摘要：近年来，伴随着社会经济的发展，国家和地方政府对关乎民生的市政、交通、水利等公益性基础设施建设不断加大投入力度。在工程建设的过程中，常会遇到各种类型高边坡工程的开挖、支护问题。在实际生产建设中，对高边坡岩土工程的设计要点进行分析、总结，不仅有助于满足基础设施建设需要，而且还能合理优化工程建设方案、节省工程投资，并能保证高边坡在施工期及使用运行期的稳定安全，具有非常重要的现实意义。本文主要结合公益性基础设施建设发展现状，就高边坡岩土工程设计的要点进行分析、总结，以期促进在类似工程中岩土工程设计方案的完善、提高。
关键词：高边坡；岩土工程；设计
前言
近年来，在市政、交通、水利等公益性基础设施建设活动开展实施的过程中，受到城镇总体规划、工程总体布置、地形地貌等因素的影响，常因构筑物的布置位置无法避开山体，而需要进行高边坡的开挖及支护。高边坡岩土工程的出现，不仅对工程施工作业带来很大的困难，而且容易引发严重的边坡安全问题，不利于地区基础设施建设工作的开展实施。因此，重视高边坡岩土工程问题的存在及发展，在此基础上分析、总结高边坡岩土工程设计过程中的常遇问题及技术要点，对完善基础设施建设、促进社会经济发展，具有极其重要的现实意义。
1 高边坡岩土工程问题的存在及发展
随着城镇化的发展进程，城镇人口数量不断增加，原有旧城区的生产生活居住范围无法跟上城市居民的切实需求，因此，城乡规划部门将城镇建设用地拓展至城镇郊区，形成新的城区。在新城区基础设施的建设过程中，常会面临丘陵地形派生的高边坡开挖现象，随着城镇建设用地的不断扩展，高边坡施工现象日益增多。由于高边坡的地形地质、水文条件相对复杂多变，常会对岩土工程的设计和施工带来较大的风险和困难。
高边坡岩土工程设计方案的合理性、可行性、经济性，对工程施工质量、边坡整体稳定性、周边构筑物的安全有较为重要的影响。在工程实践中，设计者应基于对高边坡岩土工程使用运行期的稳定性及施工安全影响因素的综合考量，制定合理、经济、可行的边坡岩土工程开挖、支护设计方案，以确保高边坡岩土工程的安全稳定、耐久可靠。
2 高边坡岩土工程设计的要点
2.1 边坡工程布置
（1）平面布置
在城镇基础设施建设工程中发生的边坡开挖，其平面布置应根据城镇土地利用规划、建筑物平面布置、地形地貌等因素的影响，进行适当的边坡工程平面布置。边坡坡脚轴线通常与建筑物的边缘线、轮廓线或轴线相平行，并预留道路、管线、排水等基础设施位置，同时与建筑物见预留一定的安全距离。
（2）横断面布置
设计者应当对岩质高边坡的地质构造有较为清晰明了的认知，并在此基础上，根据地质勘察成果提供的开挖分级坡高、开挖坡度等建议值参数，结合类似工程经验初步拟定边坡开挖及支护的横断面。通常情形下，在地质结构为顺层等不利情况下，应适当放缓设计坡比、减小分级高度、增加分级平台宽度。
拟定设计横断面后，仍应根据地质勘察成果，通过边坡稳定性分析，复核拟定横断面的安全性及合理性，做出必要的调整，以确保设计横断面满足整体稳定要求。
2.2 边坡地质勘察
边坡地质勘察的主要目的是根据工程建设区的建筑物布置及开挖边坡布置，查明工程区的岩土工程地质条件，为确定建筑物的平面布置、结构设计、地基处理、岸坡防护、边坡支护和基坑降水等工程设计提供翔实可靠的地质基础资料。其主要的任务及目的如下：
（1）搜集并提供工程建设区的气象及水文等基础性数据资料；
（2）查明工程建设区的地形地貌及地质构造特征、地下水类型及其动态变化规律、地表水及地下水的腐蚀性、工程建设区的抗震设防标准、可能存在的不良（特殊）地质作用的分布与类型；
（3）查明边坡各岩土层的分布情况及其物理力学性质，查明对工程建设区（边坡影响范围内）构筑物可能存在的软弱层、岩溶等不良地质的分布及发育情况，提供各地层的承载力、抗剪强度、压缩变形、渗透性等物理力学特性参数，综合评价工程建设区的地质条件；
（4）提出人工开挖临时边坡及永久边坡建议分级开挖高度及坡比，评价永久边坡施工期及运行期的稳定性；
（5）估算工程建设区基坑开挖的排水量，并提出合理可行的排水方案。
2.3 边坡工程等级确定
边坡工程等级的确定原则，应根据边坡类型（岩质边坡、土质边坡或岩土组合边坡）、边坡高度、边坡失稳破坏对周边相关建筑物造成的直接或间接危害影响的程度等因素，设计人员可按照相关行业的边坡设计规范、规程综合确定。一般而言，边坡高度越大、失事造成的危害后果越严重，则边坡的安全等级越高。
