山區(qū)高等級公路高填深挖路基邊坡穩(wěn)定性研究

馬超

（承德市物華商貿(mào)有限公司，河北 承德 067000）

1 高填深挖路基邊坡穩(wěn)定性影響因素及分析方法

1.1 邊坡破壞形式及機理

1.1.1 邊坡破壞形式

常見的公路邊坡破壞形式有滑坡、崩塌以及坍塌，如圖1所示?；伦鳛楣愤吰伦畛Ｒ姷钠茐男问?，其破壞力非常強，根本原因在于邊坡部分巖土體沿著軟弱滑動面出現(xiàn)的滑動現(xiàn)象，根據(jù)形成機理的不同可將滑坡分為牽引式和滑移式兩種；崩塌是一種突發(fā)的邊坡破壞形式，是邊坡部分巖土體突然從坡面崩落的現(xiàn)象；崩塌多見于坡率較大的挖方邊坡，表現(xiàn)為邊坡上部巖土體出現(xiàn)突然的失穩(wěn)，其主要的誘發(fā)因素是自重影響。

圖1 公路路基邊坡崩塌

1.1.2 路堤邊坡破壞機理

路堤邊坡的破壞多表現(xiàn)為坡腳或坡面的沖刷破壞[2]。對于靠近河流的路堤，不僅會受到雨水的沖刷，而且一旦出現(xiàn)強降雨，很容易在山區(qū)引發(fā)山洪，路堤的坡腳就會持續(xù)地受到洪水的沖刷而引發(fā)邊坡的破壞失穩(wěn)，如圖2所示。而坡面的破壞則主要是受到大氣降水所形成的地表徑流沖刷，在坡面上形成沿水流方向的沖溝，隨著沖溝的不斷發(fā)展，最終導致路基的破壞。

圖2 路基水毀

1.1.3 路塹邊坡破壞機理

地質(zhì)條件與地形地貌是路塹邊坡發(fā)生破壞的直接因素，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）路塹邊坡巖土體節(jié)理發(fā)育，由于風化作用降低了巖土體的力學指標，導致邊坡的穩(wěn)定性降低而發(fā)生破壞；（2）在施工期間路塹邊坡在開挖之后未及時進行坡面防護，裸露在外的路塹邊坡會因外界環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)失穩(wěn)；（3）發(fā)生降水時，坡面水滲入坡體內(nèi)部在導致巖土體自重變大的同時還會對其造成軟化，隨著下滑力的增加與抗滑力的減小，邊坡就會出現(xiàn)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。

1.2 邊坡穩(wěn)定性影響因素

1.2.1 結(jié)構(gòu)面

結(jié)構(gòu)面對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性有顯著的影響，由于結(jié)構(gòu)面的形狀、填充物及空間分布決定了巖體的力學性質(zhì)，對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性起著決定性作用。因此，對巖質(zhì)邊坡進行穩(wěn)定性分析并不能完全以巖石的強度為計算依據(jù)，而需要考慮結(jié)構(gòu)面對巖土強度的影響。

1.2.2 水

水對邊坡穩(wěn)定性造成影響的根本原因是會導致邊坡巖土體自重的增加與強度的降低，隨著含水率的逐漸增加，自重變大、強度降低，表現(xiàn)為邊坡下滑力的增加與抗滑力的減少，當下滑力大于抗滑力時就會導致邊坡出現(xiàn)破壞。

1.2.3 施工因素

在施工過程中，隨著邊坡的開挖，會導致坡體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡被打破，出現(xiàn)應(yīng)力重分布；施工期間對坡面的防護不到位，導致坡面因自然環(huán)境的影響導致穩(wěn)定性減小；對于需要進行爆破施工的巖質(zhì)邊坡，在爆破時所產(chǎn)生的沖擊力也會對邊坡的穩(wěn)定性帶來直接影響。

2 高填深挖路基邊坡穩(wěn)定性分析及防治措施

2.1 定性分析法

常用的定性分析法有工程類比法與圖解法兩種。工程類比法是以路基邊坡的巖土體性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造以及有無滑坡歷史等特征為基礎(chǔ)，在以往的路基邊坡工程中尋找與當前邊坡類似的工程實例，分析兩者之間的異同點，判斷邊坡的穩(wěn)定性。圖解法是利用赤平極射投影原理，通過將邊坡產(chǎn)狀與巖土體結(jié)構(gòu)面在同一平面上進行投影，并根據(jù)兩者的水平投影關(guān)系來尋找邊坡的潛在滑動面，從而對邊坡穩(wěn)定性進行分析。

2.2 定量分析法

2.2.1 極限平衡法

極限平衡法是建立在一系列假設(shè)之上的，將計算過程進行簡化為簡單的力學計算，常用的有瑞典條分法、簡化Bishop法以及Janbu法等。

（1）瑞典條分法

瑞典條分法是以瑞典圓弧法發(fā)展而來的計算理論，建立在相鄰的土條之間不進行力的傳遞，且不受孔隙水壓力影響的假設(shè)之上。將滑帶土分為若干剛性土條，計算每根土條在極限平衡狀態(tài)下的受力情況[3]。

