高等級公路邊坡滑坡成因及常用處治技術探析
汪永華
摘要：高等級公路高快速、流量大、服務功能突出等特點，具有重要的政治和經(jīng)濟價值。特別是隨著我國高等級公路建設的迅速發(fā)展，公路邊坡的加固與防護也日益重要。本文分析了高等級公路邊坡滑坡的成因，研究了邊坡工程處治設計原則，探析了邊坡處治的常用技術，對高等級公路的設計和養(yǎng)護具有重要的參考價值。
關鍵詞：高等級公路 邊坡滑坡 成因 處治技術
邊坡是人類工程活動中最常見的一種自然地質(zhì)環(huán)境。隨著我國高等級公路建設的迅速發(fā)展，公路邊坡的加固與防護也日益重要，它一方面關系到公路的安全運行，另一方面又影響到邊坡工程的成本。
一、高等級公路邊坡滑坡成因分析
影響高等級公路邊坡滑坡的因素很多，一般歸納為兩個方面，即內(nèi)在因素和外在因素。
(l)內(nèi)在因素
內(nèi)在因素是產(chǎn)生滑坡的根本原因，主要表現(xiàn)為邊坡(巖)土體強度與滑坡下滑的剪切力是否相適應，當剪切力大于邊坡自身強度所形成的抗滑力時，邊坡就會變形，直至破壞滑動。而當(巖)土體自身的強度較大，所產(chǎn)生的抗滑力大于下滑的剪切力時，邊坡就穩(wěn)定。控制邊坡穩(wěn)定程度的內(nèi)在因素，主要是(巖)土體的性質(zhì)和其內(nèi)部結構，地應力的大小等。
(2)外在因素
邊坡是否產(chǎn)生活動還決定于外在因素：邊坡的邊界條件，地表水及地下水的影響，地震和爆破震動的影向，人類活動影響等等。
①邊界條件：滑坡的發(fā)生，首先要有基本的滑坡邊界條件，主要指滑動(巖)土體的下方或前方要有滑動空間，即要有臨空面。在高等級公路建設中，開挖形成的路折邊坡都存在著臨空面，所以邊坡有著滑坡的條件。
②地表水和地下水的影響：地表水的下滲，導致邊坡土體飽和，甚至在邊坡下部的隔水層上積水，從而增加了滑體的重量，降低了邊坡巖土體的抗剪強度，最終導致滑坡。
地下水的存在，使邊坡(巖)土體抗剪強度顯著減小，同時地下水還能溶解土石中的易溶物質(zhì)，使土石成分發(fā)生變化，并使巖石和巖體結構受到破壞，發(fā)生崩解和泥化現(xiàn)象，從而使(巖)土體的抗剪強度降低，導致滑坡的形成。
③地震、爆破對滑坡的影響：地震對滑坡的影響極大，究其原因，首先是地震的強烈作用使邊坡(巖)土體的內(nèi)部結構發(fā)生破壞和變化，原有的結構面張裂、松弛，加土上地下水也有較大變化，特別是地下水位的突然升高或降低對邊坡穩(wěn)定很不利。另外，一次強烈地震的發(fā)生，往往伴隨著許多余震，在地震力的反復振動沖擊下，斜披土體就更容易發(fā)生變形，最后就會發(fā)展成滑坡。
④人類活動的影響：主要指人們在高等級公路建設中所采取的有關措施、方法和行動不當造成滑坡。
二、邊坡工程處治設計原則
高等級公路邊坡工程處治主要要服從以下原則：
(1)邊坡工程中的極限狀態(tài)設計原則
邊坡設計要解決的根本問題是在邊坡的穩(wěn)定性與經(jīng)濟之間的一種合理的平衡，力求以最經(jīng)濟的途徑使服務于工程建筑物的邊坡滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求。邊坡工程的可靠性是指邊坡及其支護結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，保持自身整體穩(wěn)定性的能力，它是邊坡安全性、適用性和耐久性的總稱。
①安全性：邊坡及其支護結構在正常施工和正常使用時能承受可能出現(xiàn)的各種荷載作用，以及在偶然時間發(fā)生時及發(fā)生后應能保持必須的整體穩(wěn)定性。
②適用性：邊坡及其支護結構在正常使用時能滿足預定的使用要求，如作為建筑物環(huán)境的邊坡能保持主體建筑物的正常使用。
③耐久性：邊坡及其支護結構在正常維護下，隨著時間的變化，仍能保持自身整體穩(wěn)定，同是不會因為邊坡的變形而引起主體建筑物的正常使用。
