岩质公路边坡防治设计及合理性评价

摘 要：为有效保障公路边坡的安全运营，该文以某岩质公路边坡为实例背景，先开展其防治措施设计，再通过层次分析法、专家法等构建边坡防治的合理性评价模型，以分析防治措施准确性。分析结果表明，在边坡基础地质条件下，边坡防治措施设计为坡面处理+格构锚杆，即先按照设计要求对边坡进行开挖，并在完成坡面处理后，再进行格构锚杆施工，以实现坡面防治，并且采取防治措施进行计算和分析，验证了各类措施是合理有效的；同时，通过边坡防治措施的合理性评价，得到边坡的合理性得分为85.62，对应等级为Ⅳ级，说明边坡防治设计很好，能充分满足防治要求，为类似工程施工积累了一定经验。

关键词：公路边坡；防治设计；层次分析法；合理性评价

中图分类号：U 213" " 文献标志码：A

在公路交通建设的快速发展过程中，受地形地貌条件限制，会形成较大规模的边坡，且为保证其安全运营，开展其防治设计研究是十分必要的[1-2]。在以往研究过程中，郑清松等[3]分析了复杂条件下的边坡支护技术；彭韦等[4]研究了生态防护技术在公路边坡中的应用效果；黄锋等[5]评价了公路边坡的支护稳定性。上述研究为公路边坡防护提供了一定的指导思路，但均未系统性综合开展公路边坡防治设计及合理性评价，因此，仍可进一步扩展研究范围。

综合上述，该文以某岩质公路边坡为实例背景，先开展其防治措施设计，再通过层次分析法、专家法等构建边坡防治的合理性评价模型，以分析防治措施的准确性，旨在为类似项目积累经验。

1 工程概况

1.1 基本信息

边坡是由公路修建形成的，此公路为高速公路边坡，隶属广西东部山岭重丘区，设计速度为120km/h，停车视距为130m，曲线最小半径为1000m，最大纵坡极限值为6%。

经公路修建，形成边坡形态大致为“舌状”（如图1所示），纵向长度约80m，横向宽度约200m，前、后缘高差近28m，属人工高边坡。

根据勘察成果，边坡区具丘陵地貌，地形波动起伏较大，且区内地层相对较为单一，其中，地表主要是厚度为0.5m～1.0m的耕土层，岩性主要为粉质黏土，可塑～硬塑，局部含有角砾，含量一般少于10%，磨圆度相对较差，多为次棱角状；下覆基岩主要为砂岩，强风化～中风化，浅部节理裂隙较发育，岩芯多为柱状，局部为块状，完整性整体较好。

1.2 稳定性评价

结合前述边坡稳定性定性评价及定量评价结果，得出边坡整体均处于稳定状态，但受风化暴露影响，地表岩体风化程度较高，如果不及时采取防治措施，就会存在局部失稳风险。因此，建议加快边坡防治方案的落实，以确保安全。

1.3 边坡变化趋势及危害性预测

目前，受坡体岩性影响，如果不及时采取防治措施，在未来持续暴雨作用下，存在局部失稳可能，甚至岩体继续风化后，可形成贯穿裂隙，造成大面积失稳。

如果该段边坡失稳，主要威胁前侧道路，威胁长度约200m，一旦发生失稳，易造成严重后果，因此，必须对该边坡进行防治处理，以保障后续运营安全。

由于该边坡的威胁对象是运营公路，危害性相对较大，因此采取防治治理措施是十分必要和较紧迫的。

2 边坡防治设计

2.1 防治措施设计

在此边坡基础地质条件下，将边坡防治措施设计为坡面处理+格构锚杆，即先按照设计要求对边坡进行开挖，并在完成坡面处理后，再进行格构锚杆施工，以实现坡面防治，如图2所示。

