边坡选路堑高边坡稳定性评价及优化设计

郭飞

摘要：开挖深路堑边坡是公路路基建设的重要方式，其主要作用是对道路纵坡等标高进行控制，由于这类施工往往需要在复杂多变的地形中进行，需要施工人员合理的选择安全防护措施和开挖方案。本文将首先介绍边坡选路堑高边坡优化设计和边坡普查内容，然后再与相应工程案例相结合对高边坡稳定性评价和优化设计问题进行深入分析。

关键词：边坡选路堑;高边坡;优化设计;稳定性评价

在工程建设过程中，能否有效控制路堑高边坡的变形和安全稳定性是决定能否顺利完成施工的重要因素，所以，必须保证路堑高边坡稳定性评价准确、科学。

1、边坡选路堑高边坡优化设计内容

公路施工大多都是分为不同标段进行开展，并且各个标段的施工都是由不同施工单位负责，再加上众多数量的高边坡以及各种各样的地质，会在很大程度上提升优化设计以及施工工作的难度。在优化边坡选路堑高边坡设计方面主要存在以下内容：（1）科研单位应该以重点边坡筛选、设计优化方案、高边坡普查等工作为主要目标，与施工现场实际条件紧密结合，对相应的研究工作进行开展。通过高边坡普查的方式来了解和评价全路段高边坡的稳定性，并与调查结果相结合，分别对拥有好稳定性和拥有较差稳定性的高边坡进行相应的优化设计[1]。（2）科研单位在施工资料详实和科学研究的基础上，提出合理建议对原设计方案进行优化。结合施工资料和科研单位的建议，需要业主进行合理选择，设计单位应该及时进行优化，监理以及施工单位应该及时监督和开展施工过程，保证高质量的开展施工，并在实际施工过程中有效應用研究成果。一旦施工过程中有重大设计变更出现，需要业主组织专家进行评审，然后结合评审意见对相应的设计进行优化，在施工过程中监理单位应该严格控制施工，保证施工人员按照优化设计方案开展施工。

另外，在施工过程中有效、快速的应用相关科研成果，能够为正常进行高边坡施工提供保障，同时为公路运营的安全提供保障。在优化高边坡支护前，应该严格开展高边坡普查的工作，完成相应资料的获取，结合稳定性评价结果和普查结果来优化支护设计。

2、边坡选路堑高边坡普查

高边坡普查是边坡选路堑高边坡支护优化设计前的基础性工作[3]。高边坡普查需要以充分分析前期勘察资料为基础，进一步研究高边坡附近的地质情况，并与研究结果相结合对开挖地段附近的岩体结构进行重点分析，结合实际的岩土结构和地质情况开展实验研究。在对边坡稳定性进行分类时应该采取定量研究与定性研究相结合的方法，从而为进一步优化设计方案提供方便，使优化方案能够更好的与自然条件相适应，为施工提供有效帮助。边坡普查的主要目的就是区分边坡的稳定性，从而为优化方案的设计提供方便，并对需要重点研究的边坡进行筛选。

3、工程案例分析

3.1 工程基本特征

这一边坡选路堑高边坡以薄层状砂岩与泥质粉砂岩为主要成分，拥有53°的坡角和地层倾角，属于顺层边坡，原工程采用10m至12m框架锚杆防护设计。但是在开挖边坡时破坏了诸多浅层顺层，最大的裂缝出现20cm错台以及50cm宽度。针对这种情况，科研单位及时判断岩体结构的性质，对高边坡优化设计进行合理指导。

3.2 稳定性评价

在有效研究变形机理与过程的前提下，对信息技术、力学理论进行合理利用，利用数值模拟的方式还原高边坡变形过程，结合模拟结果准确评价高边坡稳定性，在实际分析时可以采用DDA法、离散元法以及有限差分法等科学的方法。

（1）对离散元法进行利用，通过对岩石进行模拟来还原边坡变形过程，对变形范围进行明确。

（2）与施工现场实际情况相结合，完成地质模型的构建，以变形理论为基础完成变形模式探究。当边坡变形程度较小或未发生变形时，利用二维有限元法分析坡体内部应力和变形情况，对潜在滑动面进行明确。对于变形程度较大的边坡，应利用三维有限差分法模拟内部应力和变形情况，对滑动面进行明确。

（3）在评价边坡稳定性时，应该对强度理论进行合理利用，保证支护设计参数处于最佳状态，有效保障支护优化设计的科学性。

3.3 优化支护设计的方法

通过上述方法分析高边坡的实际情况，能够有效划分边坡变形破坏阶段，结合相应的演化过程和变形机制，实现支护设计的最优化。首先，应该结合相关规范进行初步静力学设计，利用模拟数值深入分析工程结构与地质间的相互作用，与二者间相互作用的特征相结合，设计和优化施工方案。其次，在优化设计方案时，应该坚持灾害控制和变形控制的思想，利用有效的支护方法控制边坡变形的范围，保证边坡只能够在合理范围内变形，并且需要准确验证其稳定性，为实际施工提供坚实的数据基础。在本次工程中，结合现场斜剪实验结果计算各项参数，在天然状态下=28.5°，c=62.5KPa;在饱和状态下=26°，c=50KPa;在自重、暴雨的情况下，拥有高达2575.342KN的推力值，所以边坡稳定性要求无法通过原设计方案得到满足，需要有针对性的开展优化设计。

通过上述分析可知，该滑面属于上陡下缓的状态，中部为加速的主体，会在在很大程度上制约边坡的稳定性。为此，可以采取以下方式对设计方案进行优化，即通过锚杆框架实现表面变形控制、通过预应力锚索实现潜在剪出口变形控制、通过框架梁实现坡面防护、通过锚索来处理夹层变形以及坡体排水等措施，使用有针对性的支护方案处理各种类型的破坏方式。以平面滑动变形来讲，应通过锚索的有效利用来控制主要滑动位置，若是滑面下方较陡，在控制时可使用锚索，若是画面下方较缓，在控制时可使用锚拉桩;当滑动呈近圆弧形时，可以对灌注浆的支护方式进行利用，从而改变岩体土体的力学特性，同时也可以利用锚杆对边坡变形度进行控制。

结束语：在实际边坡选路堑高边坡施工中，需要施工单位、设计单位、业主共同努力，有效应用相应的科研成果为实际施工提供有效指导。在优化高边坡设计方案时，应该结合具体的模型进行分析，结合高边坡稳定性评价和施工反馈信息，反复验证支护效果，对设计方案进行不断优化。另外，需要注意的是边坡选路堑高边坡稳定性评价和优化设计不仅仅是一个前期工程，还应该与整个动态施工过程相融合，才能真正实现设计方案的最优化。

参考文献：

[1] 李建宇， 耿文林， 潘家奇，等. 路堑高边坡稳定性分析与支护参数优化设计研究[J]. 中外公路， 2018， 38（5）：4.