邊坡工程穩(wěn)定性及處治措施分析

梁冠亭，何林

（武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430023）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)科快速發(fā)展，人口急劇增加與人類工程活動(dòng)日漸增多，各個(gè)區(qū)域均要建設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施，比如鐵路、公路、碼頭及路堤等，各種工程活動(dòng)開(kāi)挖與填筑邊坡數(shù)量不斷增多，邊坡工程必定會(huì)引發(fā)出邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。從中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害分析，地質(zhì)災(zāi)害具有非常明顯方向性，地質(zhì)災(zāi)害造成的損失與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密度程度具有密切關(guān)系，自然邊坡安全問(wèn)題逐漸成為人們高度關(guān)注的問(wèn)題。如今，邊坡類地質(zhì)災(zāi)害成為各個(gè)區(qū)域防治工作的重點(diǎn)問(wèn)題，從各個(gè)城市來(lái)看危險(xiǎn)邊坡主要分布到交通運(yùn)輸沿線、城市建設(shè)區(qū)，主要是建設(shè)各種工程項(xiàng)目對(duì)山體坡腳切挖、開(kāi)挖及回填，及采石取土及修建交通運(yùn)輸工程形成的建筑邊坡。在城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷深入，逐漸形成大量的危險(xiǎn)邊坡，危險(xiǎn)邊坡成為發(fā)生崩塌、滑坡等各種斜坡類地質(zhì)災(zāi)害的低段。因此人們就要加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性研究，主要是對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上具有危險(xiǎn)的邊坡進(jìn)行人工處理，防止因滑坡而對(duì)人們?cè)斐蓳p失與災(zāi)害。因此，研究邊坡工程穩(wěn)定性及處治措施具有實(shí)用價(jià)值。

1 邊坡穩(wěn)定性分析法及影響穩(wěn)定因素

邊坡穩(wěn)定性直接關(guān)系人們生命及財(cái)產(chǎn)安全，因此就必須要分析影響穩(wěn)定性因素，只有追根溯源有針對(duì)性處治才能達(dá)到穩(wěn)定效果。

1.1 邊坡工程穩(wěn)定性分析法

分析邊坡工程穩(wěn)定性方法比較多，但是比較常用有三種分析法。即工程地質(zhì)、邊坡極限平衡法及邊坡可靠性幾種，本文對(duì)這幾種方法進(jìn)行闡述。

（1）工程地質(zhì)分析法；這種方法是早期探究邊坡穩(wěn)定性的主要方法，也是早期比較常見(jiàn)的方法，在大量工程技術(shù)人員通過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)與調(diào)查資料基礎(chǔ)累積的經(jīng)驗(yàn)方法。主要是針對(duì)某種邊坡，先擬定出邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)的坡腳值，并將這個(gè)值與影響邊坡穩(wěn)定性相關(guān)因素進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)類比地質(zhì)條件，確定出穩(wěn)定邊坡值。比如礫石路的塹邊坡，可通過(guò)工程地質(zhì)分析法得出邊坡的坡度，參考當(dāng)?shù)厝斯み吰禄蜃匀簧狡?。及與邊坡相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等各種情況，合理選擇穩(wěn)定邊坡值，當(dāng)然還可采用巖石力學(xué)方法實(shí)施分析驗(yàn)算。

（2）邊坡極限平衡法；極限平衡閥就是依據(jù)邊坡自身滑體或者滑體分塊力學(xué)平衡原理，即為靜力平衡原理，通過(guò)這種原理分析邊坡遭受各種破壞模式的受力狀態(tài)，利用邊坡滑體的抗滑力與下滑力間的關(guān)系，以此來(lái)評(píng)價(jià)邊坡工程的穩(wěn)定性。極限平衡閥是計(jì)算分析邊坡穩(wěn)定的主要方法，是目前邊坡工程實(shí)踐中應(yīng)用最多的方法。

（3）邊坡可靠性分析法；邊坡工程均是以巖土體作為工程材料，將巖土體天然結(jié)構(gòu)作為工程結(jié)構(gòu)，或者將堆置物當(dāng)成工程材料，以人工控制結(jié)構(gòu)當(dāng)成工程結(jié)構(gòu)，是一種比較特殊的構(gòu)筑物。這種構(gòu)筑物因處于區(qū)域不同，自然其組成及結(jié)構(gòu)上存在不均勻性，特別是天然邊坡非常突出，因構(gòu)成邊坡地質(zhì)體系長(zhǎng)期受到多循環(huán)地質(zhì)作用，并且錯(cuò)綜復(fù)雜，作用強(qiáng)度不易，導(dǎo)致其工程地質(zhì)性質(zhì)存在較大差異。如今分析邊坡可靠度的常用方法是蒙特卡洛模擬法、統(tǒng)計(jì)矩法、可靠指標(biāo)法及隨機(jī)有限元法。

