巖土工程中高填方邊坡的穩(wěn)定性分析及治理措施

張勁松

（重慶市勘測院，重慶 400000）

1 高填方邊坡失穩(wěn)的成因

1.1 雨水沖刷

目前，大多數(shù)高填方邊坡在干燥環(huán)境下的自身強度能滿足工程建設(shè)的實際需要，但當(dāng)邊坡所在地區(qū)出現(xiàn)集中降雨或短時強降雨時，雨水的沖刷會帶走邊坡表面的土石，同時，雨水滲入邊坡內(nèi)部，會使其內(nèi)部黏聚力降低，導(dǎo)致高填方邊坡的強度下降，從而造成邊坡侵蝕、坡面破壞。

1.2 坡面剝落

在高填方邊坡施工完成較長時間后，由于風(fēng)化侵蝕和自身重力作用，邊坡上方的巖土體容易發(fā)生自上而下的滑動，雖然短期內(nèi)滑落不會嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定，但在日積月累的過程中，大量巖土體會被堆積到高填方邊坡的坡腳處，使坡腳部分出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，進(jìn)而影響邊坡整體的穩(wěn)定性。

1.3 滑坡

對于目前高填方土質(zhì)或泥質(zhì)邊坡，滑坡是一種極為常見的影響邊坡穩(wěn)定性的問題，其主要原因是高填方邊坡斜坡面上的巖土體在自重的作用下，會沿邊坡軟弱結(jié)構(gòu)面緩慢下滑，造成剪切破壞，最初這種破壞會導(dǎo)致蠕動形變的出現(xiàn)，隨著時間的推移，這種形變方式將逐漸發(fā)展為滑動破壞，進(jìn)而出現(xiàn)滑坡問題。

1.4 滑塌

目前，高填方邊坡中偶爾會出現(xiàn)滑塌問題，主要是由于高填方邊坡開挖填筑時存在過度堆載問題，極易造成斜坡滑移或塌落現(xiàn)象。

1.5 泥石流

泥石流是一種具有較大破壞性、影響范圍較廣的高填方邊坡問題，它多與強降雨、強降雪、地震等自然災(zāi)害同時出現(xiàn)。在泥石流發(fā)生過程中，泥漿中往往夾雜著大量的泥沙、石塊，不僅影響邊坡的穩(wěn)定性，而且對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

2 巖土工程中提高高填方邊坡穩(wěn)定性的意義

近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人口數(shù)量的不斷增加，各種建筑的建筑面積不斷擴大，一些地區(qū)的高填方坡也同樣成為了承載建筑的土地。高填方邊坡的坡頂位置往往會出現(xiàn)道路、民居、機場等建筑，一旦高填方邊坡的穩(wěn)定性下降，必然會對人們的生產(chǎn)和生活造成極其不利的影響。因此，在開展巖土工程施工過程中，有關(guān)施工人員可根據(jù)施工地點實際情況，采取適宜的治理方式，進(jìn)一步提高高填方邊坡的穩(wěn)定性，從而為社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展提供幫助。我國是一個多山的國家，山地丘陵地區(qū)占我國國土面積的2/3，而山地丘陵地區(qū)的地形起伏較大，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌較為多樣，這種情況使得在該地區(qū)進(jìn)行巖土工程施工的難度要遠(yuǎn)大于平原地區(qū)，即在進(jìn)行公路、機場等工程施工過程中，山地丘陵地區(qū)常出現(xiàn)幾十米甚至上百米高的高填方邊坡，這種情況不僅在一定程度上增加了工程施工總量，提高了工程的施工成本，而且在后續(xù)工程管理過程中，由于高填方邊坡具有縱斷面長、橫斷面寬、坡高極高等特點，使得提高邊坡穩(wěn)定性成為了一項非常重要的工作。

3 巖土工程中提高高填方邊坡穩(wěn)定性的方法

巖土工程施工過程中，受地形、地貌的影響，局部地區(qū)有可能出現(xiàn)高填深挖問題，進(jìn)而產(chǎn)生高邊坡。雖然在實際施工過程中，可以在原狀土處理后將其應(yīng)用于填方施工中，但由于土石顆粒的原有結(jié)構(gòu)狀態(tài)被破壞，在后續(xù)施工中往往會出現(xiàn)難以壓實的問題，對高填方邊坡的穩(wěn)定性造成不利影響。因此，需要采取合理方法處理，避免高填方邊坡存在安全隱患。