為了對邊坡及其支護結構的可靠性進行定量描述，可采用邊坡工程的可靠度概念。它是指邊坡及其支護結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，保持自身整體穩(wěn)定性的概率。顯然，它是邊坡及其支護結構可靠性的一種概率度量。鑒于邊坡穩(wěn)定性設計巖上介質(zhì)多種不確定性因素的影響，邊坡可靠度的研究難度遠較結構可靠度大，因此目前在邊坡工程設計中主要是應用較成熟的結構可靠度理論，在保證邊坡穩(wěn)定性的前提下對支護結構采用極限狀態(tài)設計原則。
在邊坡工程設計中采用的極限狀態(tài)設計法(其基準期以主體建筑物的設計基準期為準)，一般采用承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種極限狀態(tài)，承載能力極限狀態(tài)時指支檔結構強度破壞、錨固系統(tǒng)失效、邊坡失穩(wěn)；正常使用極限狀態(tài)時指支護結構和邊坡變形量、危及鄰近建(構)筑物正常使用、耐久性不能滿足結構設計年限要求等。
(2)邊坡設計中的荷載效應原則
在邊坡穩(wěn)定性分析與推力計算中的涉及的主要荷載有：邊坡巖土體自重，邊坡上的各種建筑物產(chǎn)生的附加荷載，地下水產(chǎn)生的諸如靜水壓力、滲透壓力等荷載、可變荷載和偶然荷載。各種荷載的取值應根據(jù)不同極限狀態(tài)的設計要求取不同的代表值，永久荷載一般以其標準值作為代表值，可變荷載一般以其標準值、組合值、準永久值作為代表值。
各種荷載的標準值是根據(jù)邊坡處治結構按照極限狀態(tài)設計是采用的荷載基本代表值，它可以統(tǒng)一由設計基準期最大荷載概率分布的某一分位數(shù)確定，準永久值主要依據(jù)荷載出現(xiàn)的累積持續(xù)時間而定，即按照設計基準期內(nèi)荷載超過該值的總持續(xù)時間與整個設計基準期的比值確定�？勺兒奢d的組合值是當結構承受兩種或兩種以上的可變荷載時，按承受能力極限狀態(tài)基本組合及正常使用極限狀態(tài)短期組合設計時采用的荷載代表值。
各種荷載效應組合應根據(jù)有關國家現(xiàn)行規(guī)范，按照最不利原則進行。邊坡工程設計中采用的荷載按照最不利原則進行組合。
(3)邊坡工程設計中的設計計算原則
在邊坡工程設計中必須進行下列驗算：
①支護結構強度計算，包括錨桿抗拔承載力和立柱與擋墻基礎的地基的抗壓、抗彎、抗剪及局部抗壓承載力均應滿足穩(wěn)定性驗算。
②在錨桿擋墻設計中，必須進行錨桿抗拔承載力和立柱與擋墻基礎的地基承載力驗算。
③當邊坡位于滑坡地段或邊坡的滑塌可能影響到周圍的建筑物時，應對邊坡工程進行支護結構整體或局部穩(wěn)定性驗算。
④如果對邊坡的變形有較高的要求時，應對邊坡進行變形分析，并根據(jù)分析結構采取有限的措施控制變形量，使之滿足規(guī)定要求。
(4)邊坡工程設計中的信息化設計原則
由于邊坡（巖）土介質(zhì)的復雜性、可變性和不確定性，地質(zhì)勘察參數(shù)難以準確確定，加之設計理論和設計方法帶有經(jīng)驗性和類比性。因此邊坡工程的設計往往難以一次定型，需要根據(jù)施工中反饋的信息和監(jiān)控的資料不斷校核、補充和完善設計，這是目前邊坡工程處治設計中較為科學的動態(tài)設計方法，這種設計方法要求提出特殊的施工港岸和監(jiān)控方案，以保證在施工工程中能獲取對原設計進行校核、補充和完善的有效資料和數(shù)據(jù)。
(5)邊坡工程設計的綜合治理原則
在邊坡工程設計，應根據(jù)邊坡的具體情況，結和主體工程建筑物實施多措施綜合治理原則。在保證邊坡自身穩(wěn)定性的前提下，綜合考慮主體建筑物、周圍建筑物、周邊建筑物以及整體美觀、適用、經(jīng)濟等特點進行優(yōu)化設計。
三、邊坡處治的常用技術探析
邊坡的處治技術很多，概括起來主要有以下幾部分：
