公路工程高边坡设计的关键问题探讨

钟贤飞

(中榕规划设计有限公司，湖南 长沙 410000)

0 引 言

随着公路建设不断向山区推荐，在选线时无法避免山区等特殊地貌，在山地修建公路时，往往需要进行高填深挖，打破原有的力学平衡，出现大量高陡的人工边坡，大量的高边坡在强降雨、地震等不良环境作用下，会出现滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，因而需要对高边坡进行合理的设计。在设计中，关键的问题是根据地质对边坡的失稳破坏类型进行判别，从根源选取合理的措施对边坡进行防护，起到事半功倍的作用。

本文介绍四种常见的地质模型，坡残积土边坡、风化土边坡、岩石边坡、堆积体边坡，介绍其失稳破坏的机理，并总结归纳边坡破坏的类型，然后介绍各类型边坡设计的要点。

1 高边坡失稳破坏机理

高边坡工程设计的前提是应该根据边坡的工程地质条件，对边坡失稳破坏的模式和机理进行分析，从而选择合理的防护措施，以下将介绍常见的四种破坏地质模式。

1.1 坡、残积土边坡

此类边坡由表层覆盖的坡积土和下伏的残积土组成，此类边坡既可以出现浅层滑坡，也可能出现深层滑坡。浅层滑坡主要是表层坡积土自稳性差，在开挖后，沿着残积土顶面滑动，或者出现表层崩塌破坏，如图1(a)所示；而深层破坏，则是由于坡体的破坏延伸至残积土层，滑面侵入下伏的残积土，如图1(b)。

图1 坡、残积土边坡破坏机理分析

对于浅层破坏，是由于表层坡积土的松散，颗粒间的粘结作用差，空隙大，且受力不均，导致表层土的自稳性较差，开挖后，在主动或者被动土压力作用下，坡表土层出现小规模崩塌破坏，或者当坡积土的自重在残积土顶面的下滑力超过了滑面的抗滑力，而出现滑坡。深层破坏，主要是由于坡体在自重作用下，在深层形成一个最大的剪应力作用面，当该工作面上的剪应力超过土体的抗剪强度后，坡体内部将出现一个塑性区，塑性区发展，最终形成危险的滑面，边坡将沿其发生滑动破坏，这种破坏表现为均层状。而如果边坡开挖后，边坡以残、坡积土为主，下伏基岩，而在残、坡积土与基岩之间为刚性接触，上层坡体在自重作用下，沿着基岩顶面产生下滑力，而在与基岩的光滑接触面上，坡体出现较大的下滑力，而抗滑力较小，应力在接触面上出现重分布，导致在接触面上出现应力集中，其破坏表现为基底控制型。

1.2 风化土岩边坡

边坡在开挖后，清除风化壳，揭露的岩层多为全风化或者强风化的岩层，滑坡和崩滑多沿着强风化与下部轻微风化的接触面出现，在花岗岩地区尤为常见。此类破坏多发生在风化层与微风化或者微风化的基岩接触面上，沿着基岩顶面产生较大的下滑力，而在接触面上，抗滑力较小，应力扩散到接触面上时，出现应力突变，继而应力在接触面上出现重分布，其破坏表现为基底控制型。

1.3 岩石边坡

岩石边坡，其破坏多数是因为岩体被结构面切割，或者岩体受不利结构面控制，上部的坡体受到自重作用出现下滑力，而在结构面上的抗滑力远小于下滑力，导致边坡沿着不利结构面下滑，或者是，上部岩体被多组结构面切割，而结构面较陡，边坡开挖后，出现临空面，岩体失去支撑，在地震、强降雨作用下，出现倾倒型破坏。

1.4 崩、滑、流堆积边坡

对于主要是由崩塌体组成的边坡，根据崩塌体的特点，在边坡开挖后，边坡的坡脚被清除，崩塌体失去支撑而出现临空面，导致崩塌堆积体失稳，其滑面多为自然稳定角或者是稳定的结构面构造面，或者是崩塌体的堆积面。其破坏可以是均匀型、基底控制型、或者是固定滑面型。而对于由滑坡体组成的边坡，在边坡开挖过程中，滑坡体在坡脚的支撑被去除，使滑坡体原有的力学平衡被破坏，激活滑坡体。对于泥石流的堆积体，其含水量较高，且地下水较为丰富，而岩土体的强度低，易出现滑塌破坏。

2 边坡设计要点分析

在边坡工程中，常用的工程措施有路线规避、放坡、坡面防护(圬工或生态)、支挡工程、锚固、坡体改良、生态防护等，而在实际的工程中，并非选取一种措施，往往是多种措施联合使用，而措施的选择需结合边坡的破坏类型才能确定，因此，在设计前，应判断边坡可能的破坏类型。

根据前文的分析，将边坡地质模型继续深化，从破坏形态出发，总结出边坡破坏的四种典型断面，并根据破坏的特征，总结治理措施，并提出相应的设计要点。

2.1 均匀层状地层边坡治理

根据计算和工程实例，均匀层状的边坡在坡脚位置易出现应力集中现象，且破坏类型多为剪切破坏，因而设计的关键点应该是改善缓解边坡坡脚应力集中的现象，通过采取工程措施，比如挡土墙，以提高坡脚抗剪切变形的能力，同时还应结合刷坡、或者在边坡中上部设置抗滑桩、锚杆(索)，还要结合完善防排水措施。

2.2 基岩控制型边坡治理

基底控制型边坡，覆盖层下面为微风化或者中等风化的基岩，比如坡表土体为堆积层、风化层等，边坡的破坏主要是沿着基岩顶面滑移，因此边坡设计的关键是如何减小下滑力，并提高滑动面的抗滑力，典型设计如图2所示。

图2 基岩控制型边坡治理示意图

2.3 结构面控制型边坡治理

此类边坡多为受结构面控制的土质或者岩质边坡，边坡结构面发育，被多组结构面切割，岩土体破碎，坡体沿着结构面出现滑移，也会出现前部坡体滑动后后部坡体失去可靠支撑继而出现滑移，因而此类边坡设计的要点应该是控制不稳定岩体沿着结构面滑移，并提高坡脚的抗滑力。典型设计方案如图3所示。

图3 结构面控制型边坡治理示意图

2.4 固定滑面边坡防治

对于如老滑坡等一些岩石边坡或者受结构面控制的土质或者土岩边坡，坡体在滑坡推力作用下沿着结构面滑移，此类边坡设计的要点就是减少坡体沿着结构面的下滑力，并增加坡脚或者坡体内部的抗滑力，可以通过刷坡卸载或者锚固以减小下滑力，设置挡墙、抗滑桩、反压等提高抗滑力，典型断面设计如图4所示。

图4 固定滑面控制型边坡治理示意图

3 结 论

本文从坡残积土边坡、风化土边坡、岩石边坡、堆积体边坡等四种边坡地质模型出发，介绍各自的失稳破坏的机理，归纳边坡破坏的类型，然后介绍各类型边坡设计的要点，具体结论如下：

(1)边坡设计的前提是判别边坡的地质模型和失稳破坏的类型，然后从机理出发选取合理的工程措施；

(2)边坡设计应坚持以防为主，防治结合的治理思想，坚持工程措施与防排水措施并重，工程措施应从坡顶、坡中、坡脚全面考虑，有重点的进行防护设计。