關(guān)于高邊坡穩(wěn)定性的勘察設(shè)計(jì)淺析

徐騰飛 劉孔科

1. 深圳高速工程顧問有限公司 廣東 深圳 518000；

2. 武漢地鐵集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430070

引言

部分工程項(xiàng)目可能會(huì)涉及山體開挖，如穿山公路。當(dāng)山體開挖之后，往往會(huì)形成相對(duì)高度大且陡峻的超高邊坡體，邊坡穩(wěn)定性模型復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場施工質(zhì)量安全以及周圍構(gòu)筑物、居民人身安全構(gòu)成威脅預(yù)測困難。為預(yù)防并消除危害因素，參建單位需要在前期勘察設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)對(duì)高邊坡巖土體結(jié)構(gòu)的深度研究與分析，根據(jù)分析反饋結(jié)果，合理編制高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場施工人員可根據(jù)高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案要求以及相關(guān)流程內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)施工工法以及作業(yè)流程的貫徹落實(shí)，以減少施工隱患。

1 高邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)原因以及破壞形式表現(xiàn)

1.1 失穩(wěn)原因分析

一般來說，引發(fā)邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因多與地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及巖土特性等因素有關(guān)。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，高邊坡結(jié)構(gòu)長期受到風(fēng)化作用影響，巖石強(qiáng)度降低，巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育劇烈。再加上受到外部地球動(dòng)力作用的影響，導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)物理力學(xué)指標(biāo)明顯下降。當(dāng)各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)超過巖體的抗滑動(dòng)和崩塌極限時(shí)，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象[1]。

倘若正在滑坡地段工作人員未及時(shí)對(duì)巖土體性質(zhì)進(jìn)行深度研究，未能揭示滑坡機(jī)制，仍舊按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開挖支護(hù)，很容易引發(fā)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。邊坡開挖工作結(jié)束之后，施工人員未及時(shí)采取有效保護(hù)措施，導(dǎo)致巖土體在長期風(fēng)化以及雨水沖刷的作用下，各項(xiàng)參數(shù)急劇下降，最終引發(fā)坡體失穩(wěn)現(xiàn)象。外力不可控因素影響不可忽略，部分施工建設(shè)區(qū)域雨水充沛且降雨量較大，極易破壞巖土體穩(wěn)定性。

1.2 邊坡破壞形式表現(xiàn)

高邊坡在結(jié)構(gòu)破壞形式表現(xiàn)上，主要可以從滑坡、崩塌以及坍塌三個(gè)方面進(jìn)行分析和研究。其中，滑坡主要針對(duì)邊坡坡體結(jié)構(gòu)位置所引發(fā)的病害問題為主。當(dāng)邊坡坡體沿著不利結(jié)構(gòu)面下滑移動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)路基路面造成嚴(yán)重破壞。例如邊坡坡體沿著軟弱夾層、斷裂構(gòu)造帶，或巖土交界處等發(fā)生整體滑動(dòng)，容易對(duì)現(xiàn)場施工建設(shè)安全構(gòu)成威脅。

崩塌主要由于巖土體長期在日曬雨淋以及風(fēng)化的影響下，沿著破裂面從邊坡結(jié)構(gòu)上方位置崩落?；纬傻拇罅科扑閹r土體堆積到施工作業(yè)面，容易影響現(xiàn)場施工作業(yè)安全和設(shè)備損失。此外，暴雨誘發(fā)性滑塌，主要是由于邊坡坡表松散的巖土體在雨水作用的影響下，有效應(yīng)力大幅度下降，最終引發(fā)上部邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象[2]。

2 高邊坡勘察設(shè)計(jì)原則分析

為保障高邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，勘察設(shè)計(jì)單位應(yīng)深入擬建設(shè)區(qū)域，對(duì)場地環(huán)境情況以及高邊坡現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)踏勘，相關(guān)工作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照下述原則展開工作。

2.1 安全性原則

高邊坡勘察設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)較多且難度較大，在設(shè)計(jì)期間，勘察設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格遵循因地制宜原則，結(jié)合工程所在區(qū)域地質(zhì)條件，確定科學(xué)合理的施工方案。堅(jiān)持按照安全性勘察設(shè)計(jì)原則，加強(qiáng)對(duì)施工場地風(fēng)險(xiǎn)因素的排查管理，通過提出切實(shí)可行的維穩(wěn)方案建議，警惕施工單位重視邊坡失穩(wěn)問題。

