。