(1)放緩邊坡
放緩邊坡是邊坡處治的常用措施之一，通常為首選措施。它的優(yōu)點是施工簡便、經(jīng)濟、安全可靠。
邊坡失穩(wěn)破壞通常是由于邊坡過高、坡度太陡所致。通過削坡，削掉一部分邊坡不穩(wěn)定巖土體，使邊坡坡度放緩，穩(wěn)定性提高。
(2)支擋
支擋(擋墻、抗滑樁)是邊坡處治的基本措施。對于不穩(wěn)定的邊坡巖土體，使用支擋結構(擋墻、抗滑樁等)對其進行支擋，是一種較為可靠的處治手段。它的優(yōu)點是可以從根本上解決邊坡的穩(wěn)定性問題，達到根治的目的。
(3)加固
①注漿加固
當邊坡坡體較破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育時，可采用壓力注漿這一手段，對邊坡坡體進行加固。灌漿液在壓力的作用下，通過鉆孔壁周圍切割的節(jié)理裂隙向四周滲透，對破碎邊坡巖土體起到膠結的作用，形成整體；此外，砂漿柱對破碎邊坡巖土體起到螺栓連接作用，達到提高坡體整體性及穩(wěn)定性的目的。
注漿加固可對邊坡進行深層加固。
②錨桿加固
對邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時，可打入一定數(shù)量的錨桿，對邊坡進行加固。錨桿加固邊坡的機理相當于螺栓的作用。
錨桿加固為一種淺層加固手段。
③土釘加固
對于軟質(zhì)巖石邊坡或土質(zhì)邊坡，可向坡體內(nèi)打入足夠數(shù)量的土釘，對邊坡起到加固作用。土釘加固邊坡的機理類似于群錨的作用。
與錨桿相比，上釘加固具有“短”而“密”的特點，是一種淺層邊坡加固技術。兩者在設計計算理論上有所不同，但在施工工藝上是相似的。
④預應力錨索加固
當邊坡較高、坡體可能的潛在破裂面位置較深時，預應力錨索不失為一種較好的滲層加固手段。目前，在高邊坡的加固工程中，正逐漸發(fā)展成為一種趨勢，被越來越多的人接受。
在高邊坡加固工程中，與其他加固措施相比，預應力錨索具有：
①受力可靠；
②作用力可均勻分布于需加固的邊坡上，對地形、地質(zhì)條件適應能力強，施工條件易滿足；
③主動受力；
④勿需放炮開挖，對坡體不產(chǎn)生擾動和破壞，能維持坡體本身的力學性能不變。
⑤施工速度快等優(yōu)點。
(4)防護
邊坡防護包括植物防護和工程防護。
①植物防護
植物防護是在坡面上栽種樹木、植被、草皮等植物，通過植物根系發(fā)育，起到固土，防止水土流失的一種防護措施。這種防護措施一般適用于邊坡不高、坡角不大的穩(wěn)定邊坡。
②工程防護
a砌體封閉防護
當邊坡坡度較陡、坡面土體松散、自穩(wěn)性差時，可采用污工砌體封閉防護措施。砌體封閉防護包括漿砌片石、漿砌塊石、漿砌預制塊、漿砌混凝土空心磚等。
b噴射素混凝土防護
對于穩(wěn)定性較好的巖質(zhì)邊坡，可在其表面噴射一層素混凝土，防止巖石繼續(xù)風化、剝落、達到穩(wěn)定邊坡的目的。這是一種表層防護處治措施。
c掛網(wǎng)錨噴防護
對于軟質(zhì)巖石邊坡或石質(zhì)堅硬但穩(wěn)定性較差的巖質(zhì)邊坡，可采用掛網(wǎng)錨噴防護。掛網(wǎng)錨噴是在邊坡坡面上鋪設鋼筋網(wǎng)或土工塑料網(wǎng)等，向坡體內(nèi)打入錨桿(或錨釘)將網(wǎng)鉤牢，向網(wǎng)上噴射一定厚度的素混凝土，對邊坡進行封閉防護。
(5)排水
①截水溝
為了防止邊坡以外的水流進坡體，對坡面進行沖刷，影響邊坡穩(wěn)定性，通常在邊坡外緣設置截水溝，以攔截坡外水流。
②坡內(nèi)排水溝
除了邊坡外緣設置截水溝外，在邊坡坡體內(nèi)應設置必要的排水溝，使大氣降雨能盡快排出坡體，避免對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。
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