特殊挖方邊坡防護(hù)

【摘 要】在礦物開采或工程建設(shè)中會(huì)因需要而采取爆破或機(jī)械、人工開挖的手段來改變?cè)械匦?，此方式形成的人工挖方邊坡不具穩(wěn)定性，需要進(jìn)行防護(hù)措施。本文提出一種在邊坡穩(wěn)定分析中快速識(shí)別開挖松弛區(qū)范圍的數(shù)值分析方法，研究開挖過程中邊坡巖土體應(yīng)力重分布與應(yīng)變局部化現(xiàn)象，并對(duì)其適用性和有效性進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】特殊挖方 邊坡 防護(hù)

引言

國內(nèi)近年來就邊坡開挖松弛區(qū)或卸荷帶問題進(jìn)行了研究。眾所周知，挖方邊坡穩(wěn)定分析與加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是確定邊坡開挖松弛區(qū)的范圍，當(dāng)前對(duì)邊坡開挖松弛問題的研究尚處于分別研究、各自表述的階段，仍以定性和半定量為基礎(chǔ)，尚需深入研究。

1挖方邊坡失穩(wěn)原因分析

在山區(qū)修建高等級(jí)公路，由于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，加之平、縱面線形標(biāo)準(zhǔn)高，高填深挖地段多，因而產(chǎn)生大量的人工邊坡。路塹的開挖，破壞了巖體原有的內(nèi)力平衡，在不良地質(zhì)條件下，邊坡就會(huì)在自然因素影響下失去穩(wěn)定，產(chǎn)生滑坍，影響行車安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)阻斷交通。在調(diào)查分析我省以及省外已建和在建公路大量失穩(wěn)邊坡實(shí)例的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納起來，挖方邊坡失穩(wěn)原因主要有以下幾點(diǎn)：①不良的水文與氣候因素。如降雨量大、洪水猛烈、植被較差、地表水排泄不暢、水土流失嚴(yán)重，邊坡上方匯水面積大、或有水渠、水庫、水稻田等長期積水設(shè)施；②不良的工程地質(zhì)和水文條件。如邊坡所處地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖層傾向與路基傾角較陡；巖體破碎，層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育；有軟弱夾層、巖體松軟、風(fēng)化嚴(yán)重、土質(zhì)較差、土體松散，地下水位較高等；③設(shè)計(jì)不合理以及施工不當(dāng)。如邊坡坡比不合理，高陡邊坡一坡到頂。排水、防護(hù)與加固措施不妥。設(shè)計(jì)中未考慮恢復(fù)植被來保持水土穩(wěn)定，人為地破壞原有的平衡狀態(tài)。沒有考慮用工程防護(hù)與生物防護(hù)相結(jié)合來治理穩(wěn)固新開挖的坡面。盲目采用大爆破施工、不按設(shè)計(jì)要求和操作規(guī)程進(jìn)行施工，坡面凸凹不平，工程質(zhì)量不合要求等。

上述原因造成了許多新開挖的邊坡坍塌、滑坡，從而嚴(yán)重影響公路的運(yùn)營暢通和運(yùn)輸安全，使高等級(jí)公路不能充分發(fā)揮其通行能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)路基邊坡的穩(wěn)定必須給予高度重視，除了加強(qiáng)排水、修筑支擋和護(hù)坡工程外，必須加快植被的恢復(fù)，保持水土穩(wěn)定。

2采用綜合防護(hù)措施治理特殊挖方邊坡

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，人們已經(jīng)從對(duì)高等級(jí)公路邊坡采用單純的工程防護(hù)轉(zhuǎn)人了生物防護(hù)與工程防護(hù)并用，不但起到了穩(wěn)定邊坡的作用，而且還降低了造價(jià)，美化了路容、路貌。植物生長形成的柔性結(jié)構(gòu)使得邊坡表面土壤成為整體，保持了土壤水分和溫度的穩(wěn)定，減少徑流量、降低了流速，緩和了雨水的沖擊，再加上根系和匍匐莖的束縛作用，使得土壤得以保持。

柔性邊坡?lián)鯄χ卫砑夹g(shù)是利用土工格柵的塑料工程材料，將公路邊坡表層包起來，充分利用土工網(wǎng)格的抗拉強(qiáng)度，土與網(wǎng)格的相互咬合摩擦作用來控制路基塌陷。柔性邊坡?lián)鯄ν凉じ駯诺纳炖Γ峭ㄟ^土中鋪設(shè)網(wǎng)格吸收部分土體因干燥失水收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，抑制邊坡土體開裂的寬度和深度，防止坡面產(chǎn)生嚴(yán)重開裂為外界環(huán)境水分入浸提供通道，從而保持邊坡土體天然含水量狀態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定。

由于邊坡失穩(wěn)原因是多方面的，因此對(duì)任何一個(gè)挖方邊坡，都應(yīng)深入調(diào)查研究，根據(jù)邊坡所處地段的地形、地貌、地質(zhì)和水文條件等進(jìn)行詳盡的勘測調(diào)查，對(duì)比地質(zhì)條件等因素相似的自然山坡或挖方邊坡的穩(wěn)定情況，對(duì)勘測調(diào)查資料進(jìn)行綜合分析，本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)適用、預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則，從設(shè)計(jì)入手，確定一個(gè)合適的坡比，保證其在不受水或者其它沖擊力的作用下基本穩(wěn)定。再考慮其受到外來力的侵蝕時(shí)可能發(fā)生的破壞，依實(shí)際情況酌情處理。

