山區(qū)公路邊坡崩塌的成因分析及處置措施

閆忠梅

（延安市安塞區(qū)交通運(yùn)輸局，陜西延安717400）

山區(qū)公路邊坡崩塌的成因分析及處置措施

閆忠梅

（延安市安塞區(qū)交通運(yùn)輸局，陜西延安717400）

總結(jié)了山區(qū)公路邊坡崩塌的主要成因，并分析各個成因的力學(xué)原理。提出開展邊坡穩(wěn)定防護(hù)的設(shè)計(jì)原則和方法，需要總結(jié)表層防護(hù)和深層加固手段，提高邊坡的穩(wěn)定性。最后，結(jié)合實(shí)際工程，在分析邊坡基本特性和地形地質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了處置方案，并取得了良好的加固效果。相關(guān)成果可為邊坡滑塌的設(shè)計(jì)與防治提供參考。

山區(qū)公路；邊坡；崩塌；成因分析；處置措施

0 引言

我國公路交通系統(tǒng)建設(shè)愈加完善，為了滿足各種區(qū)域人們出行要求和交通運(yùn)輸要求，需要在復(fù)雜山區(qū)環(huán)境建設(shè)公路。山區(qū)環(huán)境的公路建設(shè)，往往面臨著高大邊坡問題，而邊坡的穩(wěn)定性一直是影響公路運(yùn)營安全的關(guān)鍵因素，這其中，巖體邊坡的崩塌是重要邊坡穩(wěn)定問題，它來勢迅速，并可以直接淹埋道路和沖毀車輛，對山區(qū)公路形成非常嚴(yán)重的威脅[1,2]。

公路邊坡崩塌一般是指陡峭斜坡上的巖體或者土體，由于自然重力作用或者其他突發(fā)外力作用（地震、泥石流等），而使得邊坡突然失穩(wěn)，向下滑塌、翻滾。由于山區(qū)公路的建設(shè)為了滿足路線高程規(guī)劃要求，部分區(qū)域需要進(jìn)行路基挖方處理，部分區(qū)域直接面臨大巖體邊坡，公路的修筑一方面對邊坡造成了一定的擾動，再加上自然地質(zhì)的潛移默化作用，使得巖體邊坡崩塌也是不可避免的因素[3]。

為了保障山區(qū)公路的運(yùn)營安全，需要對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行必要的分析論證，從而制定合理的加固穩(wěn)定方案。論文詳細(xì)分析了邊坡崩塌的影響因素，對各因素的影響機(jī)理進(jìn)行了分析；其次，提出邊坡崩塌的設(shè)計(jì)防護(hù)原則和方法，充分利用現(xiàn)有資源進(jìn)行防護(hù)加固；最后結(jié)合工程實(shí)例分析了巖體邊坡防崩塌的設(shè)計(jì)與加固。

1 邊坡崩塌的成因分析

邊坡崩塌類型多樣，根據(jù)形成機(jī)理可以分為滑動型、落石型和流動型?；瑒有途褪菐r層在外力作用下沿著軟弱層發(fā)生順層滑動，或者爆破導(dǎo)致的巖層沿著節(jié)理和裂隙發(fā)育的面形成整體滑動所致。落石型是指較陡的邊坡上容易產(chǎn)生落石，可能是大面積的落石坍塌，其形成原因往往是長期的環(huán)境作用下邊坡巖石裂隙發(fā)育，被不同的裂面分割成軟弱的短塊，在雨水沖刷作用下導(dǎo)致坍塌，這種滑塌型式常見于硬巖下臥軟弱巖層。流動型則是砂石、風(fēng)化巖土、松散沉積土等還未形成完整的整體，在受到大雨沖刷作用下產(chǎn)生流動引發(fā)整體坍塌所致。

