路基高邊坡穩(wěn)定性與加固措施分析

樊明潔，楊建波

（北京建達道橋咨詢有限公司，北京 100015）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，全國高速公路網(wǎng)也在迅速建成。高速公路路面較寬，線形指標要求高，在復(fù)雜山區(qū)展線時，不可避免產(chǎn)生高邊坡，且由于山區(qū)地形地質(zhì)復(fù)雜，很容易導(dǎo)致高邊坡變形甚至產(chǎn)生滑坡，從而延誤施工工期，增加投資成本。本文從山區(qū)高速公路設(shè)計、施工等方面，對如何提高高邊坡的穩(wěn)定性及高邊坡加固進行分析。

高邊坡的變形是施工及運營中最大的隱患，其破壞類型一般分為老滑坡體復(fù)活和新邊坡病害。老滑坡體復(fù)活，是指路線通過老滑坡等不良地質(zhì)地段，在其下部進行開挖，對老滑坡體進行了擾動，使滑坡復(fù)活；新邊坡病害，是指自然斜坡本身處于欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)，路基邊坡開挖后產(chǎn)生變形，有的在施工期發(fā)生，有的在一兩年內(nèi)發(fā)生。主要形式有崩塌、滑坡和傾倒等。

路線設(shè)計人員在選線時，要特別重視地質(zhì)調(diào)查，貫徹“地質(zhì)選線”的原則，對已經(jīng)存在的古老滑坡和潛在滑坡要有充分的認識，盡量將線路避開這些地段布設(shè)。地質(zhì)調(diào)查應(yīng)包括以下內(nèi)容：a）邊坡所在山坡的地形特征；b）氣象、水文和水文地質(zhì)條件；c）線路在山坡上的位置、走向，欲開挖邊坡的高度和形式；d）巖土體的風(fēng)化程度、完整程度、分層厚度等。

1 高邊坡的穩(wěn)定性評價方法

高邊坡的設(shè)計內(nèi)容包括：

a）邊坡穩(wěn)定性分析；

b）選擇橫斷面的邊坡形式；

c）確定邊坡坡率；

d）設(shè)計必要的邊坡加固防護工程；

e）做好高邊坡坡頂、坡面的排水設(shè)施；

f）妥善處理廢方。

高邊坡設(shè)計的關(guān)鍵是邊坡穩(wěn)定設(shè)計，因此高邊坡設(shè)計必須進行多種方法相結(jié)合的邊坡穩(wěn)定性分析評價。

高邊坡穩(wěn)定性評價有多種方法，對于工程地質(zhì)條件較簡單的挖方段，可采用工程地質(zhì)類比法，即從附近自然穩(wěn)定的山坡中調(diào)查可以類比的坡率、坡高及坡形；對于土質(zhì)挖方，可采用直線法或圓弧計算法驗算其穩(wěn)定性，最小穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.20。而對于巖石挖方，多采用定性的分析方法，輔以力學(xué)計算法。定性分析主要采用以工程地質(zhì)類比法、赤平極射投影法等為主；力學(xué)計算法采用極限平衡法和有限元法。

工程中最常用的是力學(xué)計算法，用其評價邊坡的穩(wěn)定性，可以得出穩(wěn)定系數(shù)的定量數(shù)據(jù)，算出需要加固工程承受力的大小。但是對于復(fù)雜的高邊坡穩(wěn)定性計算，由于計算的邊界條件和破壞面巖土參數(shù)難以準確判定、試驗和選取，使計算結(jié)果的真實性有所降低。故應(yīng)以工程地質(zhì)分析對比法為基礎(chǔ)輔以力學(xué)計算的方法，兩者結(jié)合較為合理，前者為后者提供變形類型、范圍和邊界條件，后者則可得出穩(wěn)定系數(shù)和作用力大小，為設(shè)計提供依據(jù)。

2 高邊坡的穩(wěn)定與加固

2.1 高邊坡穩(wěn)定措施

高邊坡設(shè)計在應(yīng)用多種方法進行穩(wěn)定性評價后，還要做出包括開挖、支擋、加固費用在內(nèi)的技術(shù)經(jīng)濟比較，從中確定最優(yōu)化的設(shè)計方案。而高邊坡的防治，主要有兩個措施，放緩坡率和增加支擋工程。對于高度在40m以下的邊坡，可以放緩坡率為主要措施，而大于40m的邊坡，放緩邊坡會增加廢方、增加占地，破壞植被，故可以采取相對較陡的坡率，結(jié)合支擋、加固工程來減小邊坡的開挖高度。

高邊坡治理應(yīng)遵循“固腳強腰”的理念?！肮棠_”，就是在高邊坡治理中對高邊坡的坡腳進行加固處理；“強腰”，即當高邊坡病害點的邊坡高度較高時，組成坡體的巖體巖性存在較大差異，但差異與時間變化不同步，反映在坡體變形上，即可能出現(xiàn)多級失穩(wěn)破壞，因此高邊坡病害治理要考慮中部加強，對坡體應(yīng)力進行調(diào)整。

2.2 高邊坡的加固防護

高邊坡防治過程中最重要、形式最多樣的且最容易出現(xiàn)問題的是邊坡加固防護工程。

邊坡防護工程主要有植物防護、圬工防護兩大類。植物防護有噴播草籽、植草皮、三維網(wǎng)植草和厚層基材噴射植被護坡等。植物防護是我國高速公路建設(shè)工程傳統(tǒng)的防護方式，適用于自身穩(wěn)定的邊坡，可用在高邊坡最上一級及骨架、框架內(nèi)綠化，發(fā)達的植物根系能夠有效保護邊坡和路基免受降水和地表徑流的侵蝕作用，從而起到邊坡加固保護的效果。厚層基材噴射植被護坡也可用于石質(zhì)高邊坡中間級。在實際應(yīng)用中圬工防護運用很少，多采用骨架、框架防護，其是植物防護與圬工防護的有機結(jié)合，既能防沖刷又能起到一定的綠化作用。