1.2 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

當(dāng)邊坡發(fā)生變形，必然會(huì)影響邊坡工程的穩(wěn)定性。邊坡變形破壞是在外部因素和內(nèi)部因素共同作用下所形成。其中內(nèi)部因素主要包含邊坡的巖土體性質(zhì)、地貌特征、巖土體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造等，而外部因素包含地震、水的因素、人工開(kāi)挖和加載等。其中內(nèi)部有因素是產(chǎn)生外部變形的決定條件，外部因素是引發(fā)變形破壞觸發(fā)因素。

（1）內(nèi)部因素；在一定構(gòu)造條件和巖性下，地貌與山坡地形對(duì)造成邊坡變形具有決定性作用。不同地貌對(duì)邊坡類型及造成變形破壞的原因具有明顯差異。從山坡的坡度來(lái)看，當(dāng)巖性相同時(shí)山坡越陡，自然山坡穩(wěn)定性越差；當(dāng)巖性不同，必定可能發(fā)生相反的情況。

底層巖性及組合是形成邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖性對(duì)土體的抗風(fēng)化、強(qiáng)度能力及邊坡的坡腳、頗高等均具有重要控制作用，而且這些均與邊坡穩(wěn)定性具有直接關(guān)系。不同巖性形成的邊坡，自然破壞形式存在一定差異。軟土地段大多是以滑坡形式為主，但是花崗巖、砂巖地區(qū)大多出現(xiàn)崩塌碎落，千枚巖、片巖區(qū)域常常產(chǎn)生表層撓曲和頃倒等蠕動(dòng)變形。

地質(zhì)構(gòu)造主要是影響巖層的發(fā)育程度、產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)等各方面，以此來(lái)決定巖體結(jié)構(gòu)即邊坡的坡體。不同類型坡體結(jié)構(gòu)是不同產(chǎn)狀巖層共同組成，而且其他穩(wěn)定性必定存在巨大差異。地質(zhì)構(gòu)造和坡體變形二者關(guān)系比較密切，在該區(qū)域的構(gòu)造非常復(fù)雜，其褶皺較為強(qiáng)烈。而新構(gòu)造區(qū)域的活動(dòng)性比較強(qiáng)，邊坡穩(wěn)定性自然差。如果較大巖層破碎、斷裂破碎帶，而且地下水比較豐富的區(qū)域極易發(fā)生滑坡。

（2）外部因素；在影響邊坡穩(wěn)定性方面，水的影響力非常顯著。地表水或雨水一旦滲入到坡體內(nèi)，必定會(huì)增大巖土體的自身重度，增加邊坡的下滑力而且因滲入水，對(duì)巖土體具有軟化作用，降低巖土體內(nèi)摩擦角和粘聚力，必然會(huì)降低抗剪強(qiáng)度。而且水滲入后，就會(huì)提高地下水位，從而增大滑動(dòng)帶孔隙水壓力，降低邊坡坡體抗滑阻力，對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響，而引發(fā)失穩(wěn)破壞。

影響邊坡穩(wěn)定性上，地震屬于一個(gè)重要的誘發(fā)因素，當(dāng)發(fā)展地震時(shí)會(huì)造成坡體振動(dòng)，不但會(huì)讓軟弱結(jié)構(gòu)面降低，或者造成邊坡完全喪失強(qiáng)度，就會(huì)形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)面。這樣極易導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低，從而誘發(fā)出崩塌、開(kāi)裂及滑坡等多種變形破壞。當(dāng)發(fā)生地震，如果邊坡處于極限的穩(wěn)定狀態(tài)，必然極易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，土木工程建設(shè)不斷增多，人類活動(dòng)影響邊坡越來(lái)越頻繁，成為不容忽視的因素。比如在坡腳下修建房屋、采石挖土、修建道路及工程爆破等各種活動(dòng)，還有一些不適當(dāng)挖掘坡腳活動(dòng)，都可能會(huì)破壞坡腳，導(dǎo)致坡體的下部喪失支撐，導(dǎo)致滑坡或者讓老滑坡復(fù)活。還有一些在斜坡上不合理規(guī)劃，修建樓房與工廠，隨意堆砌礦渣和土石等等，在各種因素影響下必定會(huì)增大斜坡的載荷，從而增大下滑力，一旦斜坡巖土體失去平衡就可能造成軟弱面下滑。