根據(jù)公路邊坡崩塌的發(fā)生情況，其形成主要有：地形條件、巖石條件、構(gòu)造條件、水的作用四個重要因素。

1.1 地形條件

邊坡崩塌一般在陡峭聳立的地形環(huán)境，根據(jù)多個公路邊坡崩塌事件的調(diào)研分析，規(guī)模很大的崩塌主要發(fā)生在邊坡高度大于30 m，邊坡坡度在45°以上的陡峭斜坡上。破面巖石凹凸不平、節(jié)理裂隙發(fā)展也是重要形成因素。當(dāng)然，其他地形條件也會發(fā)生邊坡崩塌現(xiàn)象，但規(guī)模一般不大，因此需要針對上述地形條件的邊坡，詳細(xì)分析其穩(wěn)定性。

1.2 巖石條件

巖質(zhì)邊坡，如若巖石自身強(qiáng)度不高，形成不連續(xù)，存在破裂等軟弱層，則破壞往往是巖石最弱連接界面展開，順坡向?qū)訝顜r層容易產(chǎn)生剪切型破壞，碎裂散狀巖層則易形成滑動型破壞。

1.3 構(gòu)造條件

地質(zhì)構(gòu)造而言，是否存在地震和震動、巖土風(fēng)化狀況及出露位置等是關(guān)鍵因素，地震和震動是最大的安全隱患，受地震作用的慣性力作用，邊坡的失穩(wěn)和破壞往往是瞬時(shí)的。此外，斜坡巖層的完整也也是關(guān)鍵因素，自然的斜坡通常是不同構(gòu)造和產(chǎn)狀組合形成，如果巖層處于不利位置如傾向臨空面、節(jié)理發(fā)育、節(jié)理被割切等，則為崩塌的形成創(chuàng)造了條件。

1.4 水的作用

地下水直接影響巖土的基本物理特性和力學(xué)特性，隨著地下水位的變化，巖土的剪切力和法向力在變化，相應(yīng)的最弱破壞面也在不斷地變化，如果邊坡中某些微裂縫存在，則地下水的存在嚴(yán)重削弱結(jié)構(gòu)抗力，并形成靜水壓力增加裂縫的開展。

1.5 其他因素

邊坡崩塌除了上述內(nèi)在因素在，還有外在因素的影響：首先，邊坡不合理的堆載會誘發(fā)邊坡的失穩(wěn)，當(dāng)邊坡上的堆載荷載處于滑動面以內(nèi)時(shí)，其作用就是增加滑動外界力，引發(fā)滑動失效。其次，施工爆破具有極大的瞬時(shí)沖擊，如果對邊坡巖層掌握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致爆破位置選取不當(dāng)，很容易引發(fā)大面積的滑塌，不僅威脅施工人員安全，同樣需要較大的代價(jià)進(jìn)行后期的邊坡整治，爆破常見于邊坡施工中，同樣需要引起注意。最后，雨水沖刷則是道路運(yùn)營中的長時(shí)間作用問題，如果邊坡雨水排泄不合理，雨水的滲入和長久沖刷會改變巖土特性，進(jìn)而引發(fā)邊坡安全。

2 公路邊坡崩塌防護(hù)設(shè)計(jì)原則和方法

2.1 防護(hù)設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)需要在保證邊坡崩塌失效概率很低的情況下，經(jīng)濟(jì)地選擇相關(guān)防護(hù)設(shè)計(jì)措施，保證邊坡的安全穩(wěn)定。因此，邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則。

首先，應(yīng)該以就地取材、以防為主、方便施工的原則制定防護(hù)方案。防護(hù)方案充分利用建造區(qū)域的材料和措施，以避免產(chǎn)生邊坡崩塌為主要設(shè)計(jì)導(dǎo)向，同時(shí)方便施工施工，減少建造成本。