在增加高邊坡穩(wěn)定性的工程中，最為經(jīng)濟、合理和有效的加固措施為預(yù)應(yīng)力錨固。其原因是，可以通過對錨桿（索）施加預(yù)應(yīng)力，對滑動體產(chǎn)生主動的阻滑力，限制滑動體的位移與滑動。對不穩(wěn)定邊坡施加預(yù)應(yīng)力錨固后，明顯減緩位移速率，抑制巖體或土體滑動，由于預(yù)應(yīng)力錨索的作用，還使邊坡各部位變形趨于平緩；邊坡的開挖都是由上部向下部施工，上部開挖后立即實施錨固，對不穩(wěn)定邊坡施加錨固力后，可使結(jié)構(gòu)面咬合緊密，從而提高其抗剪能力，同時由于預(yù)應(yīng)力錨索對滑動面施加了法向應(yīng)力，也使滑動面的阻滑力增加，進一步保證了邊坡的穩(wěn)定；預(yù)壓應(yīng)力改變了巖體的應(yīng)力狀態(tài)，由于節(jié)理裂隙被壓合，巖體的彈性抗力增強，并且由于預(yù)應(yīng)力錨索的交錯布置，使不同層位的節(jié)理裂隙緊密聯(lián)接，進一步提高了圍巖的完整性，防止了卸荷裂隙的發(fā)展，增強了圍巖的整體效應(yīng)。

邊坡錨固設(shè)計基本原則是：認真進行地質(zhì)調(diào)查，查明各種結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、組合情況、力學(xué)性質(zhì)、不穩(wěn)定邊坡范圍和邊界條件；充分考慮發(fā)揮巖體自身強度作用。當巖體本身強度無法保證巖體穩(wěn)定時，巖體下滑力扣除巖體本身提供的阻滑力后，不足部分的阻滑力，由預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力提供。由預(yù)應(yīng)力錨索和其它工程措施提供的抗滑力，再加上巖體強度自身所能提供的抗滑力之和，應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，考慮足夠的安全度。由于影響邊坡穩(wěn)定的因素較多，各項力學(xué)指標很難十分準確，加上不可預(yù)見的因素影響，為保證安全，在穩(wěn)定設(shè)計中，一般應(yīng)采用較大的安全系數(shù)作保證；按最優(yōu)錨固角布置預(yù)應(yīng)力錨索；做好邊坡穩(wěn)定監(jiān)測設(shè)計，保證施工安全和運行穩(wěn)妥可靠。

高邊坡的開挖質(zhì)量也是邊坡加固防護工程成敗的重要因素，不當開挖甚至?xí)绊懻麄€坡體的穩(wěn)定，如雨季大開挖、大爆破施工、開挖后長期暴露，甚至一挖到底不加固或掏底開挖等，故高邊坡的防治工程盡量在旱季施工，且采取措施防止地表降水或工程、生活用水滲入滑坡體內(nèi)；必須嚴格按照逆作法施工，開挖一級防護一級，嚴禁邊坡開挖后長時間雨淋日曬，使巖體風(fēng)化松弛，工程地質(zhì)性質(zhì)惡化。逆作法無須增設(shè)支架工程或可減少支架工程，既可提高施工安全度，又可降低工程造價。同一區(qū)段的治理工程應(yīng)在同一連續(xù)工期內(nèi)連續(xù)施工及竣工，以防工程強度未達標準強度前或在零星施工中遭到破壞。石質(zhì)挖方時對硬質(zhì)巖石必須采用預(yù)裂爆破或光面爆破技術(shù)施工，對節(jié)理、裂隙發(fā)育軟巖必須采用預(yù)裂爆破技術(shù)施工。施工時根據(jù)具體情況，選擇合適的布孔方式、合理穿孔參數(shù)、適當?shù)木€裝藥密度、裝藥結(jié)構(gòu)和正確的起爆次序。不當開挖將影響坡面穩(wěn)定使設(shè)計防護方案難以實施。

2.3 高邊坡監(jiān)測

高邊坡監(jiān)測是邊坡穩(wěn)定的重要一環(huán)。邊坡的變形數(shù)據(jù)的處理分析，是邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中一個重要內(nèi)容，用于對邊坡未來的狀況進行預(yù)報、預(yù)警，并對邊坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀進行科學(xué)的評價，預(yù)測可能出現(xiàn)的邊坡破壞。邊坡施工期監(jiān)測主要采取地表位移監(jiān)測，必要時采用深孔位移監(jiān)測，以坡體變形數(shù)據(jù)來修正設(shè)計，指導(dǎo)施工，以確保施工安全，并且檢驗工程效果。運營期的監(jiān)測有地表位移監(jiān)測、地下位移監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等，監(jiān)測周期為坡體開挖至建成營運后不少于兩年。

3 結(jié)語

高速公路為線性工程，對地形和地質(zhì)體的依附、利用和改造格外強烈，特別是高速公路進入山區(qū)以后，高邊坡的產(chǎn)生，易導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害。高邊坡工程是一個實踐性很強的學(xué)科領(lǐng)域，作為工程設(shè)計人員，必須越來越重視高邊坡的科學(xué)、合理設(shè)計，做到理論與實際相結(jié)合，并不斷開展高邊坡的穩(wěn)定性研究分析，做好路基高邊坡設(shè)計與防治措施分析，采取相應(yīng)的防治措施，解決復(fù)雜巖體高邊坡工程存在的問題，以確保安全施工及運營，為國家節(jié)省投資及增加社會穩(wěn)定性，滿足人們的出行要求。

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