路基高边坡稳定性与加固措施分析

樊明洁，杨建波

（北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015）

0 引言

随着我国经济建设的飞速发展，全国高速公路网也在迅速建成。高速公路路面较宽，线形指标要求高，在复杂山区展线时，不可避免产生高边坡，且由于山区地形地质复杂，很容易导致高边坡变形甚至产生滑坡，从而延误施工工期，增加投资成本。本文从山区高速公路设计、施工等方面，对如何提高高边坡的稳定性及高边坡加固进行分析。

高边坡的变形是施工及运营中最大的隐患，其破坏类型一般分为老滑坡体复活和新边坡病害。老滑坡体复活，是指路线通过老滑坡等不良地质地段，在其下部进行开挖，对老滑坡体进行了扰动，使滑坡复活；新边坡病害，是指自然斜坡本身处于欠稳定或极限平衡状态，路基边坡开挖后产生变形，有的在施工期发生，有的在一两年内发生。主要形式有崩塌、滑坡和倾倒等。

路线设计人员在选线时，要特别重视地质调查，贯彻“地质选线”的原则，对已经存在的古老滑坡和潜在滑坡要有充分的认识，尽量将线路避开这些地段布设。地质调查应包括以下内容：a）边坡所在山坡的地形特征；b）气象、水文和水文地质条件；c）线路在山坡上的位置、走向，欲开挖边坡的高度和形式；d）岩土体的风化程度、完整程度、分层厚度等。

1 高边坡的稳定性评价方法

高边坡的设计内容包括：

a）边坡稳定性分析；

b）选择横断面的边坡形式；

c）确定边坡坡率；

d）设计必要的边坡加固防护工程；

e）做好高边坡坡顶、坡面的排水设施；

f）妥善处理废方。

高边坡设计的关键是边坡稳定设计，因此高边坡设计必须进行多种方法相结合的边坡稳定性分析评价。

高边坡稳定性评价有多种方法，对于工程地质条件较简单的挖方段，可采用工程地质类比法，即从附近自然稳定的山坡中调查可以类比的坡率、坡高及坡形；对于土质挖方，可采用直线法或圆弧计算法验算其稳定性，最小稳定性系数不小于1.20。而对于岩石挖方，多采用定性的分析方法，辅以力学计算法。定性分析主要采用以工程地质类比法、赤平极射投影法等为主；力学计算法采用极限平衡法和有限元法。

工程中最常用的是力学计算法，用其评价边坡的稳定性，可以得出稳定系数的定量数据，算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条件和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的真实性有所降低。故应以工程地质分析对比法为基础辅以力学计算的方法，两者结合较为合理，前者为后者提供变形类型、范围和边界条件，后者则可得出稳定系数和作用力大小，为设计提供依据。

2 高边坡的稳定与加固

2.1 高边坡稳定措施

高边坡设计在应用多种方法进行稳定性评价后，还要做出包括开挖、支挡、加固费用在内的技术经济比较，从中确定最优化的设计方案。而高边坡的防治，主要有两个措施，放缓坡率和增加支挡工程。对于高度在40m以下的边坡，可以放缓坡率为主要措施，而大于40m的边坡，放缓边坡会增加废方、增加占地，破坏植被，故可以采取相对较陡的坡率，结合支挡、加固工程来减小边坡的开挖高度。

高边坡治理应遵循“固脚强腰”的理念。“固脚”，就是在高边坡治理中对高边坡的坡脚进行加固处理；“强腰”，即当高边坡病害点的边坡高度较高时，组成坡体的岩体岩性存在较大差异，但差异与时间变化不同步，反映在坡体变形上，即可能出现多级失稳破坏，因此高边坡病害治理要考虑中部加强，对坡体应力进行调整。

2.2 高边坡的加固防护

高边坡防治过程中最重要、形式最多样的且最容易出现问题的是边坡加固防护工程。

边坡防护工程主要有植物防护、圬工防护两大类。植物防护有喷播草籽、植草皮、三维网植草和厚层基材喷射植被护坡等。植物防护是我国高速公路建设工程传统的防护方式，适用于自身稳定的边坡，可用在高边坡最上一级及骨架、框架内绿化，发达的植物根系能够有效保护边坡和路基免受降水和地表径流的侵蚀作用，从而起到边坡加固保护的效果。厚层基材喷射植被护坡也可用于石质高边坡中间级。在实际应用中圬工防护运用很少，多采用骨架、框架防护，其是植物防护与圬工防护的有机结合，既能防冲刷又能起到一定的绿化作用。

