高切坡的穩(wěn)定性分析與施工安全控制技術(shù)

丁志剛

摘 ?要：該文介紹了高切坡的破壞模式和擴建道路開挖高切坡時的施工安全控制技術(shù)。我國的公路交通基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，擴建道路工程在其中扮演著越來越重要的角色。高切坡的破壞方式和破壞模式類型較多，所以維持高切坡的穩(wěn)定性是擴建道路開挖既有高切坡工程中的重中之重。在擴建道路開挖既有高切坡的工程中，有效且經(jīng)濟的高切坡開挖施工技術(shù)和施工安全控制措施是完成工程的重要保障。

關(guān)鍵詞：擴建道路 ?高切坡 ?破壞模式 ?穩(wěn)定性 ?安全控制技術(shù)

中圖分類號：TU4 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（a）-0046-03

Stability Analysis and Construction Safety Control Technology of High Cut Slope

DING Zhigang*

（Zhongjiao Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 101121 China）

Abstract： This paper introduces the failure mode of high-cut slope and the construction safety control technology of the extended road when excavating high-cut slope. China's highway traffic infrastructure is improving day by day， the road expansion project is playing an increasingly important role in it. There are many types of failure modes and modes of high-cut slope， so maintaining the stability of high-cut slope is the most important task in the existing high-cut slope project of road expansion and excavation. In the project of extending the road to excavate the existing high cut slope， the effective and economical high cut slope excavation construction technology and construction safety control measures are the important guarantee to complete the project.

Key Words： Road extension; High cut slope; Failure mode; Stability; Safety control technology

道路的擴建工程設(shè)計與新建工程的設(shè)計有著比較明顯的區(qū)別。新建工程有比較明確的設(shè)計規(guī)范和標準，但是擴建工程在這方面處于缺乏狀態(tài)，其中包含著大量的、需要我們?nèi)ミM一步探索與研究的技術(shù)性問題。開展道路擴建工程的研究是必要的，也是當前形勢所需要的。同時，在道路擴建工程中也難免遇到比較復(fù)雜的邊坡工況，而高切坡就是這種工況之一。高切坡的破壞機理是比較復(fù)雜的，因此，對高切坡的穩(wěn)定性分析存在一定的爭議。如陳洪凱等研究者根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)面控制性與現(xiàn)場易識性將道路中的高切坡分為3個大類和9個小類，其中的巖土復(fù)合型高切坡又分為順層和切層兩個復(fù)合型高切坡類型[1]。在實際的工程建設(shè)中，高切坡既可能沿著土層內(nèi)部失穩(wěn)，也有沿著巖層失穩(wěn)的可能[2]。所以，在既有高切坡的道路上進行的擴建開挖工程更加復(fù)雜，需要工程技術(shù)人員對此類工程更加重視且有針對性。在既有高切坡的道路上進行擴建，傳統(tǒng)上的施工方法是通過依據(jù)一定的坡率，由上往下，一層一層地進行開挖，隨后一層一層地進行防護。但是這種方法在邊坡坡率過大時，缺點就會變得十分明顯。

（1）會引起開挖地工程量過大，特別是在邊坡過于高時。

（2）施工過程中安全保障較差。在拓寬擴建道路的時候，一般都只會擴寬1～2個車道，所以寬度不足，從而導(dǎo)致開挖施工的工作平臺和運輸平臺的空間不足，降低了施工的安全性。

（3）在施工過程中，對路邊有著較大的安全威脅。在邊坡高度過大時，滾石落土?xí)r的能量就相應(yīng)越大，從而導(dǎo)致其彈起時的高度越高、速度越快、落點越遠。此時，邊坡的防護措施，比如防護網(wǎng)之類的就會失去一定的作用，未施工道路上的行車安全就會受到一定的威脅。

（4）邊坡開挖施工的時間較長。對于高切坡的施工來說，為了保證相應(yīng)的安全，邊坡開挖一級后也要對這一級進行相應(yīng)的防護，所以施工時間就會拉得比較長。

（5）邊坡的山體較高時，可能會遇到重新征地的情況。

綜上所述，高切坡施工具有較大的風(fēng)險，不僅在施工過程中存在風(fēng)險，而且在施工后，由于對土體和巖體進行了擾動，原有邊坡穩(wěn)定性較差，在降雨或地震、人類活動等外部因素作用下極有可能發(fā)生失穩(wěn)，因此，需要加強對高切坡的后期監(jiān)測和穩(wěn)定性評價，在施工過程中也要建立優(yōu)化的施工工藝，確保邊坡安全存在。