结合工程实际，此边坡的坡面处理主要采用分级放坡处理。1）共计设计4级放坡，其中，一级边坡位于最低端，坡率设计为1∶0.25，垂直高度10m；二级边坡坡率设计为1∶1，垂直高度10m；三级边坡坡率设计为1∶1，垂直高度10m；四级边坡坡率设计为1∶1，垂直高度10m。2）格构锚杆。在坡面整理后，在整理完善的地表上做格构锚杆，其中，格构尺寸设计为2.5m×3.0m，其锚杆长度设计为13m，中部为1根直径26mm的钢筋，等级设计为HRB335级；格构梁设计为40cm×40cm，配置4根直径22mm的钢筋，其等级也为HRB335级，且其箍筋间距设计为30cm，所用钢筋直径为14mm。

在上述防治设计基础上，再将必要防治建议介绍如下：由于刚进入雨季，降雨会进一步侵蚀坡体表面岩层，因此，开展该段边坡防治处理的必要性显著，且十分紧迫，建议尽快开展防治方案的制定及实施。根据现场调查可知，在边坡各级马道临时设置的截排水沟中存在一定量的泥土淤积，一定程度上影响其排水，建议进行疏导，保证截排水顺畅。由于坡体基岩的抗风化能力较差，遇水易软化，建议采取必要措施，保证坡体基岩的完整性，避免形成贯穿裂隙。

2.2 防治措施计算分析

按照此边坡防治思路，对坡面处理、格构锚杆的设计合理性进行计算分析。

2.2.1 坡面处理计算分析

当采取坡面处理后，再进一步利用圆弧法开展边坡稳定性计算，坡面整理主要是为了保证边坡稳定，其稳定系数Ks由边坡所具的抵抗弯矩Mp与边坡所具的下滑弯矩Ma的比值。

通过滑面搜索计算，最终得到边坡最不利情况下的稳定系数Ks值为34.15，明显大于规范规定的1.3，因此，判断此边坡在进行坡面处理后的稳定性是满足规范要求的。

2.2.2 格构锚杆计算分析

根据格构设计尺寸，通过经典法算出单孔所需锚固力为711.62kN，因此，再对其设计进行合理性评价；一般来说，锚杆锚固力Pt如公式（1）所示。

Pt=F×（cos（α+β）+sin（α+β）tanφ）-1 （1）

式中：F为单孔所需锚固力的计算值；a为锚杆入射角度；β为锚固角；φ为锚固体与地层的摩擦角。

根据公式（1）计算，按照设计参数，计算得到单根锚杆的锚固力设计值为954.04kN，大于711.62kN，因此，满足计算要求。

3 边坡防治的合理性评价

3.1 合理性评价体系构建

结合工程实际，提出利用P×C法开展边坡防治措施的合理性评价，其评价过程主要包括构建模型层次结构、评价指标的权值计算、评价指标的隶属度计算及合理性等级划分。

3.1.1 构建模型层次结构

结合文献[6]研究成果，将边坡防治的合理性评价模型划分为3层，其一为目标层，主要为边坡防治设计的合理性评价；其二为一级评价指标，即安全因素A1、工程进度因素A2及经济因素A3；其三为二级评价指标，具体细分如下。1）安全因素A1。此一级指标再进一步划分为3个二级指标，主要包括安全系数B1、位移因素B2及竖向应力B3。2）工程进度因素A2。此一级指标再进一步划分为4个二级指标，主要包括弃土外运B4、机械准备B5、材料准备B6及施工速度B7。3）经济因素A3。此一级指标再进一步划分为2个二级指标，主要包括人工费用B8及机械费用B9。

综上，边坡防治设计的合理性评价模型如图3所示。

3.1.2 评价指标的权值计算

根据以往研究[7]，提出利用1-9标度法计算各评价指标的权值。通过比较各评价指标的相对重要性来构建判断矩阵，并进一步计算一致性指标CR，CR为判别指标CI与标度指标RI的比值。

当CR值小于0.1时，说明判断矩阵满足要求，反之进行调整；在判断矩阵满足要求前提下，判断矩阵对应最大特征向量的归一化值即为相应的权值。

3.1.3 评价指标的隶属度计算

由于专家长期接触工程实际，因此通过专家法计算各评价指标的隶属度，此处要求专家是边坡设计、施工行业的老专家，并具有高级职称；当统计得到若干专家的隶属度结果，将其均值作为最终的评价指标隶属度。