在增加高边坡稳定性的工程中，最为经济、合理和有效的加固措施为预应力锚固。其原因是，可以通过对锚杆（索）施加预应力，对滑动体产生主动的阻滑力，限制滑动体的位移与滑动。对不稳定边坡施加预应力锚固后，明显减缓位移速率，抑制岩体或土体滑动，由于预应力锚索的作用，还使边坡各部位变形趋于平缓；边坡的开挖都是由上部向下部施工，上部开挖后立即实施锚固，对不稳定边坡施加锚固力后，可使结构面咬合紧密，从而提高其抗剪能力，同时由于预应力锚索对滑动面施加了法向应力，也使滑动面的阻滑力增加，进一步保证了边坡的稳定；预压应力改变了岩体的应力状态，由于节理裂隙被压合，岩体的弹性抗力增强，并且由于预应力锚索的交错布置，使不同层位的节理裂隙紧密联接，进一步提高了围岩的完整性，防止了卸荷裂隙的发展，增强了围岩的整体效应。

边坡锚固设计基本原则是：认真进行地质调查，查明各种结构面的产状、组合情况、力学性质、不稳定边坡范围和边界条件；充分考虑发挥岩体自身强度作用。当岩体本身强度无法保证岩体稳定时，岩体下滑力扣除岩体本身提供的阻滑力后，不足部分的阻滑力，由预应力锚索的锚固力提供。由预应力锚索和其它工程措施提供的抗滑力，再加上岩体强度自身所能提供的抗滑力之和，应满足抗滑稳定安全系数的要求，考虑足够的安全度。由于影响边坡稳定的因素较多，各项力学指标很难十分准确，加上不可预见的因素影响，为保证安全，在稳定设计中，一般应采用较大的安全系数作保证；按最优锚固角布置预应力锚索；做好边坡稳定监测设计，保证施工安全和运行稳妥可靠。

高边坡的开挖质量也是边坡加固防护工程成败的重要因素，不当开挖甚至会影响整个坡体的稳定，如雨季大开挖、大爆破施工、开挖后长期暴露，甚至一挖到底不加固或掏底开挖等，故高边坡的防治工程尽量在旱季施工，且采取措施防止地表降水或工程、生活用水渗入滑坡体内；必须严格按照逆作法施工，开挖一级防护一级，严禁边坡开挖后长时间雨淋日晒，使岩体风化松弛，工程地质性质恶化。逆作法无须增设支架工程或可减少支架工程，既可提高施工安全度，又可降低工程造价。同一区段的治理工程应在同一连续工期内连续施工及竣工，以防工程强度未达标准强度前或在零星施工中遭到破坏。石质挖方时对硬质岩石必须采用预裂爆破或光面爆破技术施工，对节理、裂隙发育软岩必须采用预裂爆破技术施工。施工时根据具体情况，选择合适的布孔方式、合理穿孔参数、适当的线装药密度、装药结构和正确的起爆次序。不当开挖将影响坡面稳定使设计防护方案难以实施。

2.3 高边坡监测

高边坡监测是边坡稳定的重要一环。边坡的变形数据的处理分析，是边坡监测数据管理系统中一个重要内容，用于对边坡未来的状况进行预报、预警，并对边坡的稳定现状进行科学的评价，预测可能出现的边坡破坏。边坡施工期监测主要采取地表位移监测，必要时采用深孔位移监测，以坡体变形数据来修正设计，指导施工，以确保施工安全，并且检验工程效果。运营期的监测有地表位移监测、地下位移监测和地下水位监测等，监测周期为坡体开挖至建成营运后不少于两年。

3 结语

高速公路为线性工程，对地形和地质体的依附、利用和改造格外强烈，特别是高速公路进入山区以后，高边坡的产生，易导致地质灾害。高边坡工程是一个实践性很强的学科领域，作为工程设计人员，必须越来越重视高边坡的科学、合理设计，做到理论与实际相结合，并不断开展高边坡的稳定性研究分析，做好路基高边坡设计与防治措施分析，采取相应的防治措施，解决复杂岩体高边坡工程存在的问题，以确保安全施工及运营，为国家节省投资及增加社会稳定性，满足人们的出行要求。

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