公路扩建工程既有高边坡防护设计

谢振安

广东和立土木工程有限公司，广东 广州 511400

随着国家经济的快速发展，公路路网建设发展迅速，部分新建道路涉及原有道路，存在原有道路路基需拼宽的情况，同时部分早期建成通车公路，因交通量的增加，难以满足运输需要，也需要扩建。山区公路路基存在大量挖方边坡，部分高边坡原建设阶段往往已分级开挖并有大量加固防护措施。该类既有高边坡扩建的防护处治设计思路与新建项目边坡防护设计有较大区别。为此，文章以广东省大潮高速上径枢纽互通原梅河高速MK47+820～MK48+160路堑左侧边坡扩建为例，介绍了公路扩建既有高边坡防护设计思路。

1 工程概况

1.1 边坡地质概况

MK47+820～MK48+160路堑左侧边坡为梅大高速边坡扩建边坡（见图1），线路走向63°，边坡倾向153°。该路段地处低缓丘陵，地形起伏较大，自然坡角最大约30°，边坡后缘较高。山体植被发育，生长松树及各种灌木、蕨类植物。边坡地层岩性为第四系坡残积粉质黏土、上侏罗统兜岭组（J3dl）全—强风化板岩组成，岩体节理裂隙发育，较破碎。坡体范围第四系覆盖层及全风化层较薄，坡体主要为碎块状强风化夹中风化粉砂岩岩层，植被较发育。现场地质调查测得板岩岩层产状255°∠35°～55°，层面与坡面斜交；测得节理面产状2组，分别为130∠51°、170°∠67°，为顺向节理面，但角度较陡，层面及节理面情况对边坡总体稳定性影响较小。

图1 既有边坡原状航拍图

1.2 原有边坡情况

原梅大高速路堑高边坡最大坡高48.9m，六级边坡，一级边坡采用8m高路堑挡墙，二～六级边坡采用1∶0.75坡率，坡高8m，平台宽度2m。二～五级边坡采用锚杆锚索格梁加固，六级采用植草防护（见图2）。据竣工资料显示，梅大高速建设期该边坡部分坡段出现浅层滑塌，边坡破坏形式主要为覆盖层内的圆弧形破坏和强风化浅层的楔形滑塌。目前坡体整体稳定。

图2 竣工横断面图

1.3 原设计情况

因大潮高速上径互通立交的实施，该段路基需要改建外扩4.5m，原设计按照常规路堑挖方边坡防护思路进行设计，对该段边坡采用适当放坡+强加固处理。原设计按六级边坡进行放坡，一～五级边坡坡率为1∶1.00，六级坡率为1∶1.25，坡高均为10m，平台宽度均为2m，放坡后最大坡高为57m。一、四级边坡采用锚杆格梁防护，二、三级边坡采用锚索格梁防护，五、六级边坡采用骨架植草防护。

2 既有高边坡针对性防护设计方案

考虑既有边坡存在大量锚杆锚索加固及支挡工程，目前防护措施均能发挥一定锚固作用，原设计方案需全坡面拆卸支挡防护工程，造成一定程度的工程浪费。原设计方案最高开挖六级边坡，对原边坡扰动较大，边坡高度增加，影响边坡自身稳定性。同时，现有边坡坡率较陡，平台宽度小，原自然地形也较高陡，机械难以上坡进行开挖作业，大量土石弃方在通车高速运弃也有较大困难。而且，扩建施工期间梅大高速主线仍需通车，大规模土方开挖及锚杆锚索拆卸工程对梅大通行车辆运行造成较大安全隐患。

综上所述，常规新建高速的路堑防护设计思路，不适用于扩建道路高边坡防护设计，特别对于有通车需求的扩建道路，更需要采用针对性的防护方案。

2.1 稳定性分析

对MK47+900左侧断面进行稳定性分析，考虑该边坡已残积土及全—强风化砂岩为主，未揭露有不利结构面，采用圆弧滑动法进行计算。考虑现有加固措施均有起作用，折减加固力按90%计算。挡墙支挡根据尺寸按300kN/m抗力计算。考虑目前边坡通车后一直处于稳定状态，按现有安全系数1.18进行反算，可得滑面参数：黏聚力C=25.5kPa，内摩擦角φ=28°。按照针对性防护措施开挖加固，满足设计规范要求。

2.2 防护思路

考虑原有措施能起锚固作用，可最大限度地利用已有措施，减少开挖，边坡中上部原有防护措施保留，仅对边坡坡脚进行收陡开挖，并对收陡后应力集中的坡脚进行加强锚固；在坡脚开挖前，先在上一级加强锚固做预加固；并对开挖加固做严格的施工控制，减少下部开挖对边坡整体稳定的影响。

2.3 防护措施

一、二级边坡按坡率1∶0.50、坡高8m及平台宽度1m进行开挖；三～六级边坡维持原状。一级边坡坡面设置1m厚C20混凝土护面墙；一、二级边坡设置各设置3排预应力锚索框梁加固，锚索水平间距加密至2m，锚索长20～24m；三级边坡原锚索框梁内采用2排锚索十字架进行预加固，锚索长度30m。对发生变更的各级边坡采用6cm客土喷播，并完善边坡排水措施（见图3）。

图3 针对扩建公路高边坡的防护设计方案

采用以上方案实施后，比原设计方案减少开挖土石方68080m3，既有混凝土拆除量减少约50%，降低了大规模土石方开挖及措施拆除的不良影响。

2.4 施工控制措施

鉴于该变更需要将原有边坡坡率变陡，造成局部应力集中，而且根据原梅河高速资料，在梅河高速原边坡施工过程中出现过浅层滑塌。若开挖及防护控制不当，边坡易发生滑塌，影响既有道路的通车安全，对边坡施工过程中的临时稳定要求较高，需对边坡施工过程做严格控制。

（1）施工顺序。优先进行三级边坡的预加固施工；待三级边坡加固施工完成（锚索框梁施工完成并锁定，锚索张拉受力）后，方可对未开挖的二级边坡进行开挖及锚索框梁的施工；二级边坡锚索施工完成后，方可进行一级边坡的开挖及挡墙、锚索的施工。

（2）开挖防护控制。一级边坡开挖采用分层开挖，分层高度按6m（可施工两级锚索高度）、4m（施工最后一级锚索）2次开挖；每层需分段开挖，分段开挖长度不超过40m，并逐段进行锚索框梁施工；待上一层锚索锁定后，方可进行下一层的边坡开挖及锚索施工，下一层边坡分段开挖与上同。若在分层、分段开挖过程中，边坡出现滑塌现象，需及时对滑塌范围进行回填反压，控制边坡病害进一步发育；减小分层开挖高度（分层开挖高度按3.5m、3m、3.5m）及分段长度；然后根据边坡锚索进行逐排进行开挖及施工，待上一排锚索张拉锁定后，方可进行下一排的坡面及锚索的开挖施工。护面墙施工分段跳槽开挖施工，分段长度不大于5m。同时，做好临时排水措施，严禁护面墙基础积水。

3 结论

（1）对于公路扩建工程中的高边坡防护设计，首先应了解既有边坡的建设历史情况，并对既有边坡现状做全面分析，为防护处治设计做准备。

（2）如既有边坡处于稳定状态，原有加固措施仍有效，防护设计思路应尽量减少对既有边坡的扰动，充分利用既有工程作用，同时在开挖前考虑预加固。

（3）考虑公路扩建工程一般需要保持通车的特殊性，对扩建边坡高边坡开挖防护过程中的临时稳定要求较高，需采用严格的施工控制，分层分段施工，保证施工过程安全。