其次。深度調(diào)研，制定科學(xué)防護(hù)方案。防護(hù)方案的確定應(yīng)該以實(shí)際地形、延性、地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，同時(shí)需要掌握建造區(qū)域的實(shí)際環(huán)境特性，科學(xué)選擇材料、工藝和建造工法，不可隨意減少必要的防護(hù)措施，也沒必要進(jìn)行非常保守設(shè)計(jì)。

最后，內(nèi)因和外因同時(shí)治理。引發(fā)邊坡崩塌失穩(wěn)的內(nèi)在因素如巖土特性差、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜處于斷裂帶、地下水發(fā)達(dá)等，需要進(jìn)行必要的巖土加固、地下水排放等；同時(shí)，也需要特別關(guān)注外在因素如堆載、爆破、雨水沖刷等，避免滑動面內(nèi)的堆載，爆破選擇適宜的途徑和位置，建造完成后進(jìn)行邊坡表面排水防護(hù)等。

2.2 邊坡崩塌防護(hù)方法

邊坡崩塌的防護(hù)可以從表層防護(hù)和深層加固防護(hù)兩個方面進(jìn)行[4]：

（1）表層防護(hù)加固

表層防護(hù)也稱破面防護(hù)，由于公路邊坡的表層經(jīng)常受到降水和環(huán)境荷載等作用，因此其表層很容易受到破壞，而一旦表層破壞，就會影響到邊坡的內(nèi)在構(gòu)造和穩(wěn)定，因此，需要通過在破面設(shè)置措施固定路基邊坡，達(dá)到穩(wěn)定性要求。對于巖石面邊坡，則可以采用框架梁、噴漿、破面護(hù)槽等混凝土或者漿砌塊石破面加固的方式，在邊坡上形成破面固定骨架，以提高邊坡的表面粗糙系數(shù)，減緩水流，穩(wěn)定邊坡。常用的破邊框架加固類型有石拱形、預(yù)制塊型、六邊形等，這些除了穩(wěn)定邊坡，還能增加一定的美觀效果。

對于非常陡峭的巖體邊坡，則需要進(jìn)行表層巖體的修理，使得巖體向外傾角不大；并通過支撐、支護(hù)和嵌補(bǔ)等方式，對于本身就存在很大安全隱患的巖體邊坡進(jìn)行必要表層加固防護(hù)，見圖1，并同時(shí)深層加固防護(hù)手段。

圖1 陡峭邊坡的表層防護(hù)

（2）深層加固防護(hù)

對于邊坡崩塌穩(wěn)定性問題非常突出的，以及邊坡非常陡峭的，需要進(jìn)行邊坡深層次的加固防護(hù)設(shè)計(jì)，提高其穩(wěn)定性。常見的深層加固防護(hù)有土釘加固、錨桿加固、錨索加固和注漿加固等。土釘、錨桿、錨索都是采用預(yù)應(yīng)力方法將邊坡施加壓應(yīng)力并錨固到穩(wěn)定的巖層上，使得邊坡與穩(wěn)定巖層形成整體；注漿加固則是通過改變邊坡組成成分和特性，使得邊坡與新注入材料形成整體連接。

3 工程案例解析

某山區(qū)公路的建設(shè)面臨復(fù)雜的地形環(huán)境，因此需要大面積的路基開挖，某標(biāo)段在路基開挖過程中出現(xiàn)了很大的崩塌堆積體，由于線路建設(shè)直接在崩塌堆積體不足10m地方，而邊坡高度達(dá)到40 m。前期通過對邊坡初步的穩(wěn)定分析，在運(yùn)營施工過程中存在很大的邊坡失穩(wěn)崩塌的風(fēng)險(xiǎn)，需要在施工中進(jìn)行必要的防護(hù)加固，見圖2。

