胡鼎培，王勇

（貴州省建筑設(shè)計研究院 有限責(zé)任公司，貴陽 550081）

1 概述

高陡巖質(zhì)邊坡巖體的發(fā)育特征受地質(zhì)構(gòu)造運動的影響大，巖體的沉積相、節(jié)理裂隙等規(guī)律大多僅能從宏觀上進行反演分析或現(xiàn)象抽象總結(jié)。為了方便工程應(yīng)用，傳統(tǒng)的巖石力學(xué)及土力學(xué)對巖體進行較多的計算假設(shè)，主要是將各向異性假定成各向同性。 在現(xiàn)有實踐中，關(guān)于邊坡土壓力計算多采用經(jīng)典的庫倫土壓力理論。該理論能很好地控制治理對象的安全，同時，由于經(jīng)典理論存在較多理想化假設(shè)，因而又導(dǎo)致許多項目失敗。

大多巖土工程師在進行巖土工程治理設(shè)計時，安全多停留在規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)上，僅以滿足規(guī)范要求作為“護身符”，而沒有系統(tǒng)的工程安全風(fēng)險知識。這在一定程度上反而加大了高陡巖質(zhì)邊坡治理的工程風(fēng)險。基于工程安全風(fēng)險控制的高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計是將部分與巖體相關(guān)工程安全風(fēng)險前置到設(shè)計階段，減少后期治理的工程安全風(fēng)險，實現(xiàn)高陡巖質(zhì)邊坡治理的永久安全及治理方案的完善。

2 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中的難點與重點

高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析常用方法有定性分析及定量分析，定性分析常用于宏觀控制或概念設(shè)計方面；定量分析是利用規(guī)范規(guī)定的計算理論系統(tǒng)計算并進行分析比較。在進行定量計算時，選取合理的計算模型及巖體力學(xué)參數(shù)是關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗總結(jié)，各種計算模型均存在一定的局限性。Morgenstern 認為，經(jīng)典土力學(xué)理論是壓剪土力學(xué)理論，適用于巖土體完全受到壓剪應(yīng)力荷載；不適用于外部卸載造成土體拉張、孔隙率增大、土體強度減小的巖土破垮工況過程【1】。其指出建立在壓剪土力學(xué)理論基礎(chǔ)上的現(xiàn)代巖土工程安全設(shè)計方法存在安全缺陷，使達到巖土工程安全設(shè)計標(biāo)準的斜坡等結(jié)構(gòu)在營運過程中可能發(fā)生滑塌，產(chǎn)生災(zāi)難性后果。

同時，一些控制邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面存在較強的隱蔽性及復(fù)雜性。目前，勘察手段難以準確查明其空間狀態(tài)及物理力學(xué)指標(biāo)，多以地表調(diào)查及規(guī)范經(jīng)驗代替實際工作，導(dǎo)致設(shè)計過程中對邊坡缺乏完整的認知。在治理設(shè)計中完全依靠經(jīng)驗進行計算模型的選取，增加了工程的安全風(fēng)險。

通常，高陡巖質(zhì)邊坡地形地貌復(fù)雜，邊坡破壞后果嚴重，控制邊坡安全因素較多。在進行邊坡治理設(shè)計時，宏觀上的準確判斷和微觀上的正確計算是保證邊坡安全的根本途徑，同時也是重點及難點。

在準確判斷及正確計算基礎(chǔ)上，選取合適的治理工程措施亦存在一定的難度。大多高陡巖質(zhì)邊坡是永久性邊坡，支護結(jié)構(gòu)與坡體巖體共同作用、支護結(jié)構(gòu)體系間的共同作用、坡體應(yīng)力改變的時空效應(yīng)等尚無理論支持，支護結(jié)構(gòu)的失能失效沒有嚴格的工程控制措施等情況都是治理設(shè)計中存在的難點或者盲點。

3 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中的工程安全風(fēng)險分析

工程安全風(fēng)險通常具有不確定性、相對性、可變性3 個基本屬性。高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中重點及難點也是設(shè)計過程中安全風(fēng)險控制核心。因此，在進行高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計時，主要安全風(fēng)險點與設(shè)計重點及難點具有高度契合性。設(shè)計過程中主要有以下5 個重大工程安全風(fēng)險。

3.1 勘察成果不完整或失真的風(fēng)險

在實際生產(chǎn)過程中，受限于勘察手段的單一及勘察技術(shù)的落后，一些延伸程度較大但隱蔽于深處的軟弱結(jié)構(gòu)面查明難度大。例如，多數(shù)巖體結(jié)構(gòu)面的原位測試局限于坡體表層巖體，通過查詢規(guī)范經(jīng)驗值確定物理力學(xué)指標(biāo)彈性較大。例如，GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中對硬性結(jié)構(gòu)的抗剪強度指標(biāo)標(biāo)準值內(nèi)摩擦角差值達9°，黏聚力差值達0.04MPa，等效內(nèi)摩擦角達10°【2】。對于高陡巖質(zhì)邊坡，這些差值足以導(dǎo)致最終計算結(jié)果的“天壤之別”。在進行邊坡勘察時，對于工程地質(zhì)宏觀判別及控制不熟悉，致使巖性、巖體質(zhì)量以及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)的差異并未體現(xiàn)在勘察成果中。例如，碳酸鹽巖坡體可能存在以溶隙形式存在軟弱結(jié)構(gòu)面，以巖溶管道存在遠程地下水影響等。沉積相的不同，巖體的巖性相近，但其強度可能存在較大差異等情況均是勘察成果中極易缺失的部分。