3.1 確定邊坡穩(wěn)定性的影響因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，不同地形巖性會使邊坡呈現(xiàn)不同的變形破壞形式，邊坡的表面形態(tài)和幾何形狀都會對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（1）當(dāng)邊坡的表面坡度增大時，坡面與坡頂?shù)膽?yīng)力范圍和坡腳的剪切力都會增大，這將使回收邊坡的穩(wěn)定性大大降低。

（2）邊坡的變形狀況會在一定程度上受到巖層褶皺形態(tài)的影響，如果邊坡所處地區(qū)的地質(zhì)形態(tài)比較復(fù)雜，那么邊坡的穩(wěn)定性就很差。

（3）在巖土工程施工中，當(dāng)水沿著邊坡巖土間的縫隙進(jìn)入邊坡內(nèi)部時，會與邊坡巖土中的礦物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致邊坡巖土中的礦物成分發(fā)生變化，巖土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松散破碎的情況，從而降低邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）如地震、爆破等可能引起劇烈振動的情形，同樣會導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性下降。爆破產(chǎn)生的振動波在瞬間改變了邊坡的應(yīng)力場，破壞土石之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，降低邊坡巖土體的抗剪應(yīng)力，導(dǎo)致邊坡的幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生變化，進(jìn)而使邊坡的穩(wěn)定性降低。

3.2 基于極限平衡法的高填方邊坡穩(wěn)定性分析

當(dāng)邊坡發(fā)生穩(wěn)定性變化后，其受破壞的部分可稱為圓弧滑動面，開展巖土工程前，為進(jìn)一步提高邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有關(guān)工作人員可根據(jù)邊坡的實際情況，對圓弧滑動面進(jìn)行分析，并可將圓弧滑動面近似視為圓弧面，從而進(jìn)一步降低分析難度。

高填方邊坡穩(wěn)定性分析的具體方法如圖1所示。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析過程中，有關(guān)工作人員可合理使用瑞典條分析法、簡化畢肖普法或簡布法對圓弧面進(jìn)行分析。

圖1 基于極限平衡法的高填方邊坡穩(wěn)定性分析法

（1）瑞典條分析法。如果有關(guān)工作人員在分析時忽略水壓對邊坡畫面的影響，那么，就可以采用瑞典條分析法，它是一種基于圓弧滑裂面的分析方法。在實際分析過程中，通過選取邊坡的單位長度，將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，從而降低處理難度，這種分析方法所得到的結(jié)果具有較高的精確度。例如，在巖土工程中選取一段可能發(fā)生變形的圓弧滑裂面，以豎直向上的土條作為劃分單位，沿著滑裂面劃分土體，分析土條的受力情況，了解該邊坡的安全系數(shù)。其中，F(xiàn)指邊坡的安全系數(shù)；Ti指巖土第幾種的抗滑力；Tj指填土內(nèi)坑的抗滑力；i、j是劃分土條的編號；ET指總體的下滑受力。目前，瑞典條分析法被廣泛應(yīng)用于黏性巖土邊坡土體穩(wěn)定性的分析。

（2）簡化畢肖普法。在實際計算過程中，雖然簡化畢肖普法忽略了土條間的相互作用，但對最終的計算結(jié)果沒有明顯影響，因此，可以應(yīng)用簡化畢肖普法計算邊坡的穩(wěn)定性。

（3）簡布法。在邊坡穩(wěn)定性分析過程中，簡布法是一種極限平衡分析方法，主要用于對滑動面非圓弧形邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用迭代法求解，通過計算滑動面，將其中安全系數(shù)最小的滑動面作為該邊坡的危險滑動面，在實際應(yīng)用中，由于簡布法滿足全部平衡條件，因此，得到的計算結(jié)果準(zhǔn)確度較高。

3.3 巖土工程高填方邊坡治理措施

3.3.1 治理措施

巖土工程施工時，應(yīng)根據(jù)施工地點、地形、地貌情況，制定有針對性的變形治理措施。例如，在施工過程中因工程施工導(dǎo)致邊坡被破壞，使邊坡穩(wěn)定性降低，在這種情況下，當(dāng)巖土體的抗剪能力提高時，巖土體的應(yīng)力強度增大，邊坡穩(wěn)定性增強，則可從提高巖土體的抗剪力強度入手，切實解決上述問題。具體而言，當(dāng)前邊坡地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)中常常含有大量特殊的風(fēng)化礦物質(zhì)成分，這些物質(zhì)的存在會在一定程度上增加邊坡出現(xiàn)滑動帶的概率，影響邊坡的穩(wěn)定，為了有效解決這一問題，針對邊坡淺層的保護工作，有關(guān)工作人員可運用錨固工程治理措施，防止邊坡預(yù)應(yīng)力損失。同時，可使用抗滑樁避免邊坡出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，強化邊坡加固效果，進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性。需要注意的是，在抗滑樁施工過程中，可將抗滑樁施工與土體削坡工作結(jié)合起來。