2.2 穩(wěn)定性原則

在實(shí)行高邊坡勘察設(shè)計(jì)工作期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該符合穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則，加強(qiáng)對(duì)施工作業(yè)流程以及高邊坡維穩(wěn)措施的貫徹落實(shí)。一方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格遵循穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則，對(duì)當(dāng)前高邊坡建設(shè)工作存在的質(zhì)量缺陷問題進(jìn)行及時(shí)排查；另一方面，相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)該根據(jù)當(dāng)前高邊坡建設(shè)環(huán)節(jié)存在的問題，制定相對(duì)應(yīng)的監(jiān)管方案，以切實(shí)提升高邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工期間建立動(dòng)態(tài)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測信息系統(tǒng)。

2.3 生態(tài)復(fù)綠原則

生態(tài)復(fù)綠原則主要表現(xiàn)在勘察設(shè)計(jì)人員應(yīng)該堅(jiān)持按照可持續(xù)發(fā)展理念，對(duì)施工場地環(huán)境條件進(jìn)行深度把握，結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)需求，對(duì)邊坡支護(hù)方案進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)場地環(huán)境條件，遵循生態(tài)復(fù)綠原則，要求對(duì)支護(hù)方案所存在的破壞性問題以及不穩(wěn)定問題進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整。例如，在邊坡加固設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該根據(jù)邊坡坡腳應(yīng)力情況，確定邊坡支撐力，對(duì)坡腳及支護(hù)結(jié)構(gòu)銜接處進(jìn)行局部加固，防止邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)[3]。

3 高邊坡勘察設(shè)計(jì)方式及措施分析

3.1 勘察方式

3.1.1 分階段系統(tǒng)勘察。高邊坡勘察工作應(yīng)該全面貫穿于工程項(xiàng)目勘察的各個(gè)階段，包括可研、初勘、詳勘和專項(xiàng)勘察等。在項(xiàng)目可行性研究階段，勘察人員應(yīng)該深入施工場地，對(duì)施工建設(shè)場地的地質(zhì)構(gòu)造情況以及水文情況進(jìn)行初步把握，尤其要關(guān)注對(duì)特殊地質(zhì)構(gòu)造問題資料的收集整合。在勘察作業(yè)期間，勘察人員應(yīng)該積極運(yùn)用新型測繪技術(shù)，如GIS、無人機(jī)傾斜攝影等提高現(xiàn)場勘察效率[4]，對(duì)建設(shè)區(qū)域整體環(huán)境進(jìn)行大致了解，應(yīng)以測繪與地質(zhì)調(diào)查為主要勘測手段。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)建設(shè)區(qū)域所存在的地質(zhì)問題進(jìn)行有效評(píng)估，初步指出可能存在對(duì)擬建項(xiàng)目有重大影響的地質(zhì)災(zāi)害或不良地質(zhì)。對(duì)于存在嚴(yán)重隱患問題的地段應(yīng)該盡量避讓，以防止不良地段對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)帶來不利影響，尤其是對(duì)于投資巨大的線路工程。在初步設(shè)計(jì)階段，勘察人員可以根據(jù)可研階段的初步成果，對(duì)不良地質(zhì)地段進(jìn)行鉆探與物探分析，初步查明不良地質(zhì)體的規(guī)模、分布，為初步設(shè)計(jì)階段提出有針對(duì)性的地質(zhì)建議。一般來說，關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害問題的處理，應(yīng)該嚴(yán)格按照以防為主，防治結(jié)合的原則。施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)詳細(xì)查明工程范圍地質(zhì)條件，重點(diǎn)采取鉆探、原位測試、坑探等一系列手段，并將物探作為輔助手段，同時(shí)要進(jìn)行大量的土工試驗(yàn)以及水文試驗(yàn)等工作，根據(jù)試驗(yàn)成果，對(duì)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行歸納總結(jié)，重點(diǎn)把握，核查野外地層劃分與室內(nèi)試驗(yàn)成果之間的合理性。設(shè)計(jì)單位根據(jù)以上手段獲得的勘察成果，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合場地巖土特性，提出合理的邊坡加固措施及設(shè)計(jì)方案。