圖2 道路邊坡崩塌體現(xiàn)狀

根據(jù)對該區(qū)域巖土狀況和地質(zhì)條件的調(diào)查，本區(qū)局部地形較陡，邊坡主要由粉質(zhì)粘土、強(qiáng)及中風(fēng)化花崗巖構(gòu)成，易誘發(fā)局部崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，長期暴露易受沖刷，影響整體穩(wěn)定水理性差，因此設(shè)計(jì)采用：（1）上破面坡度削弱減載；（2）中下破面采用錨桿、錨索強(qiáng)加固方式處理,同時(shí)配合表層正方形框架梁加固；（3）進(jìn)行地表排水和截水的治理方案。

首先，上破面坡度削弱和減載，對于突出高坡度區(qū)域，采用削弱方式形成統(tǒng)一的防護(hù)破面，并在上下邊坡連接處采用漿砌塊石防護(hù)，上邊坡清除不穩(wěn)定的土方使得破面卸載，并讓自然植被生長，保證邊坡穩(wěn)定、美觀和自然性；其次，采用錨桿和錨索讓中下軟弱的邊坡通過預(yù)應(yīng)力錨索固定到穩(wěn)定的巖層中，從而使得其變形受到約束，整體保持穩(wěn)定平衡；最后，根據(jù)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)的邊坡地下水較為發(fā)達(dá)，設(shè)計(jì)中需要采用有效的排水措施，疏排邊坡地下水，增加邊坡的穩(wěn)定性。

根據(jù)設(shè)計(jì)檢算，采用錨索框架，錨索設(shè)三排，長20 m；錨索采用普通拉力型預(yù)應(yīng)力錨索，錨索體直徑φ150 mm，注M30水泥砂漿；錨索主筋采用φ15.24 mm強(qiáng)度為1 860 MPa的6束高強(qiáng)、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，設(shè)計(jì)噸位600 k N。錨索框梁梁截面尺寸為0.5m×0.5 m，嵌入深度為0.40 m，正方形，C30混凝土灌注，配合高邊坡的整體防護(hù)。就能達(dá)到整體穩(wěn)定性效果。

排水設(shè)計(jì)分別在坡頂設(shè)計(jì)截水溝，在破面設(shè)置排水溝，并在坡底設(shè)置截水溝，最大程度減弱雨水和地下水對邊坡穩(wěn)定的潛在威脅。

通過邊坡防護(hù)實(shí)時(shí)，邊坡崩塌問題得到了解決，防護(hù)實(shí)施效果良好。

4 結(jié)語

邊坡崩塌對山區(qū)公路的運(yùn)營安全和穩(wěn)定形成了直接威脅，嚴(yán)重的將直接淹埋道路并摧毀車輛，具有很大的安全隱患，因此需要在施工或運(yùn)營中進(jìn)行防護(hù)處置。論文詳細(xì)探討了山區(qū)公路邊坡崩塌的影響因素，從力學(xué)機(jī)理上分析了影響原因和過程；并提出進(jìn)行邊坡崩塌處置的設(shè)計(jì)原則和方法，不僅需要進(jìn)行表層加固防護(hù)，還需要進(jìn)行深層加固，使得邊坡穩(wěn)定能夠得到控制。最后結(jié)合以實(shí)際工程案例，分析了邊坡崩塌的處置和防治措施，防護(hù)效果良好，可提供工程參考。

[1]趙曉峰.山區(qū)公路邊坡崩塌的成因及處理[J].土工基礎(chǔ),2016(5): 563-565.

[2]黃勇,陳曉光,劉濤,等.天山公路邊坡崩塌破壞模式及防治對策研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2008(S1):257-279.

[3]尹文鋒,陳長勝,尹祖超.山區(qū)公路邊坡防護(hù)技術(shù)研究[J].人民長江,2011,42(20):13-15.

[4]葉金圳.林區(qū)公路路基邊坡崩塌原因與防治[J].福建林業(yè)科技, 2003(4):35.

U418.5+2

B

1009-7716（2017）06-0177-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.052

2017-03-16

閆忠梅（1980-），女，陜西安塞人，工程師，從事農(nóng)村公路建設(shè)管理工作。