关于我国高等级公路路基上边坡设计的问题探究

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　　1浙江省宁海县开发区工程设计所2浙江省宁海县大佳何镇人民政府
　　摘要：本文对我国高等级公路路基上边坡设计的流程问题进行了设计探讨，供大家借鉴参考。
　　关键词：高等级公路；路基上边坡设计；流程问题
　　
　　为了使我国高等级公路路基上边坡设计更科学、更安全、更经济、更合理、更规范、更有针对性，本文根据目前我国高等级公路路基上边坡设计与施工的实践，结合相关规范要求，初步提出适合我国现阶段高等级公路路基上边坡设计技术流程，减少设计变更，避免施工期间发生边坡灾害，防止留下边坡工程隐患。
　　1设计技术流程
　　（1）遵循正确的设计理念
　　正确的设计理念是保证设计合理、可行的关键，往往被设计者忽视，正确的设计理念是从自然地理(地形、地貌、气候、水文、植被、生态)、工程地质(地质构造、地层岩性、水文地质)、工程力学的基本数据、基本原理出发，根据工程建设的要求，即路基边坡设计的要求(变形、稳定)，依据标准、相关规范、指南、细则等法规文件，参考国内外相关设计经验，进行边坡设计。这里的关键在设计中必须始终坚持地勘和实验基本数据的完整、齐全、真实、可靠，必须遵循符合自然地理、地质及力学的基本原理，任何偏离前述基本原理的设计都有可能出现设计失误。
　　（2）确定合理的设计原则
　　合理可行的设计原则是路基上边坡设计的指导方针，在设计中应确定总体设计原则和针对不同岩土边坡或不同自然地理条件下边坡的具体设计原则。
　　路基上边坡设计总体原则：因地制宜，就地取材，以防为主，防治结合，安全经济，实用美观，善待环境，应顺自然。
　　路基上边坡具体设计原则：
　　①对边坡高、降水量大、构造发育、岩性软弱、稳定性较差的边坡宜采用：稳坡脚、强坡腰、护坡顶的设计原则，在降水量相对较小的地区即干旱和半干旱地区可取掉护坡顶的具体原则。
　　②对黄土地区的边坡一般采用：护坡脚、低台阶、陡坡率、绿坡面的设计原则。
　　③对膨胀土边坡采用：稳坡脚、封坡面、固坡顶的设计原则。
　　④对残坡、崩积边坡采用：稳坡脚、支护坡面、预加固坡顶的原则，对开放式支护边坡不排疏地下水，在雨量较大地区设地表截、排水系统。
　　⑤对冲洪积边坡采用：适当固坡脚、护面坡的原则，对开放式防护坡面不排疏地下水，但对二元结构上部土层，根据土层厚度、土性进行有效支护，防止土体产生局部滑塌。根据降雨量大小和地形情况设地表截、排水系统。
　　⑥对软、硬互层边坡，根据地层产状(水平、顺层倾斜、逆倾斜)和软硬岩层厚度及相互出露比例确定具体设计原则。
　　（3）建立科学的边坡分类
　　路基边坡分类是路基边坡设计最基本的环节，一般按地层岩性、成因、地质构造、风化状况以及工程对边坡变形、稳定的要求分为四大类，即：岩石边坡，岩石加第四系松散堆积物边坡，土类边坡和灾害边坡。
　　①岩石边坡
　　坚硬岩石边坡即岩石饱水单轴抗压强度大于30MPa的岩石边坡,岩体结构应区别块体或碎裂结构，包括岩浆岩、沉积岩和变质岩，对具层理构造的岩体应区分单斜顺层、逆层(切层)情况。
　　次坚硬岩石边坡，即岩石饱水单轴抗压强度在10~30MPa之间的岩石边坡，岩体结构应区别块体或碎裂结构。
　　软质岩石边坡，即岩石饱水单轴抗压强度小于10MPa和强、中风化的次坚硬岩石边坡，岩石包括泥岩、页岩、千枚岩、片岩、板岩、泥质砂岩等。
　　软硬互层岩石边坡，分类中应注意水平(近水平)或单斜情况，应注意软硬岩石的层厚及比例情况。
