高速公路邊坡穩(wěn)定性影響因素及治理

杜力

（湖北省交通投資集團有限公司工程科，湖北 十堰 442000）

0 引言

高速公路邊坡的穩(wěn)定性關(guān)系著高速公路的使用壽命，也影響著人們的出行安全，因此增強高速公路邊坡穩(wěn)定性成為一個重要課題[1]。在實踐中，很多因素會影響到高速公路邊坡的穩(wěn)定性，如自然因素、施工技術(shù)等，施工部門應(yīng)定期開展邊坡穩(wěn)定性影響因素分析，及時采取加固策略，確保高速公路邊坡穩(wěn)固、可靠[2]。

1 高速公路邊坡穩(wěn)定的重要性

邊坡是高速公路常見的地質(zhì)地貌環(huán)境，受自然、人為因素的影響，滑坡、崩塌、泥石流等問題會導(dǎo)致邊坡變形失穩(wěn)，給工程建設(shè)、人們的生命財產(chǎn)造成損失[3]。同時，我國地形地貌復(fù)雜，三分之二的國土為山地，且處于環(huán)太平洋帶、北半球中緯度環(huán)球災(zāi)害帶的交匯區(qū)，滑坡、崩塌、地面塌陷、地面沉降、地裂縫災(zāi)害在各省區(qū)普遍存在，給高速公路的建設(shè)和維護提出了新的要求[4]。加強分析高速公路邊坡穩(wěn)定性影響因素，并采取有效的加固措施，一方面有利于防災(zāi)減災(zāi)，最大限度地減少地質(zhì)災(zāi)害引起的損失，另一方面有助于總結(jié)邊坡失穩(wěn)的規(guī)律和機制，促進邊坡加固技術(shù)的探索和進步，并在此基礎(chǔ)上建立切實可行的加固防災(zāi)模式[5]。

2 高速公路邊坡穩(wěn)定性的影響因素

2.1 施工技術(shù)

高速公路邊坡一般可分為人造邊坡和自然形成的邊坡，邊坡的坡度即坡面與地面的夾角，這一夾角越大則邊坡的穩(wěn)定性越差[6]。在一些地區(qū)高速公路的施工中，受地形、地質(zhì)等因素的影響，邊坡坡度設(shè)計受限或不合理，給邊坡失穩(wěn)埋下了隱患。另外，邊坡預(yù)防性施工是保持邊坡穩(wěn)定性的重要因素，邊坡加固、防災(zāi)治理等措施是否落實到位也會影響邊坡的穩(wěn)定性。

2.2 自然條件

自然地理條件對高速公路邊坡穩(wěn)定性有明顯影響，不同地區(qū)、不同季節(jié)條件下，高速公路的邊坡穩(wěn)定性會產(chǎn)生明顯區(qū)別，在其中起決定性影響的是邊坡土壤的含水量，在降水充沛、地下水含量較多的地區(qū)，邊坡土層內(nèi)部的摩擦力會降低，坡體重量增大，進而降低邊坡的穩(wěn)定性。

2.3 強度參數(shù)

路基邊坡的強度參數(shù)對邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。我國高速公路邊坡大多為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，土質(zhì)強度、土層的黏聚力、摩擦力在很大程度上決定了邊坡的穩(wěn)定性。若土壤內(nèi)混入了大量的水分甚至水分含量過高，土壤的內(nèi)聚力和摩擦力就會降低，進而降低邊坡穩(wěn)定性。此外，土壤的抗剪強度、是否有凍土層等也會影響邊坡的穩(wěn)定性。

3 高速公路邊坡加固措施

3.1 錨噴加固

對高速公路邊坡進行錨噴加固，利用土石材料攔截。邊坡失穩(wěn)與土質(zhì)強度、間隔有關(guān)，可采取錨桿、灌漿的方式加固，采用較多的是錨噴支護，這種方法不但可以增強邊坡的穩(wěn)定性，且在遭遇突發(fā)大規(guī)模崩塌時可有效減少崩塌面積。電滲、注漿、動力固結(jié)也是常用的加固方法，這些方法可以加密土層，改變土質(zhì)強度，從而增強邊坡穩(wěn)定性[7-8]。此外，對于經(jīng)常出現(xiàn)邊坡落石的高速公路，工作人員也可在失穩(wěn)區(qū)域攔截，針對失穩(wěn)地點分析翻滾、彈跳等問題，并通過攔石墻、金屬網(wǎng)、落石槽等設(shè)施減少落石的危害。

