建筑与发展 Ｊｉｏｎ ＺｈｕＹｕ ＦＯ Ｚｈｏｎ 公路边坡稳定性设计研究 李金华 上海千年城市规划工程设计股份有限公司 【摘要】为确保公路边坡的稳定性，笔者以县体事例分析，通过对该路段的岩体研究和斜坡稳定性评价，论述边坡工程设计的严谨、合理。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆＨｉｇｈｗａｙ ｓｌｏｐ，ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｕｄｙ ｏｆｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｏｃｋｍａｓｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｌｉｔｙ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｌｏｐ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ 【关键词】高边坡稳定性锚喷支护 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｂｏｌｔ—ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ ｓｕｐｐｏｒｔ １ 工程岩体的物理力学性质分析 １．１结构面的力学性质 本工程实例中，公路线位通过丘陵地段，由于路堑开挖，将形 成人工高陡岩质边坡，最高坡高达３０ｍ以上。该区域地层岩性主要为 元古界片岩和片麻岩，具有岩体完整性较差、强度较低和易风化的特 点，对岩体边坡稳定性极为不利。如何通过深入细致的工程地质研 究，对边坡岩体稳定性进行预测，并进行安全经济最佳边坡设计，是 公路设计的重要任务。 本段各类岩体中节理面的抗剪强度略高于片理面，而各节理面的 抗剪强度较为接近，不仅如此，两者在发育密度和延伸长度上都是不 同的，因此，在进行边坡工程地质评价时，应将片（麻）理面与 节理面严格区别开来。 １．２岩体力学计算参数建议值 综合分析各项试验数据，并结合有关经验数据，提出各类岩体和 结构面的计算参数建议值，见表１所列。 表１ 岩体力学计算参数建议值 表２结构面强度参数建议值 根据调查，区内各种结构曲除少数片（麻）理血及极少数节理 嘶延伸较长，迹长町达数米至１Ｏｍ以外，其余结构 的延伸度都不大， 多小于１ ｍ，因此，在进行边坡整体稳定性讣算时，作为假设滑动血 的强度参数的选取，应根据实际的破坏机理而定，只仃在局部块体滑 移验算时，才 Ｉ』直接采用表・ｌｉ的数据进行计算。 ２斜坡稳定性评价 工程地质条件分析和岩十体物 力学参数的确定是斜坡稳定性评价 与斜坡防治地质工程的恭础，斜坡稳定件评价是斜坡防治地质工程的 关键，而斜坡治婵方案优选和设计是斜坡防治地质工程的核心，因 此，只彳丁这二者仃机地结合起来，做出合珲的评价和设计，才能使 地质观和工程观达到和谐统一。 ２．１最危险整体滑移体的确定 本段情况较为复杂，但存在３组优势结构面（节理面）。野外测 绘表明，处于极限平衡状态的采石坑，其后缘拉张裂隙带宽１９ｍ左右， 因此采用直线型滑移痂是不合适的。所以，本项日采取基于极限平衡 理论的费圣科法，采用结构面网络模拟结果和野外测绘资料来确定最 危险滑动面。 ２．２计算参数 由于本段假定滑动面由断续结构面组成，因此，在计算参数的选 取时，采取结构面参数和岩体参数加权平均。 ２．３稳定性计算 在工程地质条件分析的基础上，采用推力法对本段稳定性进行分 析，选择主要剖面用Ｓａｒｍａ法进行校核。 自然斜坡稳定性计算表明：稳定性系数３．８ ９，远大于１．３，边坡 整体处于稳定状态，但在采石坑位置，由于开挖放炮，形成临空面， 在其后缘形成深达０．