2 邊坡工程穩(wěn)定性處治措施分析

從相關(guān)研究來(lái)看，邊坡工程穩(wěn)定性非常重要，直接危及到人們生命及財(cái)產(chǎn)安全。因此就必須要對(duì)穩(wěn)定性欠佳的邊坡采取處治措施，確保邊坡穩(wěn)定。當(dāng)然處治措施比較多，需要依據(jù)實(shí)況合理選擇處治技術(shù)。

2.1 抗滑樁技術(shù)

事實(shí)上，抗滑樁并沒(méi)有直接承受到外荷，主要是因樁周土體因自重或者外荷作用下發(fā)生變形或者運(yùn)動(dòng)遭受影響，所以屬于被動(dòng)樁類型。樁具有抗滑穩(wěn)定作用，主要源自于兩方面：首先，表面的摩阻力，能夠把土體滑動(dòng)面以上土重傳到滑動(dòng)面一下，有效減少滑動(dòng)力。其次，樁自身剛度提供抗滑力，可以對(duì)土體滑動(dòng)產(chǎn)生阻礙力。國(guó)內(nèi)外對(duì)抗滑力計(jì)算主要采用方法就是港工地基規(guī)范法，尤其是港工碼頭設(shè)計(jì)整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算中，這種方法使用尤其廣泛。丹麥漢森法，沈珠江所用繞流阻力法，雖然其理論推導(dǎo)上較為嚴(yán)謹(jǐn)，但是因沒(méi)有考慮到土體對(duì)樁產(chǎn)生的協(xié)同作用，因此計(jì)算結(jié)果偏??；基床系數(shù)法，這種方法就是把樁視為彈性地基的梁，采用文克爾設(shè)定計(jì)算裝水平抗力。還有一種計(jì)算方法叫“m”法，這種方法下土抗力模數(shù)K=mx。

抗滑樁大多是采用挖孔就地灌注樁，通過(guò)水泥砂漿互相滲透必定會(huì)提高樁周厚度，從而提高了地層的強(qiáng)度，加上孔壁創(chuàng)造，樁和地層間的粘結(jié)咬合非常緊密。在滑動(dòng)面以上推動(dòng)作用下，樁就能將超出樁寬范圍的一部分土體抗力調(diào)動(dòng)起來(lái)，與樁共同抗滑。采用這種樁-土共同作用，其效能超越其他許多被動(dòng)承受荷載的建筑物。

抗滑樁的功能原理及應(yīng)滿足的原則：首先，整個(gè)滑坡體要具備足夠的穩(wěn)定性；即穩(wěn)定安全系數(shù)必須要滿足設(shè)計(jì)要求，確?；w無(wú)法越過(guò)樁頂，不會(huì)從樁間擠出去；其次，樁身必須要具有足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；樁的配筋和斷面要合理，才能滿足樁身變形和樁內(nèi)應(yīng)力的要求；其三，滑體變形和樁周地基抗力必須要處于容許范圍內(nèi)；其四，抗滑樁的尺寸、間距及深埋等均要求合理適中，便于施工，確保安全，還能夠讓工作量最省。

抗滑樁的間距和平面位置常常依據(jù)滑坡的推力大小、地層性質(zhì)、滑坡厚度、施工條件、滑動(dòng)面坡度及錨固深度等各種因素綜合考慮。滑體的下部滑動(dòng)面比較緩，下滑力較小或者為抗滑低段，是設(shè)樁的最佳位置。從實(shí)踐來(lái)看，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較簡(jiǎn)單的小型滑坡，可在滑體的前緣設(shè)置1排抗滑樁，安置方向和滑體的滑動(dòng)方向呈垂直或者接近垂直狀態(tài)。如果屬于軸向較長(zhǎng)的多級(jí)滑動(dòng)或者推力較大滑坡，最好設(shè)置2排或者3排樁體分級(jí)進(jìn)行處治，也可下設(shè)擋土墻進(jìn)行聯(lián)合防治?？够瑯堕g距會(huì)受到很多因素影響，是否合理直接影響到抗滑樁的功效。如果樁距過(guò)大，就可能讓土體從樁間擠出去，如果樁距過(guò)小就可能會(huì)增加投資且影響工期。因此合理的樁間距，應(yīng)該是樁間土體恰好形成土拱狀態(tài)，確?；峦馏w穩(wěn)定性，一般在使用中將抗滑樁間距設(shè)計(jì)成樁徑的2-4倍。

