吳忠廣，申瑞君，萬福茂，張 迪

(1.交通運輸部科學(xué)研究院，北京 100029；2.交科院檢測技術(shù)(北京)有限公司，北京 100013； 3.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

山區(qū)高速公路運營期巖質(zhì)高邊坡存在著山體高陡、巖體破碎、不利結(jié)構(gòu)面發(fā)育、巖石風(fēng)化嚴(yán)重與坡體覆蓋層穩(wěn)定性較差等問題，受氣候氣象、地質(zhì)水文條件及施工期遺留工程缺陷等因素的影響，經(jīng)常發(fā)生掉塊落石、崩塌坍塌、滑坡以及防護加固工程結(jié)構(gòu)變形或破壞等現(xiàn)象，導(dǎo)致的事故較多。2015年11月13日，浙江省麗水市蓮都區(qū)雅溪鎮(zhèn)里東村發(fā)生山體滑坡，塌方量30余萬立方米。歷次事故情況表明，影響巖質(zhì)高邊坡運營安全的風(fēng)險可分為主觀風(fēng)險與客觀風(fēng)險2類，其中，主觀風(fēng)險包括養(yǎng)護管理體制機制、管養(yǎng)人員隊伍素質(zhì)等，客觀因素包括工程規(guī)模、支護結(jié)構(gòu)、氣候條件、地質(zhì)情況等。如何科學(xué)的識別導(dǎo)致運營期巖質(zhì)高邊坡事故發(fā)生的風(fēng)險致險因子，建立合理的評估指標(biāo)體系，對準(zhǔn)確估測邊坡運營安全風(fēng)險水平具有重要意義。

目前，針對運營期高邊坡風(fēng)險的研究側(cè)重邊坡病害分析[1-2]、穩(wěn)定性評價[3-4]及治理方法應(yīng)用[5]等。對高邊坡風(fēng)險辨識方法的研究總體上可分為定性分析與定量分析2種，前者主要包括事件樹[6](ETA)、安全檢查表[7](SCL)、風(fēng)險傳遞路徑[8]等方法，后者主要包括事故樹[9](FTA)、作業(yè)條件風(fēng)險分析方法[10](LEC)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[11-13](Bayesian Networks, BN)等。然而，對于巖質(zhì)高邊坡運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系的確定尚缺乏系統(tǒng)有效的方法，常常出現(xiàn)評估指標(biāo)選取依據(jù)不充分或過于主觀、指標(biāo)分級閾值劃分不合理、指標(biāo)值獲取困難等問題?；谶\營期巖質(zhì)高邊坡的特點，本文采用逐坡普查與重點調(diào)查相結(jié)合、工程地質(zhì)類比與復(fù)核相結(jié)合、現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值計算相結(jié)合的方法，研究建立巖質(zhì)高邊坡運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系，為后續(xù)風(fēng)險評估模型的建立奠定基礎(chǔ)，使評估結(jié)果更具有科學(xué)性和實用性。

1 評估指標(biāo)辨識

1.1 逐坡普查與重點調(diào)查

邊坡現(xiàn)場調(diào)查采用逐段逐點普查和重點邊坡調(diào)查2種方式，確定運營期高邊坡基本信息和動態(tài)信息。其中，基本信息情況調(diào)查[15]內(nèi)容主要包括：

邊坡編號、起

訖樁號、線路走向、邊坡走向、邊坡長度、邊坡高度、邊坡級數(shù)、邊坡坡率，邊坡地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造特征、坡體結(jié)構(gòu)類型、賦存水發(fā)育狀態(tài)與分布規(guī)律等。同時，基本信息還應(yīng)包括邊坡的工程簡介、工程圖片、交通流量等信息。動態(tài)信息調(diào)查[15]內(nèi)容主要包括：截排水工程調(diào)查、普通防護工程調(diào)查、支擋工程調(diào)查、錨固工程調(diào)查、邊坡防護加固工程等結(jié)構(gòu)缺損狀態(tài)調(diào)查，以及坡面沖刷調(diào)查、風(fēng)化剝落調(diào)查、掉塊落石調(diào)查、坍塌崩塌調(diào)查、邊坡滑坡調(diào)查、山體滑坡調(diào)查等邊坡病害發(fā)育狀態(tài)調(diào)查。

為便于現(xiàn)場調(diào)查信息獲取，結(jié)合邊坡調(diào)查基本信息與動態(tài)信息，提出運營期巖質(zhì)高邊坡安全檢查表，該表克服了傳統(tǒng)檢查表[1,7]存在的檢查項目不全、系統(tǒng)性不強等問題的局限，具體見表1。

