公路工程中邊坡綜合治理技術(shù)的探究

呂 童 廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)中級土木工程師

1 引言

邊坡災(zāi)害一直是公路工程中常見的問題，在20 世紀(jì)80 年代以前，我國的公路由于交通量小，公路建設(shè)等級低，公路工程中的高填深挖路基較少，邊坡防護(hù)沒有得到重視。隨著我國公路工程的不斷發(fā)展，邊坡的失穩(wěn)破壞問題逐漸凸顯出來，致使交通中斷，給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來威脅。

2 公路工程中邊坡治理的重要性

在公路工程中，邊坡垮塌病害是影響公路工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的重要因素。在實際的公路施工中，由于邊坡的開挖改變了山體的地形條件和巖體構(gòu)造，因此邊坡開挖后的防護(hù)治理需要受到高度重視。邊坡的主要破壞類型包括：滑坡、崩塌、風(fēng)化剝落以及泥石流等。隨著公路工程的大量建設(shè)，工程中所面臨的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，邊坡的高度也越來越高，由邊坡失穩(wěn)引起的安全事故也越來越頻繁[1-2]，因此對工程施工中邊坡綜合加固治理的研究很有必要。

目前邊坡加固防護(hù)的主要措施有：削坡減載、排水與截水、錨固、抗滑樁、抗滑擋土墻支擋、錨桿框架梁、植物框格護(hù)坡以及護(hù)面等。在邊坡治理工程中強(qiáng)調(diào)措施綜合治理的原則，以加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，邊坡治理技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，并逐步走向完善[3]。現(xiàn)在越來越多的研究已經(jīng)從被動的邊坡治理轉(zhuǎn)換為預(yù)防加固，在新時期下，邊坡的預(yù)防加固和綜合治理是公路工程實施中的重要內(nèi)容。

3 邊坡治理中存在的問題及邊坡失穩(wěn)分析

3.1 邊坡治理中存在的問題

首先，施工單位對邊坡開挖防護(hù)不夠重視，在公路施工管理中，對邊坡的開挖防護(hù)沒有相應(yīng)的管理制度和實施方案，同時，施工過程中的技術(shù)水平較低，不能有效地管理和優(yōu)化施工，主要表現(xiàn)為施工人員的素質(zhì)低、施工技術(shù)差、施工中存在違規(guī)操作等。

其次，設(shè)計人員和勘察人員對相應(yīng)邊坡地質(zhì)條件的掌握程度較差。由于設(shè)計周期短，其設(shè)計缺乏相應(yīng)的地質(zhì)數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致防護(hù)措施設(shè)計不合理。

在當(dāng)今的公路工程建設(shè)中，路塹邊坡的穩(wěn)定性評價和治理加固技術(shù)還存在一定的局限性。特別是巖質(zhì)高邊坡結(jié)構(gòu)和巖土參數(shù)的確定存在較大的誤差，主要靠相應(yīng)的地質(zhì)鉆孔與工作人員的區(qū)域地質(zhì)經(jīng)驗來確定，無法用精確化的定量表示。雖然邊坡宏觀的失穩(wěn)滑動穩(wěn)定性分析可以通過參數(shù)計算，但是影響邊坡穩(wěn)定性的因素較為復(fù)雜，現(xiàn)在難以綜合地評價邊坡變形破壞的機(jī)理和模式。因此，高邊坡穩(wěn)定治理技術(shù)還有待通過實踐和新理論結(jié)合,進(jìn)一步的提高[4]。

3.2 邊坡失穩(wěn)原因分析

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有很多種，其內(nèi)在因素主要有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖土結(jié)構(gòu)等，外在因素包括水的影響、人類活動、風(fēng)化作用等。在南方山區(qū)的公路工程中，復(fù)雜的地質(zhì)條件是造成邊坡失穩(wěn)垮塌的主要內(nèi)在因素，而邊坡的開挖以及水的作用也是公路邊坡施工中不可忽視的2個重要因素。