1 ?高切坡變形方式

我國地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，邊坡種類很多，邊坡變形破壞形式也多種多樣，邊坡災(zāi)害治理是一個長期的過程，任務(wù)重且難度大[3-4]。高切坡有4種不同的變形方式，分別是卸荷回彈、蠕變、表層變形和沖蝕破壞。

1.1 卸荷回彈

卸荷的作用會讓卸荷面周圍的巖體內(nèi)部應(yīng)力進行重新分布，這種現(xiàn)象可能會引起局部的應(yīng)力集中。在回彈變形的時候，也可能會因為差異回彈而在巖體中產(chǎn)生殘余應(yīng)力體系，從而造成巖體不同程度的變形。

1.2 蠕變

坡體的應(yīng)力因為長期作用而產(chǎn)生的一種持續(xù)且緩慢的變形。局部破裂是其中的一種變形方式，同時會生成一些新的破裂面。

1.3 表層變形

這種變形是指高切坡的表面層和強風(fēng)化巖層在經(jīng)歷了自然破裂并且解體后產(chǎn)生剝落的現(xiàn)象。這種變形影響的范圍較淺。

1.4 沖蝕破壞

這種變形是發(fā)生在有坡面徑流時，松散的土體在其沖蝕的作用下發(fā)生的變形破壞。

2 ?高切坡變形破壞模式

在山區(qū)公路的工程中，巖土高切坡的破壞模式一般有4種不同的類型。

2.1 邊坡上部土體圓弧形滑動

當邊坡的下部分處于穩(wěn)定狀態(tài)時，邊坡的上部土體可能會發(fā)生圓弧形滑動破壞。邊坡形態(tài)造成的剪應(yīng)面是邊坡滑動面形成的原因，這個剪應(yīng)面是不受之前形成的軟弱面控制的?；掳l(fā)生前，邊坡應(yīng)力最集中的地方在坡腳位置，此時的邊坡土體抗剪強度不足以抵消滑坡面產(chǎn)生的剪應(yīng)力，坡體開始蠕動且進行應(yīng)力調(diào)整，當整個滑動面產(chǎn)生的剪應(yīng)力都大于土體抗剪強度時，邊坡將發(fā)生整體滑移。

2.2 邊坡上部土體沿巖土邊界層滑動

此類破壞一般發(fā)生于巖土接觸層較陡峭的位置，并且此處的抗剪強度較低，沿接觸面的滑動破壞是此時主要的破壞模式[5]。此時，切割土體的是滑坡體的后半部分，滑坡體可看作是剛體。

2.3 邊坡沿基巖結(jié)構(gòu)面順層滑動

在邊坡下半部分的坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，邊坡發(fā)生整體破壞是沿著軟弱面的。此時的邊坡下部分坡體控制著邊坡的穩(wěn)定性。邊坡上部分的坡體可設(shè)為荷載作用于下部分坡體[6]。順層破壞是整體破壞模式的一種，這種破壞一般發(fā)生于巖層產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面于邊坡傾向相同時，其破壞影響因素主要受巖層產(chǎn)狀三要素（走向、夾角、坡腳）決定，順層破壞主要由滑坡體自重引起。

2.4 邊坡沿基巖結(jié)構(gòu)面傾倒滑動

在逆傾向巖層中發(fā)生的傾倒破壞也是整體破壞形式的一種。此類破壞的影響因素為坡腳與巖層結(jié)構(gòu)面傾角組合、巖層厚度、巖土層間結(jié)合強度和反傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育所影響。主要破壞形式為巖層向坡體外部彎折變形并折斷而引發(fā)的傾倒破壞。

3 ?施工安全控制技術(shù)

考慮到在高切坡開挖時，開挖工程施工具有一定的難度，并且在工程施工安全上也面臨著一定的威脅，所以，在擴建道路開挖既有高切坡的工程中就需要一定的施工開挖技術(shù)?！按怪遍_挖”是高切坡開挖技術(shù)中的一種技術(shù)方案，此技術(shù)是將開挖點設(shè)置在高切坡的坡角處，這樣可以開挖最小量的土體來達到拓寬道路的目的。在開挖的同時也采用相應(yīng)的強度較高的支護來控制邊坡的變形，以保障邊坡的安全。這種技術(shù)方案不僅可以保持邊坡在開挖過程中的穩(wěn)定性，同時也能控制邊坡的變形量在設(shè)計范圍。邊坡應(yīng)力最集中的地方在于邊坡的坡腳位置，同時此處的偏轉(zhuǎn)也最為劇烈，邊坡中最容易被破壞的地方。在坡腳處進行開挖時，如果沒能控制好，就會造成相應(yīng)的變形破壞，并且引起邊坡上部發(fā)生整體性失穩(wěn)。所以，在對邊坡實施開挖時也應(yīng)該采取一定的施工安全控制措施，在做好邊坡穩(wěn)定性評估的同時進行相應(yīng)的數(shù)值計算分析，從而制訂好安全的開挖方案和合理經(jīng)濟的加固措施。