２～２ｍ，影响范围达１ ８ｍ的裂缝区，治理工程中 应采取清除措施，消除后期安全隐患。不同放坡角的稳定性计算表 明： （１）随着边坡角度的增大，稳定性系数减小，且边坡角为５ ０～ ５ ５。之间时，稳定性系数发生突变，说明该处为稳定性的拐点，因 此，本着减少开挖方量，减少耕地占用量，节约投资的原则，边坡 坡度采用５ ５～６０。。 （２）地震力增大了边坡失稳的可能性，比较各剖面计算结果， 在引入地震力时，稳定性系数减小，且随着边坡角的增大，考虑地 震力的稳定性系数比不考虑地震力的稳定性系数下降９．２６％～９．６８％， 说明地震力具有一定的敏感性。 ２．４敏感性分析 影响边坡稳定忤的因素很多，主要包括岩体的密度、滑带抗剪强 度参数、地震力、地下水等。通过研究各因素对稳定性系数的影响 程度，可确定放坡后边坡的实际稳定安全度和治理方案的合理性。 （１）抗剪强度参数对边坡的稳定性影响较敏感，在强度参数ｅ、 ・｛Ｊ，内摩擦角比内聚力对稳定性反应敏感。当中＝２０。、ｃ＝２０ｋＰａ 时，稳定性系数随中的增长率是随ｃ的增长率的１．５３３倍：当中＝４０。、 ｃ：６０ｋＰａ时，稳定性系数随 的增长率是随ｃ的增长率的２．２１倍。增 长率差距随ｃ、中值的增大而增大。 （２）随着地震烈度增大，稳定性系数降低速率增大，说明地震 力是边坡设计的一个主要影响囚素。 （３）密度对稳定性的敏感较低，稳定性系数随容重的增大而降 低的趋势逐渐减小。 （４）地 水位情况对边坡稳定性的敏感度很高，地ｒ水埋深越 浅，渗透压力越大，边坡稳定性系数越低，反之，则边坡稳定性系 数越高。 ３最优坡角、坡率的确定 设计确定最优坡角从两方面进行： ①稳定性，即分别按推力法和ｓａｒｍａ法计算各边坡剖面的各种开 挖坡角的稳定性系数，在满足安伞系数≥１．３的条件Ｆ的最大坡角作 为稳定最优坡角： ②经济性，对边坡开挖而言，坡角越缓，边坡越稳定，支护量 越少，但开挖量却越多：反之，坡角越陡，支护量越多，但开挖量 建筑与发展 ’ １２‘ Ｊｉａｎ ＺｈｕＹｕ Ｆｏ Ｚｈａｎ 一线写真 ＹｉＸｉａｎＸｉｅ ７ｈｅｌｌ 越小。因而通过分析，可以确定在开挖与支护费用最低时的边坡开挖 角度为经济最优角度，即在满足安全系数≥１．３的条件下的最大坡 角。 本段最合理的边坡角为６０。，坡率为１：０．５ ７ ７，满足规范关于 的存在和因爆破应力波对边坡表层产生的破坏而导致的局部岩体失稳。 对于局部稳定性系数较低的地段，采用砂浆短锚杆，以锚为主，锚 喷网结合的支护方案，以增加锚喷网支护强度的方法提高稳定性。 （３）按类比经验，台阶法分层开挖利于边坡稳定，故采用低台 阶水平分层开挖法，即从上向下台阶开挖，台阶边坡光面爆破，严 格控制爆破对边坡的破坏与振动。 岩质路堑边坡坡率控制要求，同时也满足按类比法所确定的最经济坡 角的范围。但需要说明的是，此坡角为总体开挖坡角，为便于施工 测量，对具体某一坡面的坡角，可作少量调整。 （４）为防止地表水和地下水对边坡支护层产生侧压，影响支护 效果，采用坡顶设截水沟、冲沟发育位置设置急流槽、坡底设边沟、 坡面钻泄水孔的综合治水措施。 ３边坡工程设计 如何在保持岩体整体稳定的前提下，通过适当的边坡加固措施控 制局部岩体失稳，达到稳定和经济的最佳组合，是边坡工程设计的关 键。 结束语 在以往的岩石高边坡设计中，设计者往往根据勘察资料，单凭经 验确定设计方案，致使设计常常过于保守或安全性不足。本文对岩石 高边坡采用定性分析与定量计算相结合的设计方法进行了探讨，使工 程设计更具针对性。 ３．１边坡总体处理方案 （１）因本段岩体不存在整体滑移的可能，岩体呈层状特征，结 构面发育，为了减少开挖和加固工作量，按类比法分析，设计采用 分层开挖与光面爆破、锚喷（网）加固、综合治水措施三者一体的 设计、施工总方案。 