公路路基高邊坡穩(wěn)定性及工程對(duì)策研究

張成明

（四川路航建設(shè)工程有限責(zé)任公司， 四川 南充 637000）

0 前言

近年年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展處于高速發(fā)展階段，使我國(guó)公路的里程不斷增加，同時(shí)高水平的公路的數(shù)量也在逐年增加并且開(kāi)始逐漸向山區(qū)擴(kuò)展。由于山區(qū)陡峭，地質(zhì)條件復(fù)雜以及高速公路上有許多高速公路和深基坑。這就導(dǎo)致在公路施工過(guò)程中相關(guān)技術(shù)人員更加的關(guān)注邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。路基邊坡是公路建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵因素，其包括填筑路堤邊坡和開(kāi)挖路塹邊坡。在工程施工過(guò)程中，需要考慮的問(wèn)題主要是路塹高邊坡的穩(wěn)定性和災(zāi)害處理。

1 路基高邊坡穩(wěn)定性分析方法

在公路建設(shè)施工過(guò)程中影響公路穩(wěn)定性有多種因素其中包括：施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件（包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度和邊坡巖體水文地質(zhì)條件）、人工整治的程度（如坡形、坡率、坡高及加固措施的設(shè)計(jì)）、施工工藝及施工順序等（如損壞植物、損壞邊坡等）。上述因素的相互影響對(duì)邊坡的行為和安全性起著決定性作用。

在對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，采用的方法主要有兩種，分別為定量分析和定性分析，分析方法在經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展逐漸由定性分析發(fā)展為定量分析，這兩種分析方法是相互補(bǔ)充，協(xié)調(diào)作用的。

定性分析法主要有自然歷史分析法、工程類比法和圖解法三種分析方法。其中工程類比法是指通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中開(kāi)挖邊坡附近的人工邊坡和公路邊坡相比較 ，分析高邊坡的穩(wěn)定性，從而確定邊坡設(shè)計(jì)過(guò)程中的參數(shù)和邊坡的設(shè)計(jì)方法。圖解法是指通過(guò)綜合運(yùn)用邊坡巖體的地質(zhì)力學(xué)方法來(lái)確定邊坡變形破壞模式。

定量計(jì)算法是指由于邊坡類型各不相同，對(duì)其穩(wěn)定性分析的原因不同以及分析的精度要求也不同，這就使分析方法可以分為剛體極限平衡分析法和數(shù)值分析法。邊坡的穩(wěn)定性和推力大小可以由極限平衡法定量測(cè)得，在工程中有著廣泛的應(yīng)用。

滑動(dòng)面上的破壞載荷的大小可以通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離器的靜態(tài)平衡來(lái)獲得。極限荷載即最小的破壞荷載，與其相對(duì)應(yīng)的面是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。近些年來(lái)，許多學(xué)者在剛體極限平衡法方面進(jìn)行了大量的研究并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。該方法的發(fā)展大致可以概括為兩個(gè)方面。首先是要關(guān)注最危險(xiǎn)的滑移弧位置的規(guī)律，要制作表格和曲線，減少計(jì)算工作量，其次需要對(duì)之前作出的假設(shè)進(jìn)行修正和補(bǔ)充，然后依據(jù)設(shè)計(jì)要求提出一種更符合實(shí)際情況的計(jì)算方法。簡(jiǎn)化計(jì)算模型的方法主要有：1）假設(shè)土壤帶的作用力大小,，簡(jiǎn)化Bishop法假定所有的水平力Xi大小為零；2）假定土壤帶作用力之間的夾角，水平力Xi與豎向力Ei的交角或條間力合力的方向；3）假定作用力作用的位置。

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，以上各種假設(shè)中在具有合理性要求的前提下所得到的安全系數(shù)并不能有效的減少未知量。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，我們可以通過(guò)對(duì)各種假設(shè)進(jìn)行編程處理尤其是危險(xiǎn)程度最高的滑動(dòng)面。并且許多分析方法和計(jì)算機(jī)處理軟件也得到廣泛開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可以通過(guò)這些計(jì)算機(jī)軟件以及計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查找和計(jì)算危險(xiǎn)程度最高的滑移弧以及中心位置，使繁雜的計(jì)算得到有效的簡(jiǎn)化。

此外，由于邊坡工程是一個(gè)復(fù)雜的開(kāi)放系統(tǒng)，影響邊坡的因素很多，而且具有相當(dāng)?shù)碾S機(jī)性、模糊性和不確定性，存在許多問(wèn)題和缺點(diǎn)，有時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)的計(jì)算分析。機(jī)械力學(xué)方法。近年來(lái)，在吸收耗散理論、協(xié)同理論、混沌理論、隨機(jī)理論、模糊理論、灰色系統(tǒng)理論、突變理論等理論的基礎(chǔ)上，在高邊坡研究中開(kāi)發(fā)了一批非確定性分析方法。能力分析理論。主要研究方法有：邊坡穩(wěn)定可靠度分析法、隨機(jī)過(guò)程法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法、滑坡失穩(wěn)分析法、人工智能法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

