关于高速公路动态设计在高速公路路堑高边坡工程中运用

【摘 要】 以六景至钦州港高速公路№12合同段高边坡防护设计形式，简要介绍了动态设计路堑高边坡工程的应用。
【关键词】 路堑 高边坡 动态设计
1 概述
规范一般认为，岩质边坡高度大于30m，土质边坡高度大于20m即为高边坡。由于地质条件的隐蔽性、复杂性以及勘探测试条件的局限性，致使地质勘探和测试资料不可能全面揭示边坡的本来面貌，加上施工过程中的不确定因素过多，使得这类问题的力学分析难度比较大，也很难与实际情况相符。而随着边坡施工的进行，地质状况逐渐明晰，甚至会出现新的未预料的地质情况。因此按照一般的设计模式：地质勘察—力学分析—设计—施工这样的思路来进行高边坡的设计是不完善的。它实

摘自：本科生毕业论文www.udooo.com

际上是一种静态的设计过程，并不能很好地适应工程中出现的各种情况，有时会大大增加投资，甚至会发生安全事故，造成人员伤亡和极坏的社会影响。而这正是目前很多设计人员在边坡设计时所采用的方法，其缺陷是明显的。路堑边坡的稳定性，与设计是否合理，所采用的施工方法有着密切的关系。设计是否合理，与所采用的工程措施能否与工程地质条件相适应有关。另一方面，在施工中运用各种手段收集有关地质及施工工艺等相关资料，对保证边坡的稳定十分重要。针对六景至钦州港高速公路№12合同段路堑高边坡工程的动态设计过程，探讨高边坡工程的一种动态设计模式。

2 工程地质概况

根据广西区地质构造纲要图，工程位于广西南部，总体地形为北高南低，线路走廊带内地形变化不大，剥蚀残丘、垄岗地形，形态多呈馒头状，地表沟谷平缓，横剖面呈“U”型。线路区部钦州海湾一带为滨海平原地貌，海拔标高多在1.5～5.7米，局部低于海平面，地形较为平坦；地貌以剥蚀堆积残丘、垄岗为主，地面标高一般为8～60米，最大高程约56米，地形波状起伏，冲沟多呈北西向发育，局部路段切割较为强烈，最大切割深度30米； 线路范围内岩组有砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩、页岩及砾岩、石英砂岩等组成，边坡坡体地层由强风化层组成，稳定性较差，边坡开挖后易产生小范围滑塌。

3 动态设计信息

由于工程地质条件的复杂性及多变性，所采用的边坡防护工程措施不能也不可能与实际情况完全相符，这就需要在路堑边坡开挖过程中，不断收集边坡的地质资料，并将施工情况及时反馈到设计，不断修改完善设计，以使设计更好地适应工程的地质条件。

3.1 周边类似工程的设计资料和自然稳定山体的边坡资料

由于同一地区的地质形成具有一定的相似性，特别是自然稳定山体的坡度具有重要的参考价值，它是具有相似地质的山体边坡稳定计算的实践检验，这对设计之初确定边坡坡度和力学分析具有重要的参考作用。此外，类似的已完工工程已经接受了实践的检验，也是初步设计必要的参考条件。

3.2 开挖施工中揭示的地质资料

在每级边坡的开挖过程中，首先从暴露部分的岩面获取相关资料，它主要包括：岩性、产状、节理和风化程度。有时还需要钻孔岩心取样，获取坡体深层岩体的物理力学性质，进而加深对整个坡体所处地质条件的力学认识，有助于补充完善设计。

3.3 施工中的监测资料

在开挖坡体的整个过程中，进行实时监测是必要的。监测的内容主要有坡体位移、坡面位移、裂缝的产生、发展和趋向，坡体内的岩体压力和坡面支挡加固结构物下的岩体压力。这些监测资料对于检验设计质量、进一步完善设计及后续施工都有重要作用。