（2）簡化Bishop法

與瑞典條分法不同，簡化Bishop法考慮了土條之間力的傳遞，但是只考慮了水平向力，并未考慮切向力。簡化Bish?op法假設(shè)滑動面為圓弧形，且單個土條的安全系數(shù)與全部滑動面的平均安全系數(shù)相同。簡化Bishop法只適用于對均質(zhì)的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行計算，不適用于存在夾層的邊坡。

（3）Janbu法

Janbu法假設(shè)滑動面為非圓弧形，每個土條的安全系數(shù)等于整個邊坡的安全系數(shù)，且推力線位置確定。與其他兩種方法不同，Janbu法進行穩(wěn)定性計算不僅要滿足彎矩平衡方程，而且還需要滿足靜力平衡。通過迭代計算搜索最危險滑動面，該滑動面的穩(wěn)定系數(shù)即邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。Janbu法相比于其他兩種方法計算過程復雜，但是計算結(jié)果的精確度則大幅度提高。

2.2.2 有限元法

有限元法能夠?qū)Σ灰?guī)則形狀以及非均勻巖土體邊坡穩(wěn)定性進行計算，而且還可以使邊坡土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與其吻合，可以嚴格按照平衡方程對邊坡的受力情況進行分析計算，常用的有非線性有限元法、強度折減法以及滑裂面應(yīng)力分析法。

2.3 防治措施

2.3.1 坡面防護

（1）護坡

干砌護坡適用于等級較低的道路邊坡防護工作，能夠最大限度降低邊坡坡面受到水流的沖刷，不僅施工方便，而且還能很好地適應(yīng)邊坡的變形，常見的有干砌片石與干砌塊石兩種。漿砌護坡能夠彌補干砌護坡的不足之處，可有效地封閉各種軟巖與散碎挖方，防止其受到水流沖刷以及其他因素的影響而發(fā)生破壞。在路基邊坡上種植草皮與植被可以起到一定的保護作用，尤其是應(yīng)對雨水的沖刷，是一項常見且極為有效的措施，通常與框架格構(gòu)梁等圬工結(jié)構(gòu)配合使用，主要是通過植被埋藏在地下的根系來穩(wěn)固坡面的表層土。對于石質(zhì)邊坡可采用噴射混凝土護坡，主要作用是對坡面破碎的硬質(zhì)巖石進行處理，避免其在裸露狀態(tài)下進一步破碎而墜落。噴射混凝土護坡的封閉性好，能夠有效隔絕坡面水，加強坡面的抗風化能力。對于坡面較為破碎的邊坡，可以與錨桿與錨索等配合使用。

（2）防護網(wǎng)

防護網(wǎng)有主動防護網(wǎng)與被動防護網(wǎng)兩種。主動防護網(wǎng)適用于邊坡坡面嚴重滲水，且有較高泄水需求的巖質(zhì)邊坡，通過錨桿將鋼絲格柵固定在坡面，不會破壞坡面植被。被動防護網(wǎng)是將對整個區(qū)域進行面防護，當發(fā)生崩塌時可有效地對巖土體進行攔截，不僅工期短，而且投資相對較低。

2.3.2 坡體穩(wěn)定

（1）邊坡支擋

邊坡支擋旨在增大抗滑力，進而達到提高邊坡穩(wěn)定性的目的，是公路路基邊坡處治最有效最直接的方法。在實際應(yīng)用中可以將各種支擋方法進行組合使用，以達到防止雨水沖刷、加固坡體與防護坡面的綜合效果。

（2）邊坡排水

水是影響公路路基邊坡穩(wěn)定性的直接因素，坡面水與坡體內(nèi)部的水都會對其穩(wěn)定性帶來直接的影響，邊坡排水包括坡表排水與坡體排水兩種。其中坡表排水是對坡面水進行攔截與引導，使其快速排出，避免對坡面造成沖刷。坡體排水是對地下水進行排出，主要措施有滲溝、盲溝以及滲井等。

3 結(jié)語

隨著公路建設(shè)步伐的加快，建設(shè)在山區(qū)的高等級公路也越來越多，不可避免地會遇到高填深挖路基邊坡穩(wěn)定性問題。作為一項常見但極為重要的問題，經(jīng)過長期的研究及工程實踐，已經(jīng)積累了豐富的工程經(jīng)驗及研究方法。本文通過對高填深挖路基邊坡的破壞形式、機理及其穩(wěn)定性影響因素進行分析，研究了其穩(wěn)定性分析方法及防治措施，旨在對山區(qū)高等級公路的建設(shè)工作提供參考。