公路高边坡稳定性评价及支护优化设计

公路高边坡稳定性评价及支护优化设计

刘海生

河源市鸿图公路勘察设计有限公司 广东 河源 517000

摘要：随着我国交通运输行业的不断发展，交通运输对于公路质量要求在不断提高，公路必须保证良好的通畅性和安全性，从而提高交通运输效率。在公路工程建设过程中，边坡是影响施工建设的一项主要因素，尤其是公路的高边坡，其稳定性能够直接影响施工建设安全和公路质量，所以必须对其稳定性进行科学的评价，并采用完善的支护体系，确保高边坡支护效果。因此，本文将对公路高边坡稳定性评价及支护优化设计方面进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高公路工程建设质量。

关键词：公路工程；高边坡；稳定性评价；支护设计；优化措施

前言：通常情况下，高边坡是指高度超过30m的岩质边坡以及高度超过20m的土质边坡。因为我国国土面积辽阔，许多公路整体线路较长，穿越的地质单元较多，所以边坡数量较多，且边坡所处的地质环境复杂，在复杂地质条件的影响下，潜在的失稳边坡数量较多，如果边坡在施工过程中出现失稳问题，则会严重影响施工建设质量和安全性。为此，需要准确对公路高边坡的稳定性进行评价，并根据评价结构采用相应的支护策略。

1、公路高边坡优化设计分析

因为部分处于山区的公路工程路线较长，需要将其划分为多个不同标段，但是因为施工单位为了提高施工效率，一般会采用同时施工的作业模式，此时高边坡管理难度会有很大提升，经常会出现设计与施工脱节的问题，从而导致对于高边坡的处理效果较差^[1]。为此，本文结合公路工程实践经验，对高边坡优化模式进行设计，其主要思路如下图所示。

图1：高边坡优化模式设计思路

首先，科研部门需要根据公路工程现场的实际情况，按照普查、提出建议以及重点高边坡筛选的基本流程，通过前期普查资料，对高边坡的稳定性进行评价，针对稳定性较好的高边坡提出相应的建议，并筛查出稳定性较差的高边坡，对其进行重点研究，之后对稳定性较差的高边坡地层结构、岩石性质等进行全面分析，从而得到更加科学的方案。其次，科研部门根据公路施工现场提供的资料，提出相应的建议和优化措施，业主单位根据资料进行决策，并通过设计部门对其方案进行优化，施工部门开展具体施工，监理部门负责施工个监督与管理，确保科研成果能够快速应用在实际工程建设中。针对变更较大的高边坡设计方案，需要经过专家组织进行评审，同时需要制定高边坡失稳应急预备方案，从而能够全面提高高边坡施工安全性，提高公路工程整体施工效率^[2]。

2、高边坡稳定性评价分析

2.1评价模式构建

高边坡岩土具有地质体所包含的地质过程特征，高边坡稳定性评价的核心是明确边坡变形破坏的过程和机制，同时通过地质力学的基本原理对其进行处理，所以高边坡稳定性评价从本质上来看属于变形稳定性评价。变形稳定性的分析需要利用高边坡变形破坏现象的机制，需要通过数学、力学以及计算机技术等方式，应用数值模拟方法对高边坡的变形过程进行模型演示和过程演示，从而根据模拟结果对其稳定性进行分析。现阶段，高边坡稳定性评价主要采用有限元分析方法、有限差分析方法、离散元分析方法以及非连续变形分析方法等。变形稳定性评价需要模拟高边坡的应力环境、变化特点、高边坡可能会出现的破坏形式以及可能存在的滑面位置等^[3]。综合多项高边坡稳定性评价方法优劣，本文将变形理论稳定性评价方法与强度理论稳定性评价方法相结合，提出一种以过程模拟和控制为基础的高边坡稳定性评价方法，其基本应用流程为：（1）通过对高边坡变形稳定性的分析，判断高边坡可能会出现的变形破坏形式以及变形发展历程。（2）按照变形破坏机制和施工、监测所反馈的信息，对当前高边坡的稳定性情况进行评价，并判断可能存在的滑动面位置。（3）通过强度稳定分析方法计算高边坡支护需要的结构参数，并对高边坡支护体系进行优化。（4）按照变形理论高边坡稳定性评价方法，结合施工信息和监测信息，对支护结构与高边坡的相互作用进行分析，最后对支护体系的实际效果进行验证，按照验证结构对其进行深度优化，从而确定最终的高边坡支护方案。