表1 XX合同段運營期巖質(zhì)高邊坡安全檢查

記錄人： 日期：

1.2 工程地質(zhì)類比與復(fù)核

在邊坡基本信息調(diào)查的基礎(chǔ)上，重點針對運營邊坡裸露巖體或鄰近相似山體揭露巖體狀況進行地質(zhì)調(diào)查[16]，包括巖體風(fēng)化特征、坡體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面特征等，與具有類似工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的既有邊坡或其它穩(wěn)定邊坡進行合理性分析與比對，并與地質(zhì)勘察報告進行復(fù)核確認。其中，結(jié)構(gòu)面特征主要根據(jù)現(xiàn)場出露巖體實際，判定結(jié)構(gòu)面類別、結(jié)構(gòu)面間距、結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度及發(fā)育程度，對于因邊坡護面覆蓋而無法確定的情況，應(yīng)如實記錄并拍照留存。通過現(xiàn)場地質(zhì)復(fù)核，綜合判斷邊坡破壞模式，對于巖質(zhì)邊坡被噴射混凝土等護面所覆蓋[15]，現(xiàn)場檢查時及通過資料收集均難以確定破壞模式的情況列入邊坡破壞模式分類中。

1.3 現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值計算

選取主要結(jié)構(gòu)斷面，基于現(xiàn)場動態(tài)信息調(diào)查，對于具備測樁條件的抗滑樁，用低應(yīng)變儀對樁身完整性進行檢測，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查的樁面情況(如是否有鋼筋外露銹蝕、麻面、風(fēng)化剝落等情況)以及樁間土狀況(如變形失穩(wěn)、越頂破壞、土拱失效等)，確定抗滑樁及樁板墻指標(biāo)分級；對于錨桿/錨索框架，除調(diào)查框架基本信息外，還應(yīng)重點調(diào)查錨墩是否布設(shè)及其完整性、錨索是否外露銹蝕、樁錨連接部位是否出現(xiàn)裂縫等，確定錨桿/錨索框架指標(biāo)分級。依據(jù)竣工圖等設(shè)計資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，利用有限元軟件進行數(shù)值模擬計算，復(fù)核原始設(shè)計工況條件下邊坡穩(wěn)定情況與支擋結(jié)構(gòu)受力變化，對邊坡設(shè)計方案合理性及適宜性進行綜合分析判斷，確定設(shè)計因素的影響。

1.4 指標(biāo)的確定

對運營期巖質(zhì)高邊坡指標(biāo)的辨識采用現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)復(fù)核與監(jiān)測計算相結(jié)合的方法，具體如圖1所示。其中，由現(xiàn)場調(diào)查確定邊坡基本信息，篩選出邊坡斷面幾何特征A與水的影響C2個一級指標(biāo)；通過地質(zhì)復(fù)核對基本信息中坡體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)特征進行確定，得到邊坡巖體結(jié)構(gòu)B及邊坡破壞模式E2個一級指標(biāo)；通過對抗滑樁及樁板墻與錨桿/錨索框架梁等支擋結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場監(jiān)測與模擬計算，判斷設(shè)計合理性，進而確定支擋加固結(jié)構(gòu)設(shè)施D一級指標(biāo)。

圖1 風(fēng)險評估指標(biāo)辨識技術(shù)路線Fig.1 Technology roadmap of risk assessment for the indicator identification

2 評估指標(biāo)體系

2.1 體系構(gòu)建思路

根據(jù)以上指標(biāo)的辨識與分析，確定了5個一級指標(biāo)。在參考相關(guān)文獻[1,3,7,10,15-16]、現(xiàn)場調(diào)研與專家咨詢的基礎(chǔ)上，確定二級指標(biāo)及具體分類。指標(biāo)權(quán)重分值的確定是體系構(gòu)建的難點，首先，分值選取原則參照《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險評估指南(試行)》[15]的設(shè)定原則，采用百分制，并根據(jù)各指標(biāo)影響因素的不同進行折算；其次，對定性指標(biāo)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查病害具體情形進行區(qū)分，對于定量指標(biāo)，以現(xiàn)場監(jiān)測、統(tǒng)計分析、試驗驗證等界定分級閾值；同時，結(jié)合以往文獻[1,7,15]和工程案例進行試算，確定指標(biāo)合理性與適宜性。為確保指標(biāo)取值的準(zhǔn)確性，體系表中明確了各指標(biāo)現(xiàn)場定性判斷或定量監(jiān)測的取值方法。

2.2 指標(biāo)體系的建立

基于以上指標(biāo)體系建立的思路，巖質(zhì)高邊坡運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系見表2。

3 工程實例

3.1 工程背景

重慶某高速公路全長59 km，全線地形主要為構(gòu)造溶蝕、剝蝕中低山灰?guī)r及粉砂巖深切谷地斜坡地貌，地質(zhì)條件復(fù)雜，線路出露主要為三疊系中統(tǒng)巴東組第一段(T2b1)、第二段(T2b2)、第三段(T2b3)、第四段(T2b4)及第四系殘坡積(Qel+dl)地層，坡率1∶0.5和1∶0.75的邊坡較多。該高速公路于2010年建成通車，運營過程中多處邊坡出現(xiàn)病害，尤其以A05，A09，A16，A12等4個合同段19處高邊坡病害情況較為突出，

以A09標(biāo)

