高速公路边坡的动态设计和应用

1.动态设计原理与方法

　　对于边坡工程来说，设计往往具有超前性，而施工则直接体现了现实性。这样，二者之间不可避免地要产生矛盾，为解决矛盾就需要把施工中不断获得的新信息经处理后传递给设计，以此不断修改完善设计，直至最终解决矛盾。

　　对于重大的深挖方路堑边坡工程，在勘察和设计阶段对其认识是有限的。而随着施工开挖的逐步进行，真实的工程地质条件逐步摆在面前。在施工完成后，对勘察、设计、施工及监测获得的经验数据进行总结归纳，则可为相似工程提供可借鉴的经验，提高施工前的认识水平。因此，在深挖方路堑边坡工程设计施工过程中，应将勘察、设计、施工及施工监测、施工后分析作为一个整体，进行动态设计施工。针对近年来公路建设中出现的问题，结合公路工程特点，对于公路深挖路堑边坡工程。

　　（1）进行详细的施工前地质调查和勘察，力求正确把握边坡工程地质条件。重视岩体结构特性的研究，在勘察中要查明边坡岩体结构特征，分析控制边坡稳定的主要结构面；

　　（2）运用工程地质类比分析、地质力学综合分析等方法对边坡的稳定性做出定性的判断，尤其是要判明边坡的整体稳定性问题；

　　（3）运用数值计算分析、极限平衡分析等对边坡的稳定性做出定量的判断；

　　（4）根据稳定性分析评判的结果，进行开挖和防护工程设计；

　　（5）针对边坡地质结构、薄弱环节和防护措施特点，进行施工期间施工监测设计，确定重点监测部位、监测方法、手段等；

　　（6）开展边坡工程开挖和防护工程施工，进行施工监测，获取开挖揭示的工程地质信息、变形信息、施工技术信息、防护结构应力信息等，并对获取的信息进行及时整理分析，据此以修改设计；

　　（7）施工完毕后，对监测资料进行综合整理分析，对施工后的稳定性作进一步的判定，对边坡的变形破坏特征进行深入研究，分析不足，总结经验，为其他工程提供可借鉴的经验。

　　2.赣大高速公路某段高边坡地质概况

　　地面植被较茂密，表层有厚度约3

土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅适用于各种公路、铁路、机场的路基增强路面增强。适用于大型停车场和码头货场等永久性承载的地基增强。适用铁路、公路的边坡防护。适用的涵洞增强。适用于单向拉伸土工格栅增强后的土坡的二次增强，进一步增强土坡，防止水土流失。矿山、坑道加固。

m的坡残积粘性土，基岩主要为古生代变质岩—石英云母片岩。岩体受构造影响强烈，构造节理发育，有的节理面可见擦痕和硅化面，岩块上可见强烈的小褶皱和节理切割错断迹象，岩体风化带和风化节理很发育，全风化带厚5～lOm左右，下部为中等风化带。边坡岩体被结构面切割成碎石状和块状。岩体主要节理有5组，节理产状：120“乙45”～600；330“乙650；195”乙35“～580； 2400乙650；1700乙630.片理产状：800～95”乙29 0 } 45 0.线路走向1120，边坡倾向2020.由边坡与岩体结构面的关系可知，不利于边坡稳定的结构面主要有三组，即：2400乙650； 1700L630； 1950L350 }580.路堑挖方深度内无地下水，但降雨时，由于岩体节理发育，开挖裸露后，成为雨水人渗的路径，降雨期会出现临时性裂隙含水现象，因而影响边坡岩体的稳定。

　　3.施工过程中的动态设计

　　（1）该路堑高边坡地段的最初施工设计方案为15m高挡墙，上接1～3级（15～20m）的高护墙，护墙坡率为1:0.5，1:0.75和1:1（2）经现场设计复查，为减少大量的高边坡护墙施工的难度和护墙浆砌片石污工量，将挡墙顶以上的护墙改为挂网喷浆轻型防护。

　　（3）该路堑高边坡地段按以上修改的设计开挖。至2006年9月，路堑上部开挖基本达到设计形态，岩体的构造节理和风化带基本裸露，同时也出现了局部边坡岩体开裂或坍滑。根据实际开挖和岩体变形情况，经过进一步的地质工作，全面查明了岩体风化情况和结构面组合特征，发现岩体很破碎，风化强烈，且存在三组不利结构面，导致由其组合产生的楔体状坍滑。

　　依据开挖后的实际地质条件，岩体边坡的设计参数相应修改后，对设计和施工方案同时作调整。考虑到边坡高、工期紧、施工难度大，进行了四个设计方案的详细比较。四个设计方案分别为：1）拉杆锚桩方案，适于在边坡下部支挡，可替代原设计的底部挡墙，但对高度达60m的边坡，仍需放缓边坡刷坡或采用预应力锚索等加固，施工困难；2）放缓边坡方案，则边坡高度将超过100m，土石方数量增加较大，坡面防护面积也大大增加；3）预应力锚索支护方案，锚索工程量大，但便于施工；4）部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案，基本不增加边坡高度，通过锚固和挡护工程加固边坡，并维持原设计的挡墙和边坡坡率，对有条件刷坡且增加高度不大的地段，采取边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的措施。经综合比较，该方案最优，较为经济，便于实施。因此，采用了部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案。

　　（4）采用的设计方案如图2所示。底部片石混凝土挡墙高15m；中部两级边坡，预应力锚索加固和挂网喷浆防护，坡率1:0.75；上部边坡1:1，框架锚杆加固和挂网喷浆防护；顶部边坡1:1.25，植草护坡。设计对下一步施工方案做出了相应的规定，要求支护工程自上而下、边开挖边支护；边坡支护完成后，方能进行下部开挖；底部挡墙严格按跳槽开挖浇筑，墙背坡根据岩体情况，在开挖时采用随机锚杆和喷浆作为临时支护。

　　（5）后按照设计方案施工，中、上部开挖基本到位，中部边坡支护仍在施工，因几次降雨，出现一处岩体楔体开裂，范围约30m，另有一处在挡墙开挖部位产生楔体坍塌。裸露的岩体表面，可见节理很发育。故再次设计调整中部锚索布置，并按岩体破碎程度和风化程度，具体设计规定底部挡墙开挖支护方式和墙身尺寸调整范围。部分坡面加密锚索；部分地段加大墙身截面，规定跳槽开挖的槽口宽不大于6m；另有部分地段增加墙背锚杆挂网和钢轨临时支护，规定跳槽开挖的槽口宽不大于3m.按调整后的设计进行施工，直至竣工，未出现新的边坡变形。

　　4.结束语

　　在边坡工程的设计一开挖一施工的动态循环过程中，不断补充最新动态信息是动态设计施工中的重要环节，尤其是现场监测信息更是不可缺少。前面的设计为后续的施工做准备，而在施工的同时又会发现新的信息，及时传给设计，不断修改、完善设计计算模型，为下一级的设计打下基础，如此往复螺旋式循环，直至最终边坡工程完成。在这期间，监测信息是完善模型的重要依据。这种动态设计施工模式是符合事物的认识发展过程的，更适合高边坡工程的特点，有助于安全、高效地完成高边坡工程的设计施工。