贵州沿德高速公路边坡动态设计施工的应用

贵州沿德高速公路边坡动态设计施工的应用

王原

中交第一公路工程局有限公司北京100024

摘要：本文主要针对山区高速公路高边坡在施工过程中采取动态设计的理念来确保其稳定性展开相关探讨。并以沿德高速公路典型高边坡——K57+200~K57+340段路基右侧边坡为例，对路基边坡采用动态设计及动态施工的理念应用情况进行简要介绍，探讨动态设计理念在高边坡施工过程中应用的优越性，总结高边坡施工经验，为高边坡施工提供宝贵的经验。

关键词：高边坡；稳定性；研究；动态设计

引言

贵州沿德高速公路高边坡稳定性严重影响着施工进度和、安全和效益，在前期设计优化、勘察设计阶段，特别对高边坡地区进行了详细勘察和研究，但因地质条件的差异性和稳定性，导致勘察设计阶段提供地质资料与实际情况存在出入及对不良地质的研究不够深入。一般情况下，对高边坡详细地质情况、不利结构面及不良地质在路堑开挖完成后才能较为明显的显露出来。因此在施工过程中应加强对已开挖路堑边坡地质条件与设计进行对比，本着对边坡防护动态设计的理念，对原设计给定的边坡防护形式进行修改完善，达到高边坡防护安全和经济，达到较为满意的施工效果。

采用合理边坡施工工艺是保障边坡稳定性的前提，路基边坡开挖后其地质情况完全展露出来，因此安装开挖后的地质条件确定边坡防护施工工艺，是最直接、最合理、最有效的“动态”设计手段。路基边坡防护工程数量大、造价高，有必要参考、总结相关工程的边坡防护及滑坡治理方案，取其精华、去其糟粕，沿德高速公路边坡施工本着安全、经济、环保等设计原则，采取动态设计、动态施工的方式确定高速公路边坡防护形式，实现以最小代价达到最优效果。

1动态设计方案

沿德高速公路的深挖方路堑边坡工程施工时，统一对边坡勘察、设计、现场施工及施工监测、后期情况汇总后进行整体分析，按照边坡动态设计的施工原则，进行动态施工。结合一公局近些年总结的边坡施工方案和本项目的特殊地质条件等情况，对本项目深挖路堑边坡工程具体施工方案详细讨论制定，方案如下：

（1）施工前，及时掌握边坡工程所处的地质条件和实际环境。我公司的勘察设计院对边坡对地质进行实地详细调查和勘测，特别对岩体结构特征，地势较高的边坡重点勘测，形成边坡稳定的主要结构面；

（2）定量分析，加强分析数据计算统计和平衡值对比分析，是对沿德高速边坡的稳定性的影响重要因素，形成有效的判断数据；

（3）定性分析，按照同类工程地质条件类比法，对边坡的稳定性进行初步判断，再用地质力学综合分析法，对边坡的稳定性进一步作出宏观定性的判断，得出边坡的整体稳定性报告；

（4）根据以上两项定量和定性分析，形成沿德高速边坡开挖和防护工程勘察设计数据；

（5）重点监控关键点，特别是边坡的地质条件较差、施工复杂的高边坡，确定为监测点，按照合理的监测方式方法，采用施工期间施工监测设计；

（6）在边坡工程开挖和防护工程施工时，总结施工技术方案，实时监测边坡地质信息，观测变形信息，收集整理分析工程地质情况等，动态调整边坡稳定性设计，确保方案不断优化提升；

（7）沿德边坡施工完成后，总结经验，查找问题，对监测资料整理归档，和公司技术质量部进一步研讨施工方案，深入研究，以获得和推广边坡施工经验。

2动态设计实例分析

本文以沿德高速公路项目边坡为典型实例，采用路基高边坡动态设计原则，对边坡施工工艺用动态设计和动态施工进行对比分析，优化提升边坡施工工艺。

2.1边坡概况

K57+200～K57+340段高边坡处于早谷田中桥与早谷田2号大桥之间，原设计防护形式：一级为窗式护面墙，二、三级为锚杆框架。前设计的地质条件和实际地质情况差别很大，前设计地质条件是第四系松散残坡积层粉质粘土、志留系下统龙马溪群、宝塔组、五峰组，强～中风化页岩、灰岩、砂质页岩。实际地质条件是岩石和碎土混合边坡，边坡上覆土体为耕土和碎石粘土，下伏岩体为中风化和强至中风化页岩。本段的边坡采用二、三级锚杆进行施工，2015年6月中旬受强降雨影响，边坡顶面出现19.89米长一条裂缝，裂缝长74.67m，呈连续状，水平位移0.20～22.30cm，垂直位移0.20～14.40cm，两天后垂直位移达到1.0～1.5m。原设计支护不能满足要求。

2.2边坡坍塌成因分析

2.2.1坡体稳定性差

坡体岩石主要是由于薄层状页岩过渡到灰岩段，经受到强烈的风化和裂隙节理发育而成，岩体破碎，第一至三级边坡基本处于强风化页岩层内，以上为强风化层及覆盖层，岩体结构属碎-层状结构，坡体结构为层状-破碎结构。根据现场核实测量的岩层走向及结构面分布情况分析，该段坡体为逆向坡，但表层覆盖层较厚，另外，结构面组合较差地质其稳定性降低，也从坡体结构上和裂缝走向印证了现有坡体垮塌破坏，属于表层覆盖层整体失稳。由于各结构面相互切割，把岩体切割呈块状，岩体整体性差。