　　②岩石(基岩)加第四系松散堆积物边坡
　　岩石加横向堆积物边坡，松散堆积物为残坡、崩积物和冰碛物。
　　岩石加纵向堆积物边坡，松散堆积物为冲洪积及冰水堆积物。
　　岩石加竖向堆积物边坡，松散堆积物为风积黄土。
　　岩石加上述两者或三者组合堆积物边坡。
　　③土类边坡
　　该类边坡主要包括：黄土、膨胀土、冻土、红粘土、残坡、崩积边坡和冲洪、冰碛边坡。
　　④有灾害类边坡
　　前三类边坡均可产生滑坡、滑塌、崩塌、坡面泥流等边坡地质灾害，对已形成灾害的边坡，按灾害的成因、时间、性质、规模等再进行详细分类。
　　（4）找出充分的设计依据
　　寻找边坡设计依据，首先，是在对路线设计区自然地理条件及工程地质条件进行勘察的基础上，对当地已建公路边坡现状进行详细的调查和归类分析，确定边坡可能的变形破坏的方式，如滑坡、滑塌、崩塌或坡面泥流，是顺层、切层、是直线还是圆弧滑动等，确定破坏的规模与程度等，为新建边坡进行力学三场分析、边坡稳定性计算和评价以及支挡结构物受力计算，提供详实可靠的设计依据。其次，是根据国内外相关边坡设计的经验。该项工作是边坡流程设计中的基础，实践中许多设计由于缺乏或不善于仔细进行该项工作，往往依据以往经验进行工程类比，使设计与当地实际边坡情况不相一致，造成设计缺陷，甚至留下工程隐患。
　　（5）制定有效的设计方案
　　制定边坡设计方案主要包括三个方面：确定边坡几何要素，拟定边坡组合形式，满足生态环保要求。确定边坡几何要求是根据找出的设计依据，在充分论证的基础上，参考当地多年的实践经验，和相关规范的要求，确定边坡的综合坡率、单坡坡率、单坡坡高和平台宽度的具体坡率与尺寸。
　　依据上述确定的几何尺寸以及边坡高度、边坡变形、稳定状况等因素，进行综合分析，拟定边坡组合形式（即边坡的总体坡形，包括下陡上缓、下缓上陡、上、下一致等总体坡形），并结合宽、窄平台进行组合，从中选出相对最优，即边坡变形稳定性最好、工程量相对最小、施工难度相对最小并满足车辆行驶视角和舒适的边坡组合形式。
　　在制定边坡设计方案时应充分考虑不同自然地理条件下边坡开挖修筑可能造成的生态和环保问题，特别是生态相对脆弱的我国西部地区，自然边坡一旦破坏，短时期内很难恢复。另外，在制定边坡环保方案时不能画蛇添足，应将边坡作为生命体看待，尊重它，善待它，与当地自然地理生态环境风貌相协调，这是目前我国边坡设计中较薄弱的环节。
　　（6）说明具体的支护理由
　　说明边坡支护理由主要包括三方面内容，即：对边坡进行三场分析，对边坡进行整体稳定性计算和评价，对拟设计的支护构造物进行力学结构分析和计算。
　　①边坡力学三场分析
　　边坡是在漫长的地质历史时期，由于内外自然地理营力共同塑造的产物，其变形、稳定除受偶然内外作用因素（地震、暴雨）影响外，多种情况下受岩、土体重力，气候的季节干湿和温度变化的影响，简称：重力场、干湿场、温度场。不同成因物质组合的岩土边坡，由于其物理力学特性不同，所处自然背景环境不同，上述三场对其变形、稳定的影响存在较大的差异，例如基岩、黄土、红粘土、冲洪积、冰碛和残坡崩积土边坡，其影响边坡变形、稳定的三场因素中第一位是重力场的影响，干湿和温度场的影响相对较小；对于膨胀土边坡，由于其独特的物理力学特性，干湿场或土体的干缩湿胀成为影响土体边坡变形稳定的主要因素，而温度场和重力场则处于相对次要的位置；对于冻土边坡，温度场则成为边坡变形、稳定的主要因素，而重力和干湿场则处于相对次要地位。所以，针对不同成因、不同岩土特性，分析确定影响边坡岩土体变形、稳定的三场主导因素，具有极为重要的意义，目前，国内外边坡变形、稳定分析、计算及支护设计仍偏重于重力场的分析和计算，特别是支护设计更偏重于重力场，值得引起关注和思考。