在公路邊坡施工中，自然斜坡開挖后，山體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡被打破，坡體內(nèi)的應(yīng)力會進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到新的應(yīng)力平衡。由于山體斜坡的開挖形成了坡體的臨空面，新開挖的臨空面則成為了山體內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整的主要釋放口，開挖的臨空面附近應(yīng)力調(diào)整最大，越遠(yuǎn)離臨空面調(diào)整越小，臨空面巖體的應(yīng)力調(diào)整會導(dǎo)致坡面巖體的變形。如果開挖的邊坡坡率設(shè)計合理，邊坡在變形過程中會逐漸達(dá)到應(yīng)力平衡，但由于坡面的節(jié)理裂隙風(fēng)化發(fā)育，會逐漸降低坡面巖體的構(gòu)造膠結(jié)性和巖體參數(shù)，如果此時不進(jìn)行加固防護(hù)，坡面巖體會逐漸崩塌破碎，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。如果邊坡在開挖過程中坡率設(shè)計不合理，巖體在發(fā)生應(yīng)力調(diào)整過程中會由于巖體的變形過大，超過巖體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。在公路邊坡施工過程中，很多邊坡都是由于邊坡坡率選擇不當(dāng)，才出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象[5]。

同時，在路塹邊坡的開挖區(qū)，邊坡的自然植被被破壞，加速了雨水對坡面的滲入作用。水對邊坡的影響主要是增加了巖體的飽和重度，降低了巖體的抗剪參數(shù)。眾所周知，邊坡失穩(wěn)的主要作用機(jī)理是滑動體的下滑力大于滑面之間的抗滑力，而滑動體的下滑力主要靠自身重力提供，在雨水下滲的過程中滑動體的內(nèi)部空隙被雨水充填，使滑體重力增加，導(dǎo)致滑動體的下滑力也隨之增加。另外，雨水入滲后，巖體內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面易發(fā)生崩解或軟化，尤其是土質(zhì)邊坡，浸水后土體的強(qiáng)度參數(shù)急劇下降，從而導(dǎo)致邊坡內(nèi)部的抗剪強(qiáng)度降低，當(dāng)下滑力超過邊坡的抗剪強(qiáng)度時，便會發(fā)生邊坡滑塌。

因此，在制定邊坡開挖的治理決策時，首先，應(yīng)根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件進(jìn)行合理的邊坡坡率設(shè)計，降低邊坡坡度，增加其穩(wěn)定性。其次，邊坡開挖后應(yīng)及時進(jìn)行坡面的綠化防護(hù)，減少坡面的裸露風(fēng)化面積。最后，完善邊坡的截排水措施也是邊坡治理和加固的重要措施之一。

4 邊坡綜合治理原則及技術(shù)決策

4.1 治理原則

邊坡的綜合治理技術(shù)是集勘察、設(shè)計、施工以及監(jiān)測為一體，采用動態(tài)法設(shè)計，信息法施工的綜合治理技術(shù)[6]，其作用是改善邊坡內(nèi)部力學(xué)平衡狀態(tài)，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。在進(jìn)行公路邊坡綜合治理方案設(shè)計時，需對公路邊坡設(shè)計有一個比較系統(tǒng)、全面的規(guī)劃，需遵循以下原則：

（1）以邊坡工程地質(zhì)條件為依據(jù)，充分利用一切地形、地貌，因地制宜地采取有效措施加強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性，同時保證邊坡治理措施的經(jīng)濟(jì)合理性。

（2）充分考慮加固治理的施工可行性，評估邊坡目前的安全性，以確保施工的順利進(jìn)行。

（3）公路工程中，邊坡的施工破壞了當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，在邊坡的加固治理過程中應(yīng)著重考慮治理措施的綠化環(huán)保性，盡量保證邊坡的綠化，保護(hù)自然生態(tài)。

（4）在公路工程的勘察過程中，遇到性質(zhì)復(fù)雜的大型滑坡時，應(yīng)盡量對其繞避。當(dāng)繞避有困難時，應(yīng)視滑坡規(guī)模、公路與滑坡的相互影響程度、防治與治理費用等條件，設(shè)計幾種方案進(jìn)行比選。