目前邊坡工程中比較廣泛的是鋼筋混凝土樁材，這種樁斷面剛度比較大，抗彎能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種施工模式，但是采用混凝土樁的抗拉能力有限。

2.2 加筋邊坡與加筋擋土墻技術(shù)

加筋土就是將加筋材料加入到土中形成復(fù)合土，這樣能夠提高土體的強(qiáng)度，增強(qiáng)土體穩(wěn)定性。因此，這種將加筋材料加入土體中，改變與提高土木系統(tǒng)的力學(xué)性能，這種加固方法即加筋技術(shù)，形成的加固結(jié)構(gòu)被稱為加筋土結(jié)構(gòu)。因加筋與加筋擋土墻具有結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)簡(jiǎn)單、要求較低、施工便利等各種優(yōu)點(diǎn)，目前，這種技術(shù)作為處理公路邊坡、護(hù)岸工程、市政建設(shè)及防護(hù)提等各種項(xiàng)目的常用技術(shù)。本文對(duì)加筋擋土墻施工技術(shù)作為研究重點(diǎn)。

（1）開(kāi)挖基坑且填充透水性能好的材料；首先，開(kāi)發(fā)基坑時(shí)，必須要嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)的具體要求，如果發(fā)現(xiàn)軟弱土層，必須要實(shí)施換填作業(yè)。完成填料后就要進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，保障壓實(shí)度與施工質(zhì)量要求相符，接著換填上透水性能良好的材料。為確保土工格的整體質(zhì)量，回填工作應(yīng)該分成兩層實(shí)行，第一是25cm厚透水性材料，安排人工回填到剩余5cm透水材料；必須要確保施工現(xiàn)場(chǎng)的路面平整，然后才能開(kāi)始下一道工序。其次，埋設(shè)沉降板與位移樁；這項(xiàng)工作必須在填筑加筋土路基前完成。要挑選三個(gè)位置埋設(shè)沉降板與位移樁，每一個(gè)斷面位置都埋設(shè)兩個(gè)位移邊樁與三個(gè)沉降板，其中位移邊樁與邊溝外側(cè)要保持一定距離，以保持1m為佳，沉降板應(yīng)該埋設(shè)到路中與路間，必須要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求觀察土層的沉降與位移，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄起來(lái)。

（2）鋪設(shè)格柵下料及下層格柵施工；按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)土工格柵進(jìn)行裁剪，沿著施工放線的位置鋪設(shè)底層格柵，要預(yù)留大約1.5m格柵為反包長(zhǎng)度。在道路縱向上，土工相鄰格柵的對(duì)接寬度必須要超過(guò)10cm。而且鋪設(shè)土工格柵必須要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度、位置及方向進(jìn)行。裁剪時(shí)，格柵橫向要保留一排不低于60mm長(zhǎng)的格柵，延伸到縱向肋條。加筋格柵和反包格柵要采用連接棒有效連接在一起，而且確保連接棒穿過(guò)格柵中每一根肋條。對(duì)格柵施行張拉操作時(shí)，還必須要做好下一層回填料的回填和攤鋪工作，防止將張拉設(shè)備移除后，格柵發(fā)生回縮現(xiàn)象。然后逐漸釋放張拉力且移除張拉梁，多次重復(fù)前面的各種步驟到完成填土施工操作，確保最頂層的土工格柵要具備充足的長(zhǎng)度，而且還要能埋到填土面以下，充分確保填土約束力，這樣才能形成永久性錨固格柵，才能實(shí)現(xiàn)邊坡工程的穩(wěn)定性。

2.3 錨固技術(shù)

錨固技術(shù)就是將受拉桿件深埋到地層中，提高巖土自身的自穩(wěn)能力和強(qiáng)度的工程技術(shù)。因這種技術(shù)極大堅(jiān)強(qiáng)了結(jié)構(gòu)件自身重量，不但節(jié)約工程材料還確保工程的穩(wěn)定性和安全性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，因此目前被邊坡工程中廣泛的應(yīng)用。錨固技術(shù)施工從如下幾個(gè)步驟進(jìn)行。

（1）設(shè)計(jì)方法；不同工程類型，錨固技術(shù)設(shè)計(jì)方法同樣存在較大差異。比如邊坡工程錨固設(shè)計(jì)主要分成三種方法，即為新奧法、分析法及經(jīng)驗(yàn)法。巖土邊坡錨固設(shè)計(jì)方法包含三個(gè)步驟：其一，確定滑移體的大小和位置，識(shí)別與計(jì)算滑動(dòng)力。其二，計(jì)算加固的錨固力。其三，優(yōu)化設(shè)計(jì)錨固參數(shù)和施工工藝。因此要依據(jù)不同工程類型，合理設(shè)計(jì)錨固方法。

