黃土高邊坡設計最佳化

本文來源於公眾號：悠遊2019

作者：成永剛

，博士，教高，註冊岩土工程師，中國岩石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業委員會常務委員和交通岩土工程專業委員會委員，國際工程地質協會會員，中國國家公路建設專案評標專家，四川省交通運輸專業人才教育專家。

高邊坡的坡形坡率和防護工程的設定，應在確保安全的基礎上，緊緊依據地質資料、工程造價、環境影響等進行合理確定。坡形坡率的設定時應力求避免“剝山皮”式的不合理設定，從而儘量減小邊坡高度和對自然環境的破壞，以及由此引發的植被破壞導致黃土邊坡的抗沖刷減弱和坡體穩定性的降低。有條件時，宜結合現場實際情況設定必要的支擋防護工程儘量減小高邊坡的高度，從而不但有效降低土石方開挖規模，也有利於大幅減少黃土地區的環境破壞，且有利工程工程造價的降低。

某公路擬以挖方的形成透過自然坡度約40°左右，由Q3黃土構成的黃土峁。坡面植被多以耐旱小灌木和稀疏草構成。

技術人員擬採用1：1~1：1。25的坡率放坡，各級平臺寬3~5m。透過圓弧搜尋法計算分析所得坡體的潛在下滑力為830KN/m，擬在坡腳設定直徑Φ1。5m@3。0m，長15m的圓形錨索抗滑樁護腳，其中每根樁體上設定一孔拉力約300KN預應力錨索。樁後第二~第五邊坡採用長度為9~18m長的錨杆加固，第六~第十級邊坡採用放坡自穩。邊坡最大高度104m，工程造價A萬元。

圖1 擬開挖的自然斜坡全貌

圖2 自然斜坡坡腳形態

圖3 坡腳人工開挖的多年穩定陡坎

圖4 擬採用的工程地質斷面圖

該設計方案採用緩坡率造成“剝山皮”式不合理邊坡的設定出現，導致邊坡高度達104m，開挖土石方規模大，開挖造成坡面暴露太大而改變坡體質水文地質環境，不利於後期邊坡的養護與穩定，環境破壞較大，工程的安全性、經濟性、環保性較差。尤其是第六~第十級邊坡完全採用自穩，這在破壞地表現植被和水文地質環境的情況下，存在較大的安全隱患，故需對擬採用的方案進行最佳化。

原坡體由Q3馬蘭黃土構成，自然坡度較陡，且下部開挖的高約10m陡坎多年來一直穩定性良好。因此，該自然坡體的穩定性處於穩定狀態。依據工程地質類比，原方案採用的圓弧搜尋法時的黃土參數偏小，導致下滑力偏大。

故結合樁前擬開挖的厚約10m的黃土坡體的抗剪強度、土壓力和坡體的穩定現狀進行坡體的潛在下滑力反向分析，在安全係數取1。25的基礎上，得出開挖後坡體的下滑力為502KN/m。

基於以上分析，最佳化方案如下：

1、坡腳設定1。8×2。4×20m@5m的普通抗滑樁，對坡體的整體穩定性進行加固支擋。其中樁體懸臂段和錨固段長度均為10m。

2、為有效降低邊坡高度，結合Q3黃土垂直孔隙發育和直立性較高好的特點，對樁後的邊坡坡率採用1：0。5~1：0。75設定，坡面採用與坡腳普通抗滑樁被動防護性質一致的錨杆防護，確保樁後第二級、第三級邊坡的穩定和方便坡面防護。

3、為了減小開挖對坡體的擾動，邊坡開挖前在坡口線外設定兩排錨杆進行預加固。

圖5 最佳化採用的工程地質斷面圖

經以上“固腳強腰、兼顧整體與區域性”的原則基礎上的高邊坡設定，邊坡的高度由原方案的104m大幅降低為25m，極大的降低了坡體的土石方開挖規模和環境破壞，工程的安全性也得到了有效提高，工程造價約為0。28A萬元，是一個相對較優的方案。

從該案例可以看出，當邊坡高度超過40m時宜儘量利用有利的地形地貌，結合工程支擋防護進行必要的收坡，從而有效減小工程對坡體的擾動和降低工程規模，提高工程的環保性。