综合来看，本文所设计的高边坡支护方案是一个动态化评价过程，需要贯穿于公路工程施工全部过程，使得高边坡稳定性评价能够充分体现出地质形成及演化的过程，从而能够全面提高高边坡稳定性评价科学性。

2.2评价方法具体应用

按照上文设计的高边坡稳定性评价方法，对普查中的重点高边坡进行评价，并对施工过程进行跟踪，从而收集岩体结构、高边坡变形破坏的全面资料，同时利用高边坡监测信息和施工信息，对高边坡内部结构特征进行分析，构建能够反映出高边坡结构的空间三维模型，以三维模型为基础对其稳定性进行评价。

本文以梅州市丰顺县八乡山山区公路作为研究对象，该公路的高边坡破坏模式主要可以分为结构面控制型高边坡、最大剪应力面控制型边坡两种不同类型，其中结构面控制型边坡包括块体失稳型边坡和软弱结构面边坡。在对岩体结构资料准确把握的基础上，建立该公路高边坡的地质三维模型，结构面控制型高边坡采用三维离散元方法判断控制边坡整体稳定性的关键块体、规模以及变形运动特点，之后通过块体理论对其整体稳定性进行评价，从而能够确定该高边坡的支护体系参数；最大剪应力面控制高边坡通过有限差分析方法对其开挖过程中的阶段和应变力特征进行模拟，之后根据模拟结果对高边坡变形进行预测，最后结合施工和监测收集的信息对其可能存在的滑动面位置进行判断，从而能够得到准确的高边坡稳定性评价结果。土质边坡、散体结构以及破裂结构高边坡的稳定性通常情况下受到最大剪应力面的控制，所以针对这类型高边坡一般采用三维有限元分析方法，对施工过程中不同高边坡不同阶段的应力和变形情况进行分析，从而能够判断出其可能存在的滑动面位置，以此为基础得到的评价结果较为科学，能够为支护结构体系优化提供有力支持

^[4]。

3、高边坡支护体系优化设计分析

3.1整体设计方案分析

按照高边坡变形破坏的过程模拟基本情况，通过对高边坡开挖过程中的变形模拟，按照地址情况对其变形破坏机制进行分析，从而能够确定科学的高边坡支护体系方案，同时按照相应的标准对其静力学进行设计，采用数值模拟方式，对地质体和支护结构的关系进行表述，通过其相互作用对支护体系方案进行优化。在高边坡支护优化设计中，以地质模型作为基础，将变形控制作为基本指导思想，利用相应的支护方式将高边坡的变形程度控制在规定范围内，并对支护效果进行验证。下表为不同破坏形式中高边坡采用的不同支护体系。

表1：不同破坏形式高边坡的支护体系

3.2工程实例分析

在梅州市丰顺县八乡山山区公路建设中，省道S239线丰顺县天狮碑至高基段改建工程段高边坡中主要包含软弱夹层的薄层状砂岩、泥质粉砂岩，其地层倾斜角度为53度，在高边坡开挖过程中出现许多浅表层破坏问题。为了明确该高边坡的变形破坏机制，采用三维有限差模拟方法对其进行分析，根据分析结构设计如下支护方案：消除高边坡内部排水不利因素→预应力锚索对中上部软弱夹层变形进行控制→预应力锚索抗滑桩对出口变形进行控制→框架梁坡面防护设计→通过锚杆框架对浅表部分变形进行控制。该支护方案起到良好的控制效果，将本工程中高边坡的变形控制在规定范围内。

结束语：

综上所述，本文结合具体工程案例，对高边坡稳定性的评级方法进行分析，同时提出支护体系方案，希望能够对公路工程起到一定的借鉴和帮助作用，提高公路工程建设质量。

参考文献：

[1]彭选德. 浅谈公路高边坡稳定性评价及支护动态优化设计[J]. 四川水泥, 2019, 000(005):80-80.

[2]李波, 曾亮亮, 任东伟,等. 某路堑高边坡稳定性评价及优化设计[J]. 水利与建筑工程学报, 2020, 89(01):118-124.

[3]李鹏. 市政道路边坡支护工程方案优化探讨[J]. 消费导刊, 2020, 000(002):71.

[4]汪益敏, 王兆阳, 李奇,等. 粉砂岩路堑高边坡施工监测与动态设计[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2019, 50(2):1-1.