3.2 防護措施

工作人員應(yīng)從高速公路所在區(qū)域的自然地理環(huán)境出發(fā)，詳細分析土層厚度、氣候環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，選擇科學(xué)的施工技術(shù)和材料，擬定施工計劃，并按計劃逐步完成坡度建設(shè)與加固。例如，可以采用錨桿支護、修建防護欄、水泥砂漿抹面等方式來預(yù)防邊坡坍塌風(fēng)險。在邊坡加固中，應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)定設(shè)置黏土墊層，預(yù)防地表水入侵，建好排水溝槽，及時排出地表水，減少邊坡土質(zhì)流沙，預(yù)防邊坡強度弱化。

在采取防護措施時，應(yīng)考慮以下兩個方面：

（1）設(shè)計邊坡加固風(fēng)險系數(shù)。針對不同地區(qū)、不同性質(zhì)的邊坡，應(yīng)采取不同的加固方法，設(shè)計人員應(yīng)仔細計算邊坡的承載力等，并確?？刂频轿唬?/p>

（2）工作人員要建立邊坡災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警機制，設(shè)計突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案，將邊坡失穩(wěn)造成的危害降到最低[9-10]。

3.3 鋼軌抗滑樁

抗滑樁是邊坡治理的常見方案，其中全埋式鋼軌抗滑樁是一種新型抗滑樁，具有單樁施工簡單，群樁抗滑能力強、成本低等優(yōu)勢[11-12]。在高速公路邊坡加固中采用鋼軌抗滑樁，步驟如下：

（1）鋼軌加工。按照設(shè)計圖加工，長度12.5m 以上的鋼軌需接長時應(yīng)進行焊接，焊接后需進行強度檢驗；

（2）鉆孔放線，根據(jù)設(shè)計圖紙準確放線，控制好孔位誤差，否則有可能出現(xiàn)群樁連接鋼筋、拉緊裝置不能連接的問題；

（3）鉆機鉆孔，一般采用潛孔鉆機或牙輪鉆機，從一側(cè)推進，鉆孔后做好防護，避免雜物、灰塵掉入孔內(nèi)；

（4）安裝鋼軌，一般采用吊車作業(yè)，鋼軌進入孔內(nèi)后先進行微調(diào)固定，確保位置精確；

（5）注入水泥砂漿，一般采用M20 水泥砂漿，用注漿泵注入；

（6）連接群樁，水泥砂漿強度達標后，連接樁頂，先安裝鋼筋拉桿，再安裝拉緊裝置；

（7）鋪層施工，可采用單層或雙層鋪層，施工完畢后進行鋪層養(yǎng)護，強度達到目標值后即可開放交通。

3.4 綠化施工

良好的植被覆蓋具有穩(wěn)固土層的作用，做好綠化工作也能增加邊坡強度。工作人員應(yīng)對高速公路沿線進行植被覆蓋規(guī)劃，因地制宜選擇合適的樹種，做好種植管理。

4 某區(qū)段高速公路邊坡穩(wěn)定性案例分析

某高速公路開挖總長度34.56km，在施工過程中發(fā)現(xiàn)，典型路塹路段樁號K11+920—K12+090 的路段，最大開挖深度18.0m?，F(xiàn)分析該路段邊坡穩(wěn)定性，并提出優(yōu)化措施，以提高施工的穩(wěn)定性和安全性。