（2）選擇錨固材料；為了滿足不同條件下，錨固材料的適應(yīng)性且提高其經(jīng)濟(jì)性，逐漸出現(xiàn)許多錨固材料。在邊坡工程實(shí)踐中常用錨桿，主要包含機(jī)械型預(yù)應(yīng)力和注漿型錨桿、荷載分散型錨桿、壓力型和拉力型應(yīng)力錨桿等等；不同邊坡區(qū)域選用合適的錨桿。比如，塊硬水泥卷錨桿常常應(yīng)用到礦山以及交通隧道中。

（3）施工工藝；錨固工程施工主要包含錨孔鉆造、制作錨盤(pán)、灌漿錨孔、制作鋼筋、澆灌混凝土、錨筋張拉鎖定與封錨等各種關(guān)鍵流程。

在邊坡工程加固措施中，錨固技術(shù)極大減輕了結(jié)構(gòu)物自身重量，有效節(jié)約工程材料，確保工程的穩(wěn)定和安全，因此這種技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，因此是目前邊坡工程中應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)。在日常使用中，在加固中錨桿常常與其他結(jié)構(gòu)聯(lián)合共同使用。

2.4 排水工程設(shè)計(jì)

要確保邊坡工程的穩(wěn)定性，排水工程至關(guān)重要。許多邊坡松動(dòng)都是因水滲透，導(dǎo)致坡腳松軟所致。因此合理設(shè)計(jì)排水工程，是保障邊坡工程穩(wěn)定性的基本要求。

當(dāng)路基施工時(shí)，臨時(shí)泄水槽的斷面尺寸必須要滿足排水要求，而且槽身還要嵌入到路堤邊坡。防止因滋流與滲流掏空泄水槽的側(cè)面與底部，而造成水毀。臨時(shí)泄水槽特別是入水口極易因施工而破壞或堵塞；當(dāng)堵住入水口時(shí)，匯積到路堤頂面的雨水沿邊緣石的缺口流下邊坡，引發(fā)較為嚴(yán)重的水毀。施工過(guò)程，如果遇到較大的降水時(shí)，就要及時(shí)檢查與維修泄水槽，確保泄水槽及入口是否通暢。對(duì)于高陡邊坡或者巖土穩(wěn)定性不好邊坡工程，排水工程就應(yīng)該分級(jí)截流與縱橫相結(jié)合的排水辦法。同時(shí)對(duì)邊坡工程，還必須要做好地表水排水工程設(shè)計(jì)：

（1）夯實(shí)裂縫、填平坑洼；邊坡的坡面出現(xiàn)了裂縫和坑洼，這就是即將發(fā)生滑坡的先兆，是造成嚴(yán)重滑坡的主因。地表水、大氣降雨必定匯集到坡面坑洼或者沿著裂縫滲透到土層，從而降低土體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致坡體滑動(dòng)。所以如果發(fā)生坑洼與裂縫現(xiàn)象，就要仔細(xì)查找認(rèn)真夯填。

（2）科學(xué)確定截水溝平面位置；必須要合理截水溝平面，盡量順直，與徑流方向垂直。如果遇到凹地或者小溝時(shí)，就要把凹地填平或者外側(cè)擋土墻連接，內(nèi)側(cè)和水溝相連，避免水溝中的水滲入到截水溝的溝底，破壞水溝。還要結(jié)合邊坡的區(qū)域地形、地貌特征，合理利用自然溝谷，在邊坡內(nèi)側(cè)修建截水溝、集水溝、急流槽等等，建設(shè)出網(wǎng)狀、樹(shù)權(quán)狀排水系統(tǒng)，便于快速將坡面雨水引走。

隨著邊坡工程建設(shè)規(guī)模不斷增大，復(fù)雜性增大，邊坡高度增高，對(duì)處治邊坡技術(shù)要求越來(lái)越高。而且邊坡失穩(wěn)問(wèn)題是工程建設(shè)中重要課題之一，穩(wěn)定狀況關(guān)系到人們生命財(cái)產(chǎn)安全，而且許多邊坡區(qū)域地形構(gòu)造復(fù)雜，滑坡低段比較多，因此就需要分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，日漸提升處治技術(shù)要求，確保未來(lái)邊坡處治技術(shù)更好發(fā)展與完善。

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