在边坡工程等级划分过程中，需要注意的是：（1）当边坡防护范围较长时，可根据实际情况分段防护，各分段边坡可根据确定原则，采用不同的安全等级。（2）如遇到地形地质条件特别复杂、边坡高度很大、失事后危害特别严重的特殊边坡，其安全等级经论证后，可以提高一级。
2.4边坡稳定计算
2.4.1稳定计算典型断面的选择
根据地形地质勘察资料，结合工程建设区的开挖边坡布置特点、不同区段开挖边坡的高度、地层岩性、可能发生的失稳模式等特征，将开挖边坡主要归纳为为4类，分别进行边坡稳定性分析：
a类：上部以土层、和全风化岩层为主，下部为中、弱风化岩石组成的的土～岩组合边坡；
b类：土质或全风化岩质的边坡；
c类：在岩土层内部，或土层和岩层交界面上存在软弱夹层的土～岩组合边坡；
d类：岩质边坡。
根据上述4类边坡的特点，分别各特征区段，选取开挖高度最大、节理裂隙发育、顺层、地下水位较高等可能出现的最不利情况断面，作为边坡稳定分析的代表断面。
2.4.2边坡抗滑稳定计算方法
（1）边坡抗滑稳定的计算假设
根据岩土质边坡的地层性状、构造、物理力学性质等特点，可将边坡滑动的模式主要分为常见的三种情况：圆弧滑动、折线形滑动、直线（平面）滑动。
（2）边坡抗滑稳定的计算方法
对于可能发生圆弧滑动的边坡，可采用简化毕肖普法或瑞典圆弧法进行计算；对于可能发生折线形滑动的边坡，可采用摩根斯顿-普赖斯法进行计算；对于可能发生直线（平面）滑动的边坡，可采用刚体极限平衡法进行计算。
①圆弧滑动的适用条件
常见的土质边坡地层为冲洪积土层、残坡积土层，岩性由黏土、含砾粘土、含碎石黏土、红黏土等组成。对边坡上的土层，产生圆弧滑动的可能性较大，可按平面问题采用圆弧滑动面的假设；
常见的全风化岩质边坡，由于该层岩大部分已风化成碎石土状，呈碎裂、散体结构，岩性与含碎石黏土层相类似，因此产生圆弧滑动的可能性较大，故也可按圆弧滑动的假设考虑。
对于圆弧滑动模式，采用简化毕肖普法或瑞典圆弧法进行抗滑稳定计算。
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②折线滑动的适用条件
全风化岩层中往往存在泥岩夹层（互层）顺向边坡的情况，由于泥岩夹层为软质岩，遇水易软化、崩解导致物理力学指标降低，加上地下水产生的渗透压力、上部岩土体压重和人为干扰等因素的综合影响，当开挖边坡为顺向坡时，边坡岩土体极易沿着倾向坡外的软弱夹层发生顺层滑动，进而牵引软弱夹层上方的岩土体张拉破裂后向开挖临空面剪出破坏。因此，以上情况属于沿着软弱夹层滑动面、张拉破裂面围成的折线形滑动面的破坏模式。
因此对于上述存在软弱夹层的土～岩组合边坡，采用摩根斯顿-普赖斯法进行抗滑稳定计算。
③直线（平面）滑动的适用条件
对中、弱风化灰岩等硬质岩石，因其岩体较完整，抗剪断强度及抗剪强度均较高，不致产生大型的顺层滑坡。但岩体中往往存在局部的溶沟（槽）发育段及岩体中节理裂隙发育段相互作用形成的结构面。
由于岩体节理裂隙发育，边坡开挖可能会产生小型崩塌、掉块。因此，对中、弱风化灰岩层，在边坡外水位变化和边坡内裂隙水的影响下，发生沿结构面或节理裂隙滑动的可能性较大，故按平面问题采用结构面剪出滑动的假设，采用刚体极限平衡法进行抗滑稳定计算。
2.4.3边坡稳定计算条件及计算工况的选取
通常情况下，稳定计算工况分为：正常工况、非常工况。
正常工况主要考虑在边坡运行使用期内常遇的各种降雨强度、地下水位等不利作用情况；非常工况主要考虑施工期、超常规的降雨强度及地下水位、地震等较为特殊、极端的不利作用情况。
一般而言，当工程区域属于地震基本烈度Ⅵ度时，可不进行抗震验算。
2.5边坡开挖与支护设计
（1）边坡开挖设计
1）开挖施工前，应详细了解工程地质结构、地形地貌和水文地质情况，对可能引起的滑坡和崩塌应及时采取有效的预防保护措施，在陡坡下施工，应仔细检查边坡的稳定性，如遇有孤石、崩塌体等，应事先作好妥善的清理和支护。
2）所有开挖区域均不得欠挖，并控制超挖深度小于相关规程规范的允许值；如因地质等原因造成超挖深度超限，则坡面不得形成倾向坡外的顺坡，对超挖部位采用混凝土或砂石料回填找平。基础面开挖后不得有倒悬坡、陡坎尖角；结构面上的泥土、锈斑、钙膜、破碎和松动岩块以及不符合质量要求的岩体等均必须采用人工清除或处理干净。