4.1 工程地質(zhì)條件

（1）地質(zhì)條件。采用鉆探、原位測試、工程地質(zhì)測繪、微分電測深等方式調(diào)查該路段路塹邊坡的巖土體特征、滑動面位置等。①地理條件。該路段是典型的丘陵地貌，地表起伏大，原始地面高程288.30～322.50m，山體坡度10～26°，局部有基巖裸露，植被覆蓋稀疏。②巖性條件。調(diào)查表明，露出的地層主要是砂巖、泥巖。③水文條件。無地表水體發(fā)育，暴雨季節(jié)可形成地表徑流，地表水向低洼處排泄，也可沿裂隙滲入滑坡體內(nèi)；④地質(zhì)構(gòu)造。路塹邊坡及外圍有一個相對穩(wěn)定的時期，約在泥盆晚期～三疊晚期，至侏羅早期時出現(xiàn)明顯的沉降運動，地質(zhì)構(gòu)造特殊。

（2）水質(zhì)條件。以3 處鉆孔獲取地下水樣本并進行化驗分析，發(fā)現(xiàn)該處地下水對鋼筋混凝土、鋼筋有輕微腐蝕性。

（3）巖土物理力學(xué)性質(zhì)。共獲取擾動土樣3 件，原狀土樣6 件，進行巖土物理力學(xué)性質(zhì)實驗，并進行15次標準貫入實驗。

4.2 模型模擬

在勘察的基礎(chǔ)上，利用FLAC 軟件建立路塹邊坡有限元模型：

（1）該開挖工程屬于淺挖邊坡，建模時主要考慮坡體自重；

（2）對邊坡左右邊界、固定水平自由度，進行滑動約束，釋放垂直自由度，固定約束底部，演示坡體的自由滑動過程；

（3）采用摩爾－庫倫模型，各材料參數(shù)見表1。

表1 材料特性

4.3 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

通過上述分析可看出，諸多因素會影響該路段邊坡的穩(wěn)定性，現(xiàn)將各因素對邊坡穩(wěn)定性的總結(jié)如下：

（1）黏聚力。根據(jù)模型數(shù)值分析黏聚力對邊坡穩(wěn)定性的影響，隨著黏聚力的增強，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸增加，但增幅逐漸放緩。

（2）內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角的變化也會使邊坡穩(wěn)定性出現(xiàn)相應(yīng)變化，當(dāng)內(nèi)摩擦角從13°上升到38°時，邊坡穩(wěn)定性明顯增強。

（3）巖體密度。通過改變巖體密度，計算巖體密度對邊坡穩(wěn)定性的影響，得出巖體密度與邊坡穩(wěn)定性成反比關(guān)系，隨著巖體密度的增大，邊坡穩(wěn)定性逐漸降低，這提示在進入雨季后，工作人員需對該路段邊坡進行排水，避免雨水滲入。

（4）巖體抗拉強度。通過改變巖體抗拉強度，計算巖體抗拉強度對邊坡穩(wěn)定性的影響，得出巖體抗拉強度與邊坡穩(wěn)定性在一定區(qū)間內(nèi)呈正比關(guān)系，當(dāng)巖體抗拉強度在2.8MPa以下時，隨著巖體抗拉強度的增大，邊坡穩(wěn)定性逐漸增強。但當(dāng)巖體抗拉強度在2.8MPa 以上時，隨著巖體抗拉強度的增大，邊坡穩(wěn)定性不再產(chǎn)生變化。

（5）水位線。在模型內(nèi)設(shè)置水位標準線，建立不同水位線條件下的模型，發(fā)現(xiàn)水位線越高邊坡越容易破壞，當(dāng)水位線在4m 以上時，邊坡穩(wěn)定性明顯下降，表明水位線達到一定高度會降低邊坡穩(wěn)定性，凸顯了防水排水管理的重要性。

通過以上分析可見，不同因素對邊坡穩(wěn)定性均有一定的影響，為了明確這些因素的敏感性，現(xiàn)采用一元化的單位對不同因素進行評價，采用參數(shù)敏感度分析得出結(jié)論。

穩(wěn)定性系數(shù)Fs=f(x1,x2,...xn)，第i個影響參數(shù)的敏感度Si

經(jīng)過上述計算，發(fā)現(xiàn)內(nèi)摩擦角的敏感性最強，其次為密度和黏聚力。抗拉強度對邊坡穩(wěn)定性的敏感性最小。

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路邊坡穩(wěn)定性極為重要，在施工和日常維護中，工作人員應(yīng)根據(jù)工程實際分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，及時采取加固措施，將邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險降到最低，確保高速公路的安全運行。