3.1.4 合理性等级划分

结合工程试验，边坡防治设计的合理性等级划分为4级，各级标准如下。1）Ⅰ级。评分范围为0～60分，相应合理性得分为55分，此时说明边坡防治设计极不合理，不能满足防治要求。2）Ⅱ级。评分范围为60～70分，相应合理性得分为70分，此时说明边坡防治设计一般，勉强能满足防治要求。3）Ⅲ级。评分范围为70～85分，相应合理性得分为85分，此时说明边坡防治设计较好，基本能满足防治要求。4）Ⅳ级。评分范围为85～100分，相应合理性得分为95分，此时说明边坡防治设计很好，能充分满足防治要求。

3.2 合理性评价结果分析

首先，以B1～B3指标进行权值示例性分析，且通过分析，得到B1～B3指标的判断矩阵，如公式（2）所示。

（2）

通过计算，得到此矩阵的CR值为0.036，满足小于0.1的要求，通过了一致性检验，再计算得到B1～B3指标的权值依次为0.512、0.342及0.146。

首先，类比上述过程，对其他评价指标进行权值求解，结果见表1。

其次，收集24个专家的隶属度评价结果，并对其进行均值计算，结果见表2。各评价指标在一级等级的隶属度范围为0.104～0.185，平均值为0.130；在二级等级的隶属度范围为0.139～0.284，平均值为0.216；在三级等级的隶属度范围为0.195～0.302，平均值为0.271；在四级等级的隶属度范围为0.333～0.454，平均值为0.383。

最后，基于表1和表2中的计算结果，开展各类评价指标的合理性得分。

3.2.1 二级指标的合理性得分

通过计算，得到9个二级评价指标的合理性得分结果见表3。二级指标的合理性得分为68.19～90.21，且按照合理性等级划分标准，合理性等级为Ⅳ级的二级指标有3个，所占比例为33.33%；合理性等级为Ⅲ级的二级指标有5个，所占比例为55.56%；合理性等级为Ⅱ级的二级指标有1个，所占比例为11.11%。

3.2.2 一级指标的合理性得分

计算A1指标的合理性得分为86.23，合理性等级为Ⅳ级；A2指标的合理性得分为87.49，合理性等级为Ⅳ级；A3指标的合理性得分为81.05，合理性等级为Ⅲ级。

3.2.3 边坡总体合理性得分

通过9个二级指标的权值及隶属度计算得到3个一级指标的隶属度，如公式（3）所示。

（3）

据表1可知，3个一级指标的权值向量如公式（4）所示。

K1=[0.396 0.403 0.228] （4）

通过一级指标的隶属度向量和权值向量可计算得到其得分矩阵，如公式（5）所示。

U1=K1R1=[0.109 0.120 0.202 0.569] （5）

再进一步结合得分矩阵E=[55708595]T，进一步计算得到此边坡防治设计的合理性得分F=U1E=85.62。

据3.1节标准，判断此边坡的合理性等级为Ⅳ级，说明边坡防治设计很好，能充分满足防治要求，充分验证了第2节边坡防治措施的合理性。

4 结语

通过岩质公路边坡防治设计及合理性评价，结论主要如下。1）在边坡基础地质条件下，边坡防治措施设计为坡面处理+格构锚杆，即先按照设计要求对边坡进行开挖，并在完成坡面处理后，再进行格构锚杆施工，以实现坡面防治。同时，通过防治措施计算分析，验证了各类措施是合理有效的。2）通过边坡防治措施的合理性评价，得到边坡的合理性等级为Ⅳ级，说明边坡防治设计很好，能充分满足防治要求。

参考文献

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[4]彭韦，王芮文，欧定福.溧高高速公路岩质边坡三联生态防护技术研究[J].黑龙江交通科技，2023，46（2）：17-19.

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