2.2.2受强降雨影响

六月中旬连续不断的强降雨是边坡开裂的外在因素。在降雨过程中，雨水沿着节理、裂隙往下逐渐渗入，遭到雨水浸泡，使岩土体一直处于含水量较大的状态，岩体内的粘土、泥石等成分发生膨胀，使岩体软化，岩体的抗拉强度和抗剪强度明显降低，岩体的层面及节理裂隙面得到了润滑致使边坡发生开裂滑塌。

2.2.3一级边坡开挖后坡体失稳

裂缝出现前已完成二级、三级边坡开挖，且进行了锚杆防护，一级边坡开挖后原平衡岩体临界点受到破坏，造成失稳将坡顶岩体拉裂。

2.3边坡防护方案的确定

通过对垮塌区地质情况进行调查和对滑塌区的稳定性分析，经过现在勘察，提出了动态对该段边坡进行设计，从边坡裂缝后缘处进行刷坡，放缓坡率，将潜在滑动面上方破碎岩体进行卸载，防止因岩体自重作用下沿滑动面坍塌。边坡施工，按照边挖边防护的原则，对断面开挖和防护交替进行，保障施工安全，杜绝一次挖防。

该段边坡治理的体思路为：刷坡减载，加强防护。边坡刷缓为五级边坡，四级平台，（刷方后缘刷至现裂缝后缘）坡率依次为1：1、1：1、1：1、1：0.75（1：1）、1：0.75（1：1）。现场每一级边坡开挖过程中注重搜集其地质资料，进行取样检测，进一步确定其详细参数，同时按照现场的实际地质条件逐级计算分析，论证其防护形式，并根据其具体防护形式实施过程中进行动态调整（如初步给定锚索长度，根据实际钻孔情况动态调整锚索长度）对边坡进行安全有效防护。

沿德高速公路边坡施工按照边坡动态设计工艺对边坡进行动态施工，最终该边坡各级防护形式分别为：第1级边坡采用锚杆框架防护工程，锚杆长度9米；第2-5级边坡采用预应力锚索框架梁进行防护，锚索斜向下的倾角为25度，预应力锚索长度20-31米，预应力锚固段长度8米-10米。同时，在边坡堑顶外侧5米以外设置一道截水沟，两端直接排入自然冲沟；各级平台设置平台截水沟和对应急流槽，采用M7.5浆砌片石，沟顶、底及两侧部均应采用M10水泥砂浆抹面。并设置相应观测点，做好高边坡施工和运营过程中的监测工程。根据现场实际地质资料，对边坡稳定性进行计算分析，加固后边坡稳定性系数1.26，满足规范要求。采用动态设计理念，对边坡进行了科学安全的防护。

2.4高边坡施工过程动态设计优越性探讨

通过以上边坡施工经验可以总结出，该段边坡前期施工中仅按照原设计方案对边坡进行防护，未根据实际地质条件进行边坡动态设计调整，使边坡在施工过程中就开裂，失去稳定性，影响美观、影响边坡工程进度，造价也高，损失了经济效益。所以，在高边坡施工过程中应该认真选取施工工艺，切勿盲目采取防护措施，应针对实际地质情况进行工程地质类比分析、地质力学综合评价，综合实际地质条件进行计算分析，对边坡稳定性进行定量评价，采取合适防护措施，进而提高高边坡防护的安全性，创造更多的经济价值，提升环保美观。

2.5高边坡施工过程中相关经验

（1）高边坡施工过程采用边挖边支护，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底。

（2）由于边坡开挖高度很高，为保障边坡施工过程中的稳定性，在坡顶及各级边坡平台布设多个沉降监测点和水平位移监测点，加强施工监测。

（3）由于地质条件变化复杂，且随着环境条件变化难以预测，具体施工中应做到信息化施工，动态控制。

不同地质条件下的高边坡施工，对其施工安全、经济效益起着至关重要的作用，采用合理的施工工艺，适宜的管理手段，是价值创造、提质增效、保障安全的重中之重。通过沿德高速公路边坡采用动态设计、动态施工、因地制宜的原则，监测现场施工信息和收集最新地质条件信息，传递给设计方，实时动态调整完善设计计算模型，为后续边坡施工做准备，达到最佳施工方案。边坡动态设计在经济、安全、进度、质量等方面都有明显优势，有利于近几年公司大面积山区高速公路边坡施工中提升整体效益，保障人身安全的有利保障。

参考文献：

[1]段海澎.山区高等级公路高边坡稳定性及动态设计的地质工程研究[D].成都理工大学，2007

[2]王浩.高速公路岩质高边坡稳定性研究[D].湖南大学，2007

[3]刘恩平.浅析高速公路边坡的动态设计和应用[J].中铁十一局集团第二工程有限公司

[4]邓志斌.古滑坡地段滑坡治理措施.中南公路工程，2002，27（3）：2-3.

作者简介：

王原，男，1984，04，04。大学本科，工程师，身份证号码：222403198404044158