　　②边坡稳定性计算和评价
　　边坡稳定性计算和评价是边坡设计的基本内容和要求。计算和评价中除考虑地震、暴雨等特殊因素外，根据重力场、干湿场和温度场对边坡变形、稳定的主次影响，依据相关规范要求，确定边坡变形稳定的计算模型、评价标准，选择计算公式和计算参数，在计算的基础上，对边坡变形和稳定进行评价。

　　③进行支挡构造物结构受力计算
　　支挡构造物结构受力计算也是边坡设计中的基本内容和要求，应按相关规定的要求进行计算和验算，如抗滑挡墙、抗滑桩、锚杆、锚索以及主动式、被动式柔性防护网的计算，这是确保构造物设计安全、经济的基本要求，许多具体设计缺少上述计算，如锚杆、锚索框架梁中的锚杆、锚索，从上到下设计成同一长度，就是缺少边坡应力分布特性的计算，造成设计的不合理。
　　（7）选择可行的支护类型
　　边坡支护类型按不同的角度可分为受力的、半受力的支挡型和不受力的防护型、柔性的和刚性的，开放式的、半开放式的和全封闭的，干砌片石的、浆砌片石的、水泥混凝土的、钢筋、预应力钢筋混凝土的，锚杆的和锚索的，以及各种形式的支挡类型。依据前述各种分析、计算和评价，合理、正确地选择符合实际的安全、经济、合理、耐久的支护类型是边坡设计的重点内容，具体支护类型按受力特性分为三大类，即不受力的边坡防护型，半受力的边坡支护型和受力的边坡支挡型。
　　在设计中选择支护类型时应特别注意当地的自然地理条件即降雨、降雪量，注意边坡支护与地表截、排水系统和坡体地下水疏排有机结合，并根据当地材料供应情况，选择经济、合理的支护类型。其次应关注绿化和生态环境保护，使支护构造物与植物防护相互配合，因地制宜、取长补短与自然边坡融为一体。
　　（8）提出对应的施工原则及技术要求
　　正确的施工原则是保证施工安全，不留工程隐患的重要环节。具体施工原则如下：从上向下，分段分台，紧密衔接，及时支护；避开雨季，光面开挖，制定方案，遵守工序。
　　关键施工技术要求：
　　①在降雨量较大的地区，对于基岩残、坡、崩积边坡，在坡顶开挖界线上部2m范围采用锚杆挂网进行临时预加固，防止雨季坡顶上部残、坡、崩积物产生滑塌。
　　②对膨胀土边坡，首先按设计要求对坡顶铺砌加固，坡面应快速施工，及时封闭；防止膨胀土体产生干湿循环。
　　③对松散堆积物边坡，应分段开挖并及时修筑，严禁连续开挖和放置，特别在雨季或降水量较大的地区，尽量避开雨季，如不能避开，应跳槽开挖，跳槽宽度宜控制在10~15m，对滑坡、滑坡边坡宜采用上述方法。
　　④对岩石边坡可连续开挖，严禁放大炮，对弱软岩石边坡宜采用机械开挖，开挖后不宜放置，应及时支护。
　　⑤边坡坡脚是坡体剪应力集中处，开挖施工极为重要，因上部支护已完工，下部坡脚如发生滑塌，对边坡施工影响很大，根据边坡岩、土类型及稳定状态应制定切实可行的施工方案，确保施工安全。
　　2结束语
　　安全、经济、合理的路基上边坡设计需要科学的设计技术流程，本文提出了路基上边坡设计技术流程的八步法，即遵循正确的设计理念、确定合理的设计原则、建立科学的边坡分类、找出充分的设计依据、制定有效的设计方案、说明具体的支护理由、选择可行的支护类型、提出对应的施工原则和技术要求，使地勘工作目标更加明确、设计更加规范、质量更有保证、施工更有针对性。

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