3.1 既有高切破的調(diào)查與評估

在對既有高切坡的道路進行開挖時，應(yīng)該首先對該處的項目資料進行收集并且進行現(xiàn)狀調(diào)查。在資料收集方面，應(yīng)該著重收集此處高切坡的設(shè)計方案、施工情況和歷年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以了解到邊坡的變形歷史。在對邊坡的現(xiàn)狀調(diào)查方面，應(yīng)該著重于邊坡的外觀完好程度、邊坡的防護措施是否完整、地下水是否有出露情況。調(diào)繪為調(diào)查的主要手段，必要時，也可采取勘探和測試等手段。如果原邊坡是施加了加固工程的，那此時的調(diào)查重點應(yīng)該著重于加固工程和必要的位移、應(yīng)力測試工作。根據(jù)既有邊坡的調(diào)查數(shù)據(jù)，對其穩(wěn)定性進行評估，必要時可加上數(shù)值計算進行分析。如果邊坡的穩(wěn)定性較差，應(yīng)對其進行加固強化措施再進行后面工序。

3.2 預(yù)支護措施

在開挖原有邊坡的坡腳時，坡腳處會產(chǎn)生一定的位移。這些位移一定會影響到現(xiàn)有的邊坡的上部。位移過大的情況下，必然會使原有的邊坡變形和失去穩(wěn)定性，所以必須事先使用一定的保護措施，對邊坡的坡腳進行一定的加固?？紤]到在現(xiàn)有的邊坡上施工，結(jié)合作業(yè)平臺和邊坡的地質(zhì)情況，一般采取以下預(yù)備保護措施。

（1）微型樁支護，在掘進平臺上，以一定的間隔布置成2～3列，樁頂與整體相連。微型樁使用地質(zhì)鉆機或錨固工程鉆機，開口孔徑一般為150～250mm，孔中插入無縫鋼管或鋼筋，并注入水泥砂漿[7]。

（2）加強錨固工程，主要是在代開挖的上一級斜坡上設(shè)置預(yù)應(yīng)力固架，通過預(yù)應(yīng)力形成壓縮應(yīng)力帶，改善邊坡的應(yīng)力場。

3.3 分級開挖與支護

在對既有高切坡的坡腳進行開挖時，應(yīng)該是分布進行開挖，然后分級進行支護。分階段開挖[8-9]的高度和次數(shù)要綜合考慮地質(zhì)條件、邊坡高度等因素后再確定。如果按分級開挖、開挖時的高度過高，那么很容易使邊坡發(fā)生失穩(wěn)。如果高度過小，開挖的次數(shù)就會增加，施工時間就會延長，成本就會提高。在對邊坡進行分級開挖時，應(yīng)當立即予以支護。支護措施包括臨時性支護和永久性支護措施。臨時性的支護措施一般是采用土釘墻進行密封。這一點在南方多雨地區(qū)尤為重要，可有效防止邊坡坡面松動、雨水侵蝕等造成的破壞?，F(xiàn)階段，采用預(yù)應(yīng)力錨索支護也成為高切坡防護的重點和重要措施，它不僅能保障邊坡的穩(wěn)定性還能降低成本，具有較好的應(yīng)用前景。采用這種方法對邊坡進行加固時要嚴格按照圖紙施工，在施工過程中注意腳手架的安放，控制一定的誤差范圍，在鉆孔過程中不能加水，要采取干鉆，鉆孔深度為500mm以上，施工人員必須對地層進行詳細勘探掌握基本情況，避免出現(xiàn)土層坍塌[10]。

4 ?結(jié)語

在擴建道路開挖高切坡的工程中，應(yīng)采用合理、安全、經(jīng)濟、有效的開挖技術(shù)，以保證高切坡在開挖施工過程中的穩(wěn)定性。同時，也應(yīng)該根據(jù)高切坡的現(xiàn)場實際情況采取適當?shù)陌踩刂萍夹g(shù)，例如分級開挖、分級防護、選取合適的開挖高度、分級支護等，以保障工程安全有效地完成。

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