對(duì)于挖方邊坡基本穩(wěn)定，又適宜植草、灌木或經(jīng)人工邊坡土質(zhì)改良可以植草、灌木的邊坡，可以在修筑必要的支擋、清理危巖、危石、坍方、修建坍落臺(tái)，處理好排水，修筑匯水溝、天溝、截水槽、擋水壩等工程措施條件下，加上植被防護(hù)，剛?cè)嵯酀?jì)，能夠起到很有效的防護(hù)效果。由云南省公路科研所和交通部科學(xué)信息研究所共同承擔(dān)的以昆曲高速公路為依托工程進(jìn)行的/云南山區(qū)高等級(jí)公路邊坡生物防護(hù)技術(shù)研究的課題研究，較好地采用了工程防護(hù)和生物防護(hù)相結(jié)合來治理挖方邊坡。

采用擋墻及漿砌片石護(hù)坡腳，再用菱形方格網(wǎng)穩(wěn)固邊坡上部，邊坡成型后沒有及時(shí)植草，僅經(jīng)過兩場雨就形成了多條沖溝，有的菱形方格網(wǎng)被沖得完全裸露，瀕臨倒塌。只靠設(shè)低擋墻、漿砌護(hù)面等工程防護(hù)措施，并不能防止坡面沖刷，仍會(huì)形成沖溝、坍落，而在工程防護(hù)的基礎(chǔ)上再加上生物防護(hù)，就更好地保持了水土穩(wěn)定，固土護(hù)坡作用更好。如設(shè)計(jì)時(shí)就把二者結(jié)合起來考慮，邊坡成型后立即植草，則費(fèi)用更低、效果更好。

在大面積高陡破碎、風(fēng)化巖層坡體上設(shè)錨桿掛鋼筋網(wǎng)噴C20混凝土護(hù)面保護(hù)層，增加坡面巖體的整體強(qiáng)度。沿坡頂至護(hù)坡體四周漿砌片石截水溝，以截?cái)嗪褪韪善旅媪魉乐褂晁秩牒蜎_擊坡體。在坡體兩側(cè)未噴射處治的坡面上采用生物防護(hù)植草護(hù)坡，以防水土流失。碎落臺(tái)用青磚砌筑花池種植攀緣植物，減少日光和雨水對(duì)坡面的曝曬沖刷，減緩坡面混凝土收縮，同時(shí)綠化美化了環(huán)境。

利用工程防護(hù)與生物防護(hù)共同治理挖方邊坡，均收到了良好的效果，是一種經(jīng)濟(jì)適用的方法。對(duì)于治理挖方邊坡我們總的原則是必須采取經(jīng)濟(jì)適用、能固土護(hù)坡的方法進(jìn)行坡面防治。采用植被防護(hù)必須在邊坡基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上使用。在邊坡不夠穩(wěn)定地段，需要有工程防護(hù)相結(jié)合，采取綜合治理措施。

3特殊挖方數(shù)值模型與計(jì)算參數(shù)

開挖松弛區(qū)內(nèi)巖土體經(jīng)歷較為復(fù)雜的應(yīng)力重分布過程，其內(nèi)部存在的微裂紋、微孔洞以及顆粒邊界產(chǎn)生局部拉、壓、剪應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中值超過此區(qū)域的材料強(qiáng)度時(shí)，這些微小裂隙和孔洞便會(huì)不斷地?cái)U(kuò)展和相互連接，導(dǎo)致巖土體有效承載面積變小，強(qiáng)度降低，逐步形成一條或數(shù)條發(fā)生劇烈變形的帶狀區(qū)域，稱之為剪切帶，也即所謂應(yīng)變局部化過程。開挖坡面附近一定范圍內(nèi)應(yīng)力水平急劇降低的區(qū)域，邊坡巖土體在開挖

坡形改變和開挖過程擾動(dòng)的共同作用下產(chǎn)生應(yīng)力重分布。這一過程宏觀上表現(xiàn)為裂面張開及擴(kuò)展、邊坡卸荷回彈、新裂隙萌生、巖土體松動(dòng)、滑移面形成，以及邊坡局部或整體破壞解體等演生破壞結(jié)果。

下面例概化工程地質(zhì)模型以典型花崗巖類土質(zhì)挖方高邊坡為例，并進(jìn)行有限單元網(wǎng)格離散（圖1），研究邊坡剪切帶發(fā)育過程逐級(jí)開挖過程中應(yīng)力重分布。

圖1 邊坡開挖有限單元離散圖

該計(jì)算模型為開挖坡率為1：1.0，坡高64m的邊坡，采用2000個(gè)三角形等參單元離散而成，材料模型為Mohr—Coulomb彈塑性模型。有限元計(jì)算模型基于以下假定：（1）遵循二維平面應(yīng)變假定；（2）不考慮節(jié)理和地下水影響；（3）采用強(qiáng)度折減法計(jì)算安全系數(shù)；（4）邊坡場區(qū)受自重應(yīng)力場控制。主要邊坡開挖參數(shù)按巖土工程試驗(yàn)參數(shù)并結(jié)合貴州市工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范（DBJ10-83-2010）》推薦的“強(qiáng)度指標(biāo)”綜合選?。▓D2）。

圖2 邊坡開挖參數(shù)表

4結(jié)語

要根本解決挖方邊坡的水土保持問題，必須從排除水患及其它外部因素開始，除了解決雨水沖刷和風(fēng)華作用外，還要修筑邊坡內(nèi)、外支承物來確保邊坡大體穩(wěn)定。用紙杯防護(hù)結(jié)合必要的網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，能夠有效提高特殊挖方邊坡的防護(hù)效力，保障經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益。

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