3）开挖应遵循自上而下、分层开挖的原则，严禁自下而上或倒悬开挖。设计边坡轮廓面的岩石开挖，应采用预裂爆破或光面爆破方法，基础岩石开挖，应采用分层梯段爆破方法。
4）对开挖面为土质及全风岩质边坡，必须按设计要求及时进行防护，尽可能做到开挖一级防护一级。如遇下雨，临时采用薄膜遮盖边坡，防止地表雨水的冲刷及下渗；在开挖边坡出现渗水坡面，顺着渗水方向钻临时排水孔，及时排走边坡渗水。
（2）开挖边坡支护设计
对于一些地质条件较差、边坡高度较高，或受建设条件或经济原因限制，无法进一步削坡减载、放缓边坡的情况，其开挖边坡的整体稳定计算结果可能无法满足设计要求。通常需要采取工程措施对边坡进行支护。
开挖边坡支护的工程措施主要有：系统框格梁锚杆（索）支护、抗滑桩支护、高压旋喷桩支护、挡土墙支护等形式。设计时可根据实际情况，通过技术经济比较，灵活选用其中一种或几种组合支护措施。
2.6 边坡排水、截水设计
（1）坡面排水
坡面上的排水系统一般采用纵横框格梁兼做排水沟，将坡面雨水汇入马道排水沟。框格内铺设草皮护坡，以防止坡面水土流失。
（2）马道平台排水
每级马道平台上均设置排水沟，与砖砌框格排水相连通，并结合合理设置纵坡，将雨水收集并排往开挖边坡以外的区域。
（3）坡顶截水、防渗
为防止开挖坡顶以外的地表径流流向坡面，对边坡整体稳定不利，设计过程中应注意结合边坡周围地形，因势利导，沿边坡坡顶开挖边线以外设置截水沟以截断地表汇水，并合理设置截水沟纵坡，将水排往边坡以外地势低、不对边坡造成影响之处。截水沟距坡顶的位置，可视实际地形情况在距开挖边线10m～15m处设置。
2.7坡面防护设计
边坡的防护措施一般均采用平顺式护坡结构，即采用抗冲材料覆盖在开挖边坡坡面上以抵抗暴晒、暴雨和地下水渗透侵蚀的影响。因而要求建筑材料具有较强的防腐蚀、抗风化、抗冲刷、蓄水保土、防止水土流失、耐用等性能；对于住宅生活区及风景区内的边坡，还应兼顾宜居生态的景观要求。
传统护坡工程常见的结构形式有：浆砌石护坡、干砌石护坡、混凝土护坡以及生态护坡。生态护坡有格宾网石笼护坡、生态混凝土护坡、生态袋护坡、草皮护坡、框格植被护坡等。在设计过程中，可根据项目特点、周边环境等具体情况进行技术经济分析比选。
（1）全风化岩质和土质边坡的护坡形式建议
考虑到开挖边坡常年暴露于大气之中，要求护坡材料具有保持边坡适宜湿度、防止水土流失等生态功能。考虑到城镇规划范围内、建筑物周围的边坡，对生态景观要求较高，因此建议对全风化岩质及土质边坡，采用框格植被护坡。
该类型边坡为通过在边坡面砖砌纵横双向框格沟槽作为坡面排水通道，并在框格内种植植物，起到坡面防护和绿化的作用。对于框格内植被的种植方法，主要有以草皮护坡为代表的传统方法，和以抗冲生物毯护坡为代表的新技术。可根据项目情况灵活选用。
（2）中、弱风化岩质边坡的护坡形式
一般中、弱风化边坡的整体稳定性较高，开挖坡度陡，植被生长困难，故对此类边坡采用喷射混凝土护面，并挂主动防护网种植藤蔓植物进行坡面绿化。
2.8边坡动态设计
对一些地质条件复杂的边坡，常会遇到实际开挖揭露的情况，在某些局部部位与地质勘察资料出入较大，往往这些部位是存在软弱地层的不利地带，其稳定性无法保证，需要采取一些特殊的工程措施及技术手段进行局部加固处理。这就需要设计人员对边坡开挖进度、地质情况进行实时的跟踪掌握，对一些意料之外、可能发生险情的部位做到提前预判、做好应急抢险预案，并根据实际情况及时、迅速反应，提出应对解决措施，从而确保工程安全、顺利推进。
3 结论及建议
综上所述，通过本文的分析总结可知，伴随着社会经济的发展，城镇化建设的不断提速，在公益性基础设施建设的过程中，常会遇到各种类型高边坡工程的岩土工程设计问题。通过对高边坡岩土工程的设计要点进行总结、分析，不仅是基础设施建设的需要，而且还能合理优化工程建设方案、节省工程投资，并能保证高边坡在施工期及使用运行期的稳定安全，因此具有非常重要的现实意义。
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论文作者:梁鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：护坡论文; 岩土论文; 工程论文; 地质论文; 稳定论文; 圆弧论文; 工程建设论文; 《基层建设》2019年第14期论文;