續(xù)表2

段ZK1302+480～ZK1302+800上邊坡(以下簡稱“0902上邊坡”)為例對建立的指標(biāo)體系各指標(biāo)進行賦值。0902上邊坡位于山體中部，坡高約23 m，自然坡度30～45°，出露地層具有二元結(jié)構(gòu)，上部地表殘坡積物厚度變化較大，在+580剖面厚度約9～14 m，+670剖面厚度約12～19 m，+730剖面厚度約6～8 m；下部基巖為三疊系巴東組泥灰?guī)r，傾向坡內(nèi)，傾角約25°。該邊坡先后經(jīng)過3次設(shè)計變更，具體見圖2。

圖2 上邊坡Fig.2 0902 slope

3.2 指標(biāo)賦值

3.2.1 現(xiàn)場調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，確定邊坡斷面幾何特征與水的影響各指標(biāo)取值，其中，水的影響現(xiàn)場照片見圖3。

圖3 擋板滲水痕跡Fig.3 Baffle seepage traces

3.2.2 地質(zhì)類比與復(fù)核

經(jīng)地質(zhì)復(fù)核，該斜坡地層產(chǎn)狀157°∠28°，為單斜地層，與山坡成逆向坡，路線走向與地層走向近于平行，淺部巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體多切割成塊狀，主要發(fā)育節(jié)理有3組，均呈閉合狀，其主要特征如下：L1：產(chǎn)狀185°∠77°，水平延伸1.60～2.30 m；L2： 產(chǎn)狀355°∠63°，水平延伸0.90～2.10 m；L3：產(chǎn)狀 277°∠60°，水平延伸2.50～4.20 m。本邊坡上部覆蓋層較厚，破壞模式為沿覆蓋層與巖體交界面滑動。

3.2.3 監(jiān)測計算

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，樁身外觀以表面出現(xiàn)風(fēng)化麻面、開裂、樁間土流失等不同程度進行分級賦值，現(xiàn)場照片見圖4。經(jīng)對該邊坡3排37根具備檢測條件的抗滑樁進行RSM低應(yīng)變儀隨機抽檢，結(jié)果顯示有6根抗滑樁不同程度的存在離析現(xiàn)象，離析長度占樁長的比例分布見圖5。

圖4 樁間土流失Fig.4 Soil loss between piles

圖5 抗滑樁離析長度比例分布Fig.5 Proportion distribution of segregation length of anti-slide pile

選取ZK1302+670剖面進行計算復(fù)核，對原始設(shè)計的自重與自重+暴雨2種工況分別計算，參數(shù)選取設(shè)計文件中提供的參數(shù)，復(fù)核內(nèi)容分為局部復(fù)核與整體復(fù)核，結(jié)果見表3。根據(jù)實際的邊坡形態(tài)及支護方式建立模型進行數(shù)值計算，結(jié)果見圖6-9。

圖6 邊坡計算模型及網(wǎng)格劃分Fig.6 Slope model and meshing

圖7 邊坡位移Fig.7 Slope displacement contour

圖8 邊坡應(yīng)變Fig.8 Slope strain contour

圖9 邊坡結(jié)構(gòu)內(nèi)力Fig.9 Internal force diagram of slope structure

剖面名稱工況條件穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定性評價ZK1302+670自重1.35穩(wěn)定自重+暴雨1.33穩(wěn)定

由數(shù)值模擬結(jié)果可知，邊坡位移主要集中在二級平臺抗滑樁后土體，但由于上部防護方式為樁板墻，防護結(jié)構(gòu)整體性較好，剛度大，坡體實際無變形破壞跡象；邊坡應(yīng)變在二級平臺抗滑樁后土體內(nèi)較大，但由于抗滑樁的加固作用，樁前應(yīng)變明顯減?。唤Y(jié)構(gòu)內(nèi)力圖顯示，滑坡推力主要由二級平臺抗滑樁承擔(dān)，二級平臺抗滑樁承受了較大的彎矩，邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，綜合分析后認為該邊坡支擋加固方案較適宜。

3.2.4 計算結(jié)果

通過以上分析，按照表2中各指標(biāo)取值確定方法，得到結(jié)果見表4，分別給出了15個二級指標(biāo)分值與取值說明，其中，水的影響、支擋加固設(shè)施與邊坡破壞模式對邊坡整體穩(wěn)定性影響較大。評估指標(biāo)體系的確定不但便于指標(biāo)賦值，也為后續(xù)評估模型的建立與風(fēng)險分析奠定了基礎(chǔ)。

表4 各指標(biāo)取值

續(xù)表4

4 結(jié)論

1)建立了巖質(zhì)高邊坡安全檢查表，給出了風(fēng)險評估指標(biāo)辨識技術(shù)路線圖，提出了基于邊坡現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)類比復(fù)核及現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬相結(jié)合的巖質(zhì)高邊坡運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)識別方法。

2)構(gòu)建了巖質(zhì)高邊坡運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系，確定了5個一級指標(biāo)與15個二級指標(biāo)，劃分了74個指標(biāo)分級，給出了各指標(biāo)取值方法，并通過重慶某高速公路實例證明了該方法的適用性。

3)對運營期巖質(zhì)高邊坡開展系統(tǒng)的風(fēng)險辨識，建立運營安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系，有利于查找事故隱患，為后期準(zhǔn)確評估邊坡風(fēng)險、形成綜合的風(fēng)險評估方法奠定了基礎(chǔ)。

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