公路工程高邊坡設(shè)計的關(guān)鍵問題探討

鐘賢飛

(中榕規(guī)劃設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引 言

隨著公路建設(shè)不斷向山區(qū)推薦，在選線時無法避免山區(qū)等特殊地貌，在山地修建公路時，往往需要進行高填深挖，打破原有的力學(xué)平衡，出現(xiàn)大量高陡的人工邊坡，大量的高邊坡在強降雨、地震等不良環(huán)境作用下，會出現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因而需要對高邊坡進行合理的設(shè)計。在設(shè)計中，關(guān)鍵的問題是根據(jù)地質(zhì)對邊坡的失穩(wěn)破壞類型進行判別，從根源選取合理的措施對邊坡進行防護，起到事半功倍的作用。

本文介紹四種常見的地質(zhì)模型，坡殘積土邊坡、風(fēng)化土邊坡、巖石邊坡、堆積體邊坡，介紹其失穩(wěn)破壞的機理，并總結(jié)歸納邊坡破壞的類型，然后介紹各類型邊坡設(shè)計的要點。

1 高邊坡失穩(wěn)破壞機理

高邊坡工程設(shè)計的前提是應(yīng)該根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件，對邊坡失穩(wěn)破壞的模式和機理進行分析，從而選擇合理的防護措施，以下將介紹常見的四種破壞地質(zhì)模式。

1.1 坡、殘積土邊坡

此類邊坡由表層覆蓋的坡積土和下伏的殘積土組成，此類邊坡既可以出現(xiàn)淺層滑坡，也可能出現(xiàn)深層滑坡。淺層滑坡主要是表層坡積土自穩(wěn)性差，在開挖后，沿著殘積土頂面滑動，或者出現(xiàn)表層崩塌破壞，如圖1(a)所示；而深層破壞，則是由于坡體的破壞延伸至殘積土層，滑面侵入下伏的殘積土，如圖1(b)。

圖1 坡、殘積土邊坡破壞機理分析

對于淺層破壞，是由于表層坡積土的松散，顆粒間的粘結(jié)作用差，空隙大，且受力不均，導(dǎo)致表層土的自穩(wěn)性較差，開挖后，在主動或者被動土壓力作用下，坡表土層出現(xiàn)小規(guī)模崩塌破壞，或者當(dāng)坡積土的自重在殘積土頂面的下滑力超過了滑面的抗滑力，而出現(xiàn)滑坡。深層破壞，主要是由于坡體在自重作用下，在深層形成一個最大的剪應(yīng)力作用面，當(dāng)該工作面上的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強度后，坡體內(nèi)部將出現(xiàn)一個塑性區(qū)，塑性區(qū)發(fā)展，最終形成危險的滑面，邊坡將沿其發(fā)生滑動破壞，這種破壞表現(xiàn)為均層狀。而如果邊坡開挖后，邊坡以殘、坡積土為主，下伏基巖，而在殘、坡積土與基巖之間為剛性接觸，上層坡體在自重作用下，沿著基巖頂面產(chǎn)生下滑力，而在與基巖的光滑接觸面上，坡體出現(xiàn)較大的下滑力，而抗滑力較小，應(yīng)力在接觸面上出現(xiàn)重分布，導(dǎo)致在接觸面上出現(xiàn)應(yīng)力集中，其破壞表現(xiàn)為基底控制型。

1.2 風(fēng)化土巖邊坡

邊坡在開挖后，清除風(fēng)化殼，揭露的巖層多為全風(fēng)化或者強風(fēng)化的巖層，滑坡和崩滑多沿著強風(fēng)化與下部輕微風(fēng)化的接觸面出現(xiàn)，在花崗巖地區(qū)尤為常見。此類破壞多發(fā)生在風(fēng)化層與微風(fēng)化或者微風(fēng)化的基巖接觸面上，沿著基巖頂面產(chǎn)生較大的下滑力，而在接觸面上，抗滑力較小，應(yīng)力擴散到接觸面上時，出現(xiàn)應(yīng)力突變，繼而應(yīng)力在接觸面上出現(xiàn)重分布，其破壞表現(xiàn)為基底控制型。

1.3 巖石邊坡

巖石邊坡，其破壞多數(shù)是因為巖體被結(jié)構(gòu)面切割，或者巖體受不利結(jié)構(gòu)面控制，上部的坡體受到自重作用出現(xiàn)下滑力，而在結(jié)構(gòu)面上的抗滑力遠(yuǎn)小于下滑力，導(dǎo)致邊坡沿著不利結(jié)構(gòu)面下滑，或者是，上部巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割，而結(jié)構(gòu)面較陡，邊坡開挖后，出現(xiàn)臨空面，巖體失去支撐，在地震、強降雨作用下，出現(xiàn)傾倒型破壞。

