某二元结构高边坡防护设计方案探讨

二元结构高边坡设计中应依据高边坡“固脚强腰，分级加固，兼顾整体与局部”的理念进行。不但要确保下部岩质边坡的稳定，也要确保上部土质边坡的稳定；不但要作为一个完整体系确保边坡的整体稳定性，也要确保组成整个体系的各子系统级边坡局部稳定性；不但要确保下部岩质的稳定，也要确保上部土质边坡的稳定；不但要考虑堆积体中结构面，也要考虑岩体中的结构对坡体稳定性影响，更要考虑土岩接触面对坡体的稳定性控制因素。下面以一个案例进行分析说明。

一、基本情况

某坡体为二元结构边坡，上部为厚约2～9m的残坡积碎石土，下伏厚约5m左右的强风化砂质板岩，其下为中风化、岩芯多呈短柱状的砂质板岩。岩层产状146°∠12°。岩体中发育产状230°∠67°和229°∠35°的优势结构面，贯通度长为5～8m左右。拟开挖边坡的坡向233°，与线路大角度相交。

路堑边坡采用1：0.5～1：1的坡率设置后，技术人员全坡面采用长度18～25m长的锚索进行加固，且边坡越高，锚索越长。边坡最大的高度43m。

图1 技术人员采用的高边坡加固工程地质断面图

二、原设计方案的合理性分析

1、由于地质模型不合理，没有准确分析二元结构边坡的坡体结构，单纯的采用在土质或类土质坡体应用的、由最大剪应力控制的圆弧形滑面，在岩体中应用是不合理的；没有分析土岩界面、岩体中的结构面、风化界面对坡体稳定性的影响，即没有合理确定坡体计算模型的边界条件。

2、由于计算模型不合理，造成计算结论失真，导致采用全坡面锚索，且每级边坡采用4排锚索的强大工程进行加固，工程的经济性失控。

3、加固工程没有贯彻高边坡“固脚强腰、分级加固、兼顾整体与局部”的理念，造成坡体锚固工程的设置不合理。尤其是导致锚索长度随边坡高度而不断增加，工程经济性不合理。

因此，原设计工程品质偏差。

三、优化方案

1、依据岩体结构面，采用追踪法进行潜在滑面勾绘。

2、依据二元结构边坡面的土岩界面，采取工程确保上部堆积体的稳定。

3、结合地形、岩性，合理设置坡形坡率。

4、采用高边坡“固脚强腰、分级加固、兼顾整体与局部”的理念，合理设置加固工程。

基于此，优化方案如下：

1、结合地形地貌，采用与岩土体性质相适应的坡形坡率，即中风化砂质板岩采用1：0.5的坡率，强风化砂质板岩采用1：0.75的坡率，上部堆积体采用1：1的坡率。这样设置的坡率，也可使开挖边坡的坡形有效利用开挖坡顶部位的较缓自然地形，从而通过有效利用适应岩土体性质上的坡率提高各级边坡的稳定性，达到减小加固防护工程规模的目的。

经此坡形坡率设置后的边坡高度为44m，仅较原方案边坡高1m，但坡体自身稳定性大幅提高。

2、利用结构面追踪法勾绘的滑面、风化界面和土岩界面，分别对采用上述坡形坡率的边坡，采用不同结构面的参数进行稳定性计算，继而采用相应的锚固工程进行加固，确保边坡的整体与局部稳定性。

3、工程布置

1）一级边坡设置9m长锚杆固脚，这是因为较短的锚杆即可穿着过潜在滑面而对其实现有效锚固，故不必采用长大的锚索进行固脚。

2）在第二、三级边坡设置长20~22m长的锚索对高边坡进行“强腰”，且与一级边坡的锚杆一起，共同对整个边坡的稳定性进行加固。

3）四级边坡采用12m长的锚杆对四级边坡以上，由风化界面结构面和土岩界面结构面控制的边坡稳定性进行加固，且该级边坡不参与高边坡的整体稳定性加固。这是因为通过下部边坡的工程锚固确保了高边坡的整体稳定性，从而避免了边坡越高，而需设置越长的锚固工程穿过深层潜在滑面进行加固的被的局面。即

加固力度越强大的工程，宜往潜在滑面较浅的边坡下部布置，使工程以较小的代价实现对高边坡的整体加固；加固力度越小的工程，宜往边坡上部布置，使工程仅参与局部边坡的稳定性加固。

图2 优化后的高边坡加固工程地质断面图

经以上优化的高边坡加固工程，工程规模明显较原方案小，且坡形坡率设置、工程布置、坡体的整体稳定性与局部稳定性、经济性等均有了明显提高，是一个符合高边坡加固理念的工程设计。