参考文献： ［１］ＪＴＧＤ３ ０—２００４公路路基设计规范［ｓ］．北京：人民交通出 版社，２００４１ （２）根据确定的最优开挖坡角，多数边坡地段处于稳定状态， 稳定性系数大于１．３，所以锚喷支护设计的目的仅是加固因边坡结构面 旦 立 旦 旦 尹 ｔ呈 ｔ莹 旦 宴 旦 ｉ 旦 矗｝旦宴 璺 旦 旦呈 乒旦 旦 旦 产旦 ≥宴 （上接第１７页） 发现其检测得到的数据并不准确。 （５）管理人员没有安全、责任意识，对隧道火灾的危害性认识 不够，对社会各界的宣传力度不够，导致普通民众对公路隧道火灾的 危害缺乏足够的认识。与此同时，没有长期的、正式的公路隧道设 （６）在隧道建设初期，对机电设备选型方面应该多加比较考 虑，避免在隧道运营后设备实效或效果不好的情况出现。 （７）进一步完善隧道机电系统，使隧道管理科学化、现代化。 五、公路隧道机电系统发展趋势 公路隧道机电主要是为了进行控制，防患于未然，其关键是解决 控制网络模式与提高控制软件智能化水平。应用网络技术是控制发展 的必然趋势。能够适应未来发展需要的自动控制网络技术应具订开放 备的维修保养计划，或维修保养不合适，或者发现了很多缺陷但未处 弹等问题。 四、解决措施 鉴于我国目前公路隧道在硬件建设和管理方面普遍存在的缺陷， 我们建议在改善隧道机电系统运行管理状况方ｌ血应采取以下措施，防 止由于该系统的不町靠忡而引发的交通事故。 （１）管理单位应该对隧道进行科学管理，对公路隧道的设备技 性、互操作性、通信介质不受、操作系统结构全面、拓扑多样 化、通信协议具有町移植性等特点。 结束语 以卜所论述的公路隧道机电系统的问题与解决措施都是为了满足隧 道的基奉运行条件，改善隧道内交通环境，提高隧道的服务水平，降 低事收发生的可能性和破坏程度，达到保障隧道正常运营的日的。近 术状况应该心叶］有数，须尽快建立隧道设备故障数据库。只有大量收 集设备发生故障的数据并进行分析，才能发现其ｒ｝１存在的不町靠因 素，才能控制机电设备的技术状态，不符合安全要求的要杜绝运行。 在这一方面工作，两方国家进行 （２）管理人员要切实掌握本隧道设备的安全状况，平时做好榆 查维护和保养工作，特别对平时故障较多的设备要重点检查防范，应 年来，国内外发生的隧道火灾、交通事敝，其经验教训值得我们深 思。前事不忘，后事之师。我们只有不断的探索与研究，才能使我 国隧道运行管理走向科学化、现代化和提高安全性的必由之路。 能做到迅速判断设备故障原因，采取 ‘效的措施排除故障，保证隧道 的正常运营。 参考文献 ［１］蒋树屏我国公路隧道工 技术的现状及展望［Ａ］．－ｌ】 公 （３）要力『ｌ强对管理人员和司乘人员的消防常识培训和教育，凡 使用隧道的人邯应会报警，会扑救初期火灾，会组织逃牛自救。 （４）加强火灾抢险檄援队伍的建设，结合隧道实际情况，配备 路学会２Ｏ０１学术父流论文集［ｃ］．・Ｉ 国公路杂志社，２０Ｏ１． ［２］吴德兴等．浙江公路隧道建设技术的现状与发展［Ａ］． ｆ 旧 公路学会２ Ｏ０１学术交流论文集［Ｃ］． ｝，国公路杂忐社，２ Ｏ０１． ［３］翁小雄．高速公路机电系统．北京：人民交通出版社，２０ＯＯ． ［４］刘伟，袁 ．欧洲公路隧道营运安全技术及对我国公路隧道 相应的火火救援车辆和专用器材设备， 针对 地开展经常件的灭火 演练，提高队伍的火火抢险救援能力，做到 旦发牛火灾事故，能 及时 效地把火灾事故损失控制在最低程度，确保公路隧道安令畅 通。 建设的肩示．公路隧道，２ ００１． ［５］叶飞，苏臣宏．公路隧道营运安伞分析及对策．现代隧道技 术，２ ０ ０ ３，２． （５）加强公路隧道火灾的研究，尽快制定公路隧道防火设计规 范。结合我围国情，建立中国白已的火灾模型数据库，加快制定出 具仃我国特色的公路隧道设计防火规范。