2 高邊坡穩(wěn)定性分析實(shí)例

公路高邊坡位于重山丘陵區(qū)。該山的地表由厚度為0.5-5.0m的粘土和粘土組成，是一個(gè)完全風(fēng)化的花崗斑巖，坡度比為1：1，還有一個(gè)2m的斜坡臺(tái)地。為了定量分析其整體穩(wěn)定性，利用土壤坡度計(jì)算花崗巖風(fēng)化斑巖，計(jì)算出高度為 5m，上部為 C＝32kPa，φ＝31°，下部C＝10kPa，φ＝36°；分類高度為6m，上部坡度為1∶1.5，下部7級(jí)坡度比為1：1。用簡(jiǎn)化的Bishop方法計(jì)算總體安全系數(shù)K＝1.187。

3 工程對(duì)策

3.1 系統(tǒng)治理

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，公路施工過(guò)程中的邊坡是基本穩(wěn)定邊坡（穩(wěn)定系數(shù)k= 1.10-1.20），也就是說(shuō)，工程施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件比較普通，較差的地質(zhì)特征和結(jié)構(gòu)面比較少。這樣由于外部環(huán)境的影響，邊坡的變形量和局部的破壞程度就比較小。在施工過(guò)程中不 用加強(qiáng)坡面的硬度，僅需要調(diào)整邊坡的角度。

在進(jìn)行坡形和坡率設(shè)計(jì)時(shí)，需要在施工場(chǎng)地的地下和地面排水設(shè)施完善的前提下對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)邊坡坡度時(shí)綜合考慮邊坡在緩滑條件下的巖土的特性。減少工程的加固措施，同時(shí)，可以通過(guò)加強(qiáng)邊坡的防護(hù)，實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性的提高。在進(jìn)行邊坡加固時(shí)需要在必須要對(duì)其進(jìn)行加固時(shí)進(jìn)行。

混凝土邊坡設(shè)計(jì)為臺(tái)階式邊坡，臺(tái)階間設(shè)置有破壞平臺(tái)。臺(tái)階高度為 60m，平臺(tái)寬度為2.0m，由于土坡高度高，邊坡的破碎變形是可能的。高1.5m的低擋土墻設(shè)置在坡腳處。邊坡表面受到錨桿框架的及時(shí)保護(hù)。可以改善邊坡的應(yīng)力和變形條件，防止坡腳附近的應(yīng)力集中，保證邊坡的穩(wěn)定。

在施工過(guò)程中，因?yàn)檫吰碌淖畲笫┕じ叨葹?0m,會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖后邊坡松動(dòng)甚至產(chǎn)生變形。為了解決這一問(wèn)題可以采用預(yù)加固的方法，，通過(guò)坡度開(kāi)挖和分級(jí)加固，減小邊坡的變形，確保邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)需要采用機(jī)械挖掘和光面爆破的方式以確保邊坡的穩(wěn)定性，為了排放斜坡裂隙中的水需要安裝一排斜排水孔。

3.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工

在進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于高邊坡所具有的復(fù)雜性和多樣性以及在地質(zhì)鉆探過(guò)程中的局限性，最初所提出的設(shè)計(jì)方案并不能滿足實(shí)際的工程要求。這就需要設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)使用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。在對(duì)高邊坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮邊坡多重影響因素，重視邊坡的災(zāi)害類型和產(chǎn)生原因的時(shí)間效應(yīng)。在施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)各方面的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和邊坡所揭示的實(shí)際地質(zhì)條件的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性、定量分析 以及系統(tǒng)分析。必要時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，從而根治高邊坡所帶來(lái)的危害，確保施工安全。

在工程施工過(guò)程中，為了有效的指導(dǎo)監(jiān)督施工過(guò)程，確保施工過(guò)程的安全實(shí)施以及監(jiān)管的效果，需要重視監(jiān)督管理工作。對(duì)于邊坡施工的監(jiān)測(cè)主要是對(duì)地質(zhì)條件、邊坡高度和加固量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)需要在施工工程圖設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和布置。

3.3 邊坡綠化

邊坡的坡面施工材料大多為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，在施工過(guò)程中為了促進(jìn)坡面的生態(tài)恢復(fù)，上風(fēng)化1∶1.5斜坡和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖受到拱窗孔式保護(hù)的保護(hù)，1：1坡度的下斜坡受到錨定的保護(hù)。用植物方法在框架中種植具有較小坡度和斜坡的直坡草種子，斜率為1∶1。植物主要由山坡上的草叢和灌木組成，當(dāng)?shù)氐臉?shù)木在平臺(tái)、斜坡頂部和坡腳處裝飾。采用這種綠化方法所具有的的優(yōu)勢(shì)為維護(hù)成本低，生態(tài)效益比較顯著。同時(shí)因?yàn)檫吰碌挠炅勘容^充足，這就可以有效的實(shí)現(xiàn)坡面的綠化，改善公路的整體景觀。

4 結(jié)語(yǔ)

由于路程長(zhǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜，工程施工初期需要對(duì)高邊坡穩(wěn)定性分析和災(zāi)害控制進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)。高邊坡災(zāi)害對(duì)整個(gè)公路的質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用，有效的治理是公路施工過(guò)程中的關(guān)鍵部分。在工程施工過(guò)程中，為了有效的指導(dǎo)監(jiān)督施工過(guò)程，確保施工過(guò)程的安全實(shí)施以及監(jiān)管的效果，需要重視監(jiān)督管理工作。在信息化施工中，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和施工開(kāi)挖所暴露的地質(zhì)條件，及時(shí)科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。