（5）在邊坡治理前，應(yīng)先做好邊坡的臨時排水設(shè)施，以減少降水對邊坡的浸濕危害。

4.2 技術(shù)決策

對于邊坡治理的技術(shù)決策來講，要高度重視邊坡的監(jiān)測工作。尤其是穿行于重丘地區(qū)的公路，高填深挖較多，大部分路段坡度較陡，巖體經(jīng)過開挖后破碎松軟，遇到降雨天氣時邊坡容易失穩(wěn)垮塌，因此邊坡的監(jiān)測工作必須持續(xù)性的實施，一旦發(fā)生任何特殊情況，應(yīng)及時上報，按照流程盡快完成預(yù)警、隔離工作。

邊坡的治理方式可分為兩種，一是預(yù)防式防護(hù)，二是補救性處理。前者適用于邊坡開挖后對邊坡坡面進(jìn)行加固防護(hù)，或者對處于基本穩(wěn)定狀態(tài)下的邊坡進(jìn)行預(yù)防性支擋加固，后者適用于邊坡發(fā)生變形裂縫后的挽救性治理。

在邊坡的治理措施中應(yīng)根據(jù)邊坡的規(guī)模、地質(zhì)條件、變形破壞程度來確定具體的治理方式。對于地質(zhì)條件簡單的低矮邊坡，可采用放緩邊坡來增加邊坡穩(wěn)定性，要視坡面的易風(fēng)化程度來確定防護(hù)類型。對于垮塌的低矮邊坡，也可采用清除垮塌體、完善截排水的措施來進(jìn)行邊坡治理。對于需要進(jìn)行支擋防護(hù)的邊坡，必須通過邊坡的穩(wěn)定性驗算來計算支擋位置的下滑力，從而確定合理的加固和支擋方案。對于某些復(fù)雜邊坡需要同時采用幾種加固方式進(jìn)行綜合治理，以仁沐新高速公路某邊坡垮塌為例，邊坡上部下滑段采用開挖卸載，對下部抗滑段坡體進(jìn)行反壓加載，于坡腳設(shè)置抗滑擋土墻進(jìn)行坡腳加固，同時坡頂坡面設(shè)置完善的截排水加固措施，坡面采用綠化防護(hù)以分散坡表徑流，減弱雨水下滲，從而增加邊坡的穩(wěn)定性。

現(xiàn)代邊坡加固設(shè)計不僅要綜合應(yīng)用處理技術(shù)，同時要從造價和施工難度方面進(jìn)行綜合比對，選取經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、施工方案科學(xué)、可持續(xù)的加固方案。

公路工程的建設(shè)在很大程度上破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，導(dǎo)致植被破壞、水土流失、生態(tài)失衡等問題不斷出現(xiàn)，促使了自然災(zāi)害的發(fā)生。因此生態(tài)治理已經(jīng)成為邊坡治理中的重要內(nèi)容。綠色生態(tài)治理技術(shù)也是現(xiàn)在發(fā)展的主流，邊坡坡面綠化加固過程中要選擇根系發(fā)達(dá)的植物，通過濕法噴播、客土噴播或掛網(wǎng)植草等方式栽種于邊坡表面，植物發(fā)芽成活后其根系在土體中起著加筋作用，在一定程度上增強(qiáng)了水土的保持能力，能夠有效抵抗雨水對邊坡坡面的侵蝕和浸潤。

5 結(jié)語

在公路工程建設(shè)中，邊坡工程作為主體工程中的一部分，邊坡治理的好壞直接影響著公路工程的整體進(jìn)度。邊坡綜合治理應(yīng)以開挖邊坡的穩(wěn)定判斷、風(fēng)險評價為基礎(chǔ)，選擇合理的治理方案，使邊坡防護(hù)工程安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。公路邊坡綜合治理必須堅持“因地制宜、綜合設(shè)計、就地取材、防治結(jié)合”的基本原則，在技術(shù)上秉著精細(xì)勘察、對癥下藥、綜合治理的思想，只有這樣，才能在現(xiàn)代的公路工程建設(shè)中實現(xiàn)最優(yōu)的邊坡治理。