3.2 計算模型選取錯誤的風(fēng)險

實際生產(chǎn)過程中，行業(yè)間的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準要求存在差異。在進行計算模型選擇時，除理論模型本身的局限性外，尚存在計算模型選擇失誤的可能。例如，在采用折線法計算下滑力時，本身就存在顯式解和隱式解2 種情況；在進行錨桿（索）拉力計算時，其與滑移面平行的分力是降低“分母”還是增加“分子”；邊坡側(cè)壓力與滑坡推力的方向及大小判定等都是極易造成計算模型選取失誤的地方。

3.3 治理方案選擇失誤的風(fēng)險

治理方案的合理性及經(jīng)濟性是高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中的重中之重。在進行治理方案選擇時，需要考慮結(jié)構(gòu)安全、工藝成熟且簡單、環(huán)境影響小等因素。但在進行高陡巖質(zhì)邊坡治理時，一些工藝較為復(fù)雜且存在一定局限的工藝是必須手段。例如，預(yù)應(yīng)力錨桿（索），其預(yù)應(yīng)力損失無法定量評估【3】。

3.4 治理設(shè)計中忽略或弱化一些非常重要的輔助治理手段的風(fēng)險

例如，監(jiān)測大而化之，無具體的監(jiān)測方案；截排水僅局限于坡頂及坡腳或坡面，無必要的水利分析計算；對于工程治理過程中可能出現(xiàn)的重大工程危險無分析評價，可能出現(xiàn)的危急情況無應(yīng)急設(shè)計等。

3.5 設(shè)計人員經(jīng)驗不足或犯經(jīng)驗主義錯誤的風(fēng)險

在高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中，受巖性、巖體、作用3 者之間的復(fù)雜性影響，每一個高陡巖質(zhì)邊坡的工程特性具有相似性及惟一性。設(shè)計人員經(jīng)驗不足是一種常態(tài)。同時，經(jīng)驗的普適性亦會導(dǎo)致在進行治理設(shè)計時犯錯。

4 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計中的工程風(fēng)險控制及應(yīng)用

1）勘察成果是治理設(shè)計的依據(jù)，在充分尊重及利用勘察成果的同時，需對相關(guān)核心影響因子進行必要的復(fù)核及調(diào)整。有條件的情況下，設(shè)計人員需到現(xiàn)場進行實地查驗。針對一些巖性變化、風(fēng)化差異較大及邊坡巖體質(zhì)量為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級的高陡巖質(zhì)邊坡，需特別注意結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標(biāo)及結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況對坡體穩(wěn)定的影響。在進行設(shè)計時，對勘察成果各數(shù)據(jù)間建立相關(guān)性分析評價，并根據(jù)工況及工程環(huán)境進行適當(dāng)調(diào)整。

2）在進行計算模型選取時，應(yīng)進行赤平投影分析、側(cè)壓力計算、下滑力計算、等效內(nèi)摩擦角復(fù)核等多種模型綜合分析，選取最不利的結(jié)果作為支護結(jié)構(gòu)計算的依據(jù)。同時，應(yīng)根據(jù)支護結(jié)構(gòu)的不同，有針對性地選取計算模型及一些輔助參數(shù)。同時，注意一些基礎(chǔ)的物理力學(xué)作用的分析，避免發(fā)生錯誤。

3）注意信息化設(shè)計施工的應(yīng)用。由于巖體存在各向異性，信息化設(shè)計施工尤為重要。通常情況下，設(shè)計技術(shù)負責(zé)人必須對邊坡開挖后的情況進行現(xiàn)場了解及復(fù)核；對一些地質(zhì)條件復(fù)雜的邊坡，需進行必要的施工勘察工作。及時發(fā)現(xiàn)一些隱藏的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面、坡面滲水點、工程環(huán)境變化等情況。

4）設(shè)計文件中須明確邊坡治理施工工藝的要求，比如，分級分段高度及長度、坡面驗收、重要隱蔽驗收等的要求。同時，設(shè)計文件中必須明確監(jiān)測方案、截排水方案、重大危險應(yīng)急方案等。針對一些重要且復(fù)雜的坡體，應(yīng)進行必要的監(jiān)測專項設(shè)計及應(yīng)急工程設(shè)計，用于指導(dǎo)后期預(yù)報預(yù)警及應(yīng)急搶險。

5）加強設(shè)計人員的管理。高陡巖質(zhì)邊坡的治理一定要安排工程經(jīng)驗豐富、膽大心細、責(zé)任心非常強的高職技術(shù)人員來擔(dān)任項目負責(zé)人，而不是僅僅滿足國家規(guī)定的注冊師。同時，設(shè)計方案應(yīng)進行必要的頭腦風(fēng)暴法，而不是簡單設(shè)計—審核模式。在進行治理方案設(shè)計時，盡量選取工藝簡單的方案。設(shè)計人員除了必要技術(shù)交底外，尚應(yīng)全過程跟蹤治理過程。

5 結(jié)語

高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計不僅是一個技術(shù)工作，更涉及管理、社會、環(huán)境等諸多方面的影響。設(shè)計的成敗直接關(guān)系到邊坡建造及運營過程中的工程安全風(fēng)險。因此，將一些能夠預(yù)見的工程風(fēng)險前置至設(shè)計階段進行控制，是一種最小成本、最低風(fēng)險的風(fēng)險控制手段。本文僅針對治理設(shè)計中的技術(shù)方面進行風(fēng)險分析及控制建議，在實際生產(chǎn)過程中，尚存在許多其他方面的風(fēng)險需要進一步研究。