3.3.2 治理實例

巖土工程施工過程中進(jìn)行護坡施工，不僅可以避免邊坡表層受到嚴(yán)重破壞，而且可以對邊坡起到整體保護作用。高填方邊坡護坡施工中，如果只采用削方措施來保護坡面，隨著時間的推移，水不斷沖蝕坡面會嚴(yán)重影響巖土邊坡的穩(wěn)定，因此，在進(jìn)行邊坡保護工作時，不僅要選擇合理的邊坡保護措施，以保證邊坡的穩(wěn)定，而且要在邊坡范圍內(nèi)采取合理的排水、防水措施，保證邊坡巖體保持相對干燥的狀態(tài)，提高邊坡的穩(wěn)定性。例如，在對某高邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析時，先根據(jù)邊坡的實際情況繪制圖2-1所示的斷面圖，為進(jìn)一步提高該邊坡的穩(wěn)定性，經(jīng)有關(guān)工作人員計算得出圖2-2所示的加固圖，供后續(xù)加固工作參考。在正常工況下，邊坡經(jīng)加固后的穩(wěn)定系數(shù)為1.358，邊坡填筑完成后，受連續(xù)降雨、地震等因素的影響，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)有所降低，分別為1.207和1.189，但這兩個數(shù)據(jù)仍能滿足相關(guān)規(guī)范要求，因此，本次加固取得了較好效果。需要注意的是，以上兩項數(shù)據(jù)僅為計算數(shù)據(jù)，在后續(xù)應(yīng)用中，由于邊坡填方體厚度存在一定的差異，使邊坡表面的應(yīng)力分布呈現(xiàn)非均勻性狀態(tài)，變形量也會有所變化，從垂直位移方向看，其變形量從上到下呈逐漸減小的趨勢，經(jīng)過一段時間后，填方厚度較大的土體將會因沉降出現(xiàn)大幅度的向下位移。同時，當(dāng)該區(qū)域地下水位升高時，邊坡的最大水平位移和最大垂直位移都隨之增加，邊坡坡面土體出現(xiàn)剝落的可能性增大，從而增加了邊坡的沉降量。

圖2 某高填方邊坡計算斷面圖

3.3.3 治理效果監(jiān)測

為了更好地了解邊坡的穩(wěn)定性，在一個監(jiān)測坡面的坡頂兩側(cè)分別設(shè)置了W1、W2監(jiān)測點，然后將W3監(jiān)測點置于邊坡?lián)鯄Φ捻敹耍O(jiān)測情況如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著時間的推移，邊坡頂端兩側(cè)的沉降量分別為8.6mm和8.5mm，擋墻的沉降量為12.3mm，通過三個數(shù)據(jù)的對比可以知道，當(dāng)前部位的沉降位移最大，這種情況說明該邊坡存在滑移趨勢，防護治理工作結(jié)束后，滑移趨勢將趨于平穩(wěn)?？赏ㄟ^加固、坡面防護、設(shè)置鋼筋網(wǎng)、種植植物等措施，減少邊坡滑移的可能性，進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性。同時，通過為該邊坡安裝預(yù)應(yīng)力錨索的方式，分散邊坡土體的應(yīng)力，減小其變形量，提高邊坡整體穩(wěn)定性，從檢測結(jié)果來看，這種加固方法具有較高的合理性和可行性。

圖3 某邊坡累計沉降隨時間變化的關(guān)系圖

4 結(jié)語

綜上所述，我國地域遼闊，不同地區(qū)的地形有一定差異，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時，如果施工地點屬于山地、丘陵地貌，那么，高填方邊坡就成為工程施工過程中比較常見的問題。為切實解決這一問題，在巖土工程施工中要采取合適的方法對邊坡進(jìn)行加固，確保工程穩(wěn)定性，避免發(fā)生塌陷事故。