基于指标体系法的黄土路堑高边坡工程施工风险评估

孟志军，段金金，孙志杰

（1.山西离隰高速公路有限公司，山西 吕梁 033000；2.山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000；3.山西省交通科技研发有限公司黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西 太原 030032）

0 引言

受黄土地区沟壑纵横地形地貌条件限制，公路工程建设中不可避免地会遇到坡高较高、坡度较陡的高陡路堑边坡工程，黄土地区的路堑高边坡工程由于其超大的规模和特殊的土体特性，在施工过程中存在的风险隐患点较普通边坡多，对黄土路堑高边坡进行施工风险评估就显得尤为重要。

国内外学者将模糊数学[1]、灰色系统理论[2]和神经网络[3]等数学方法应用到边坡稳定性和风险评估及分析中，形成了一系列边坡风险评估方法，包括模糊综合评价法[4-5]、灰色关联分析[6]和人工神经网络评价预测法[7]等。但这些方法操作流程繁琐，需要有较高的数学基础，不便于向工程一线推广。2015年交通运输部制定了《高速公路路堑高边坡施工安全风险评估指南》[8]，指南中推荐采用指标体系法将边坡施工过程中内外部影响因素进行分类，根据每个边坡的具体情况，对各影响因素进行重要性排序，以此确定各因素权重，采用权重对各指标百分制分值进行校正，最后对评价总分值进行风险分级，操作简单、易于被广大技术人员所接受和使用。

该研究以山西省离（石）-隰（县）高速公路某黄土路堑高边坡工程为例，系统阐述了基于指标系统法的高边坡施工总体风险评估的技术流程，实现了边坡施工阶段风险等级的定性分级，根据各指标排序和权重厘清了施工风险源，最后提出了相应的风险防控对策，以达到对路堑高边坡施工过程的安全风险防控。可为类似黄土高边坡和类土质边坡风险评估提供技术参考。

1 路堑高边坡风险评估指标体系法

1.1 路堑高边坡评价指标体系建立

路堑高边坡施工风险评估的评价指标体系可分为5个大类：包括影响边坡施工安全的内部因素，如边坡的修建规模、边坡的地质条件；影响边坡施工安全的边坡所处的施工环境、边坡地质灾害的诱发因素、边坡勘察设计资料的完整性等。5个大类又分为11个小类，如表1所示。

表1 边坡风险评估指标体系

根据对边坡现场进行实地踏勘以及对勘察设计资料的分析，根据《指南》中各指标推荐的分值区间，得出各评价指标的基本分值Rij。

1.2 指标排序及权重系数确定

根据每处边坡的自身和环境影响因素，将各评价指标按重要性进行排序，采用权重系数表征各评价指标在施工安全风险中的重要性。权重系数反映了某一评价指标对边坡整体的风险影响程度。《指南》中权重系数γij计算公式如式（1）所示。

式中：γij为权重系数；n为评价指标个数；m为评价指标重要性顺序号，n≥m。

1.3 风险分级及评价

将1.1节各评价指标基本分值Rij和1.2节对应权重系数γij按式（2）加权求和得出边坡总体风险值F：

式中：i=1，2，3，4，5；j=1，2，3……n。n为对应第i类评估指标包括重要性指标的数量。

根据计算得出风险值，对照表2确定路堑高边坡施工风险等级。

表2 边坡风险等级分级标准

根据风险评价等级采取相应的边坡安全施工防控措施。其中Ⅲ级及以上风险等级边坡还需要进行专项风险评估。

2 应用案例

2.1 工程概况

评估边坡位于离隰高速K3+602.0—K3+848.0段左侧。该路堑高边坡全长246.0 m，最大坡高79.2 m，边坡综合坡度32°，按6 m高分13级开挖。边坡地层主要由马兰黄土和离石黄土及残积（Q2el）古土壤组成，属于土质边坡。

边坡所在地区年平均降水量大于500 mm。夏季降水量最多，占全年降水量的60%左右，自然灾害偶发。

路槽挖深范围内无地下水分布，路堑范围内地表水主要由大气降水补给，水文地质条件简单。

研究区段边坡如图1、图2所示。

图1 边坡施工现场

图2 边坡断面图（单位：m）

2.2 评价过程

a）修建规模 最大坡高79.2 m。边坡自然坡度27°，综合坡度32°，Δα=5°。

b）地层岩性 第四系上更新统风积马兰黄土和中更新统风积离石黄土及残积古土壤组成。

c）诱发因素 边坡所在地区多年平均降水量500 mm以上。自然灾害偶发。

d）施工环境 边坡坡面采用拱形骨架、植草防护。在坡顶开挖线以外0.5H范围内有地表建筑物。

e）资料完整性 勘察共完成地质钻孔2个。勘察设计图纸，一坡一图一说明图件很完整。

边坡各评价指标权重系数、基本分值及评估分值如表3所示。

表3 边坡风险评估指标体系

2.3 评价结果

根据式（2）计算得出边坡总体风险分值F=49.5，对照表2确定该路堑高边坡施工安全风险为Ⅲ级，属于高度风险等级。

3 风险防控对策

黄土路堑高边坡主要的风险发生在边坡开挖过程中，包括由于降雨或开挖而导致的坡面浅表层局部溜滑、防排水结构损毁、边坡整体失稳等。针对上述风险隐患，建议采用以下风险控制措施：

a）合理组织施工，尽量避开雨季进行开挖施工，一旦开挖尽快对坡面进行防护，防治坡面冲刷，必要时对坡面进行防雨遮盖。

b）根据地形地貌及水文条件，优化防排水设计方案，开挖前做好临时排水沟和坡顶截水沟，边坡以外水体做好截水和排水措施。

c）及时防护。应按照从上向下开挖一级防护一级的顺序施工。对长度较长边坡且土质情况较差边坡，可按照从边坡边缘向中部逐步推进、分段跳槽开挖施工，当开挖一级边坡存在安全风险时应分层开挖分层加固。

d）加强施工过程信息化监测。按设计要求对边坡进行施工全过程的形变监测。实时了解边坡变形状况，根据监测结果动态调整施工方案，发现变形异常及早采取加固措施，确保边坡施工安全。

4 结语

依托离隰高速黄土路堑高边坡工程，采用指标体系评价法对边坡施工过程风险进行评估，研究表明：

a）指标体系法建立的五大类11小类指标体系可很好地考虑边坡自身、所处环境及主观因素等对边坡施工风险的影响。

b）评价过程通过现场实地踏勘、查阅勘察设计资料可实现对边坡实体工程的定量化评估，操作简单易行，评估效率高。

c）在地质条件指标中地层岩性、坡体结构中描述偏岩质边坡，导致在该项中土质边坡赋分存在困难。后续在修订指南时可将指标进一步细化，分为土质边坡评价指标和岩质边坡评价指标。