1.4 崩、滑、流堆積邊坡

對于主要是由崩塌體組成的邊坡，根據(jù)崩塌體的特點，在邊坡開挖后，邊坡的坡腳被清除，崩塌體失去支撐而出現(xiàn)臨空面，導(dǎo)致崩塌堆積體失穩(wěn)，其滑面多為自然穩(wěn)定角或者是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面構(gòu)造面，或者是崩塌體的堆積面。其破壞可以是均勻型、基底控制型、或者是固定滑面型。而對于由滑坡體組成的邊坡，在邊坡開挖過程中，滑坡體在坡腳的支撐被去除，使滑坡體原有的力學(xué)平衡被破壞，激活滑坡體。對于泥石流的堆積體，其含水量較高，且地下水較為豐富，而巖土體的強度低，易出現(xiàn)滑塌破壞。

2 邊坡設(shè)計要點分析

在邊坡工程中，常用的工程措施有路線規(guī)避、放坡、坡面防護(圬工或生態(tài))、支擋工程、錨固、坡體改良、生態(tài)防護等，而在實際的工程中，并非選取一種措施，往往是多種措施聯(lián)合使用，而措施的選擇需結(jié)合邊坡的破壞類型才能確定，因此，在設(shè)計前，應(yīng)判斷邊坡可能的破壞類型。

根據(jù)前文的分析，將邊坡地質(zhì)模型繼續(xù)深化，從破壞形態(tài)出發(fā)，總結(jié)出邊坡破壞的四種典型斷面，并根據(jù)破壞的特征，總結(jié)治理措施，并提出相應(yīng)的設(shè)計要點。

2.1 均勻?qū)訝畹貙舆吰轮卫?/h3>

根據(jù)計算和工程實例，均勻?qū)訝畹倪吰略谄履_位置易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，且破壞類型多為剪切破壞，因而設(shè)計的關(guān)鍵點應(yīng)該是改善緩解邊坡坡腳應(yīng)力集中的現(xiàn)象，通過采取工程措施，比如擋土墻，以提高坡腳抗剪切變形的能力，同時還應(yīng)結(jié)合刷坡、或者在邊坡中上部設(shè)置抗滑樁、錨桿(索)，還要結(jié)合完善防排水措施。

2.2 基巖控制型邊坡治理

基底控制型邊坡，覆蓋層下面為微風(fēng)化或者中等風(fēng)化的基巖，比如坡表土體為堆積層、風(fēng)化層等，邊坡的破壞主要是沿著基巖頂面滑移，因此邊坡設(shè)計的關(guān)鍵是如何減小下滑力，并提高滑動面的抗滑力，典型設(shè)計如圖2所示。

圖2 基巖控制型邊坡治理示意圖

2.3 結(jié)構(gòu)面控制型邊坡治理

此類邊坡多為受結(jié)構(gòu)面控制的土質(zhì)或者巖質(zhì)邊坡，邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育，被多組結(jié)構(gòu)面切割，巖土體破碎，坡體沿著結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑移，也會出現(xiàn)前部坡體滑動后后部坡體失去可靠支撐繼而出現(xiàn)滑移，因而此類邊坡設(shè)計的要點應(yīng)該是控制不穩(wěn)定巖體沿著結(jié)構(gòu)面滑移，并提高坡腳的抗滑力。典型設(shè)計方案如圖3所示。

圖3 結(jié)構(gòu)面控制型邊坡治理示意圖

2.4 固定滑面邊坡防治

對于如老滑坡等一些巖石邊坡或者受結(jié)構(gòu)面控制的土質(zhì)或者土巖邊坡，坡體在滑坡推力作用下沿著結(jié)構(gòu)面滑移，此類邊坡設(shè)計的要點就是減少坡體沿著結(jié)構(gòu)面的下滑力，并增加坡腳或者坡體內(nèi)部的抗滑力，可以通過刷坡卸載或者錨固以減小下滑力，設(shè)置擋墻、抗滑樁、反壓等提高抗滑力，典型斷面設(shè)計如圖4所示。

圖4 固定滑面控制型邊坡治理示意圖

3 結(jié) 論

本文從坡殘積土邊坡、風(fēng)化土邊坡、巖石邊坡、堆積體邊坡等四種邊坡地質(zhì)模型出發(fā)，介紹各自的失穩(wěn)破壞的機理，歸納邊坡破壞的類型，然后介紹各類型邊坡設(shè)計的要點，具體結(jié)論如下：

(1)邊坡設(shè)計的前提是判別邊坡的地質(zhì)模型和失穩(wěn)破壞的類型，然后從機理出發(fā)選取合理的工程措施；

(2)邊坡設(shè)計應(yīng)堅持以防為主，防治結(jié)合的治理思想，堅持工程措施與防排水措施并重，工程措施應(yīng)從坡頂、坡中、坡腳全面考慮，有重點的進行防護設(shè)計。