4 动态设计的流程

高边坡是将地质体的一部分改造成为人工工程，其安全稳定性同地质条件和人为改造（即设计与施工）的程度密切相关，而地质条件的复杂多变，施工程序和方法受外界因素影响大，甚至地质资料不足，盲目性设计，因此高边坡设计是一种超前的、具有一定风险性的预测设计。这就同人们所要求的安全稳定之间不可避免地产生矛盾，为解决矛盾就需要把施工过程中不断发现的新情况及时传递给设计，不断修改、完善甚至重新设计，才使对立的问题统一起来，即动态设计。
在各级边坡的施工中，将所有汇总资料及时地同最近作为设计依据的地质勘探调查资料相比较，判断是否有较大的误差；同时，及时整理分析监测资料，以此作为判断合理性的重要依据。经过比较或监测结果表明设计具有不合理性时，均应优化修改设计，于是在下一级的边坡施工中就可以采用优化设计后的结果；若本级边坡施工中的情况比较理想，则按预定设计进入下一级边坡的施工，直到各级边坡施工完成。

5 工程应用

作者对六景至钦州港高速公路№12合同段工程的高边坡进行了动态设计。在设计之初，经地质调查、周边类似工程的对比和经验分析，确定了两种方案：大开挖放坡和锚杆（索）支护。根据地质钻孔资料建立了力学模型，其安全稳定性均满足要求。考虑到经济性和业主方面的要求，大胆地采用了边坡分4级开挖放坡，从下到上分为1～4级，三、四级边坡坡比为1：0.75，高度15m；一、二级边坡坡比为1：0.5，二级边坡高度15m，一级边坡高度10m。均采用浆砌片石窗孔式护面墙的方案。但在三、四级边坡的开挖中发现边坡大部分为较密实的土质边坡，和原先按软质泥岩计算的地质情况不符，致使开挖过程中多处发生坍塌，施工受阻。说明设计时地质和现有地质不相吻合，同时对边坡周边的自然山体进行类比发现，有些与本工程坡度基本相同的自然山坡也发生了小规模的坡体崩塌。于是针对地质状况对设计进行了第一次修正，满足安全稳定性和不受用地限制的情况下，在经济性分析比较后，发现三、四级边坡采用放坡设计优于锚杆支护设计的经济性和可操作性，决定坡度改为1：1，仍采用放坡和浆砌片石窗孔式护面墙的施工方案。在进行第二级边坡的开挖时发现坡面大部分为中等风化的泥岩等软质岩石，有两条斜向的破碎带通过坡体至第一级边坡。这是地质资料中所没有勘察到的新问 题。同时发现山体顶部出项了两条横向的裂缝，开挖的边坡相续发生了小规模的崩塌掉块塌方，数量从几方到几十方不等，于是二级边坡暂停施工，加强观测。期间除因暴雨冲刷未及防护使边坡发生小规模的倾倒崩塌外，二、边坡的位移未有大幅度的改变。经边坡地质方面的专家到现场进行勘察，一致认为坡体应尽早维护，防止小规模的崩塌诱发大规模的塌方。裂缝属于前期的干缩和强烈卸荷引起的边坡体受拉开裂，裂缝扩展到一定程度应该能够保持稳定，但必须予以封闭，防止水沿此通道渗入坡体，引发事故。
施工进行到此时，天气较为恶劣，广西地区发生了百年一遇连绵不断的强降雨，加之边坡很陡，浆砌片石窗孔式护面墙已很难满足安全的要求，在二、三、四级边坡施工开挖揭示的地质资料基础上汇总各方资料并和周边相似工程的边坡进行了类比，对建立的力学模型进行了适当的修改，以此模型为基础，进行了一、二级边坡的设计优化，决定首先对边坡喷一层3cm厚的水泥砂浆，防止雨水渗入和暴雨对坡体的冲刷引发塌方，采用Φ28预应力锚杆地梁对坡体进行加固，梁间挂网喷浆。二级边坡的锚杆长12m，锚固段长8m，孔径为Φ13cm，预应力为150KN；一级边坡的锚杆长8m，锚固段长6m，孔径为Φ13cm，预应力为120KN。经比较，其经济可行性较好，优于放坡及锚索等设计方案。
在第一级边坡的开挖施工中，所揭示的地质状况与预测相符，为进一步完善模型补充了重要的资料。在一、二级边坡的施工中正值雨季，且为广西区百年一遇的情况，本工程经历了此次考验，边坡完好无位移、变形，裂缝稳定无大幅度扩展，至今一年有余，说明一、二级边坡的支护措施起到了显著的作用。到此高边坡的动态设计全部完成。但监测还应进行，及时反馈给设计进行分析，确保边坡在以后运行中的稳定性。