3.1.2 詳細(xì)勘察。詳細(xì)勘察在可研或初勘之后，作為高邊坡勘察設(shè)計(jì)方式最重要一環(huán)，要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確擬建場地邊坡情況，并根據(jù)工作任務(wù)確定勘察工作范圍。該階段要求勘察設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)勘察范圍內(nèi)的巖土層結(jié)構(gòu)類型、分布形式和物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行初步了解的前提下，進(jìn)行分析和研究，針對(duì)性的布置鉆孔，重點(diǎn)查明對(duì)工程影響較大的地段。勘察設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該著重梳理臨空結(jié)構(gòu)面類型及分布規(guī)律，同時(shí)查清結(jié)構(gòu)面充填程度、充填類型、充填規(guī)模等。

除此之外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該詳細(xì)查明場地地下水埋藏條件，查明高邊坡地下水的補(bǔ)、徑、排的發(fā)展規(guī)律，對(duì)周邊地下水進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn)，詳細(xì)查明地下水的腐蝕性對(duì)擬建工程的影響。詳勘針對(duì)場地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上，提出場地各土層的巖土力學(xué)參數(shù)，作為施工圖設(shè)計(jì)階段各巖土參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)?？辈煸O(shè)計(jì)人員在勘察階段應(yīng)對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析評(píng)價(jià)，定性分析和定量分析相結(jié)合，提出科學(xué)合理的邊坡結(jié)構(gòu)支護(hù)方案建議。

3.1.3 局部路段重點(diǎn)勘察。對(duì)于一般性邊坡而言，通過上述各勘察階段便可以達(dá)到預(yù)期的效果。對(duì)于嚴(yán)重不良地段，勘察設(shè)計(jì)人員必要時(shí)可進(jìn)行專項(xiàng)勘察，重點(diǎn)查明不良地質(zhì)的發(fā)展規(guī)律。以山區(qū)高速公路工程項(xiàng)目為例，建設(shè)區(qū)域存在穩(wěn)定性不足的高邊坡或者局部滑塌，勘察單位必須深入施工場地，進(jìn)行針對(duì)性勘查與分析。一方面，勘察人員應(yīng)該詳細(xì)查明高邊坡巖土層軟弱結(jié)構(gòu)面的空間分布規(guī)律、地下水埋深情況，盡可能收集高邊坡體歷年變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)既有資料，對(duì)施工建設(shè)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行預(yù)防性識(shí)別。另一方面，可采取鉆探、槽探、物探、井探和物探等手段對(duì)疑是邊坡不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察，確定潛在滑動(dòng)門和影響范圍。最后根據(jù)場地地質(zhì)條件，采取邊坡最不利情況進(jìn)行高邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，作出較為合理的判定。

3.2 精準(zhǔn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用定量分析，尚應(yīng)結(jié)合邊坡數(shù)值模擬試驗(yàn)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行判定。根據(jù)判定結(jié)果，提出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)期間如何選擇邊坡破壞機(jī)制的力學(xué)模型至關(guān)重要，在充分考慮巖層變形程度以及可能產(chǎn)生的位移前提下，對(duì)支護(hù)方案內(nèi)容進(jìn)行預(yù)防性設(shè)計(jì)，適當(dāng)提高邊坡抗滑、抗傾覆等穩(wěn)定性參數(shù)，盡量避免高邊坡結(jié)構(gòu)存在局部滑塌或者失穩(wěn)等不良現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員在考慮高邊坡工程特殊的地質(zhì)條件，以及安全性等級(jí)等情況的基礎(chǔ)之上，尚應(yīng)對(duì)普通邊坡的支護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)，增加局部抗滑和抗崩塌措施，預(yù)留足夠的滑動(dòng)消能緩沖帶。高邊坡一旦產(chǎn)生高位滑動(dòng)，在滑坡體表面形成空氣壓縮層，滑坡動(dòng)能大大增加，產(chǎn)生與低矮滑坡明顯不同的大規(guī)模沖擊破壞，影響范圍廣，高邊坡進(jìn)行多平臺(tái)設(shè)置，消能緩沖帶的形式、規(guī)模和平面布置至關(guān)重要，這要求高設(shè)計(jì)治理范圍應(yīng)適當(dāng)加大。

高邊坡工程在設(shè)計(jì)方案實(shí)施過程中，仍要考慮因邊坡附近應(yīng)力集中，高應(yīng)力條件下巖土體的蠕變特性，后期蠕變對(duì)高邊坡的維護(hù)和監(jiān)測至關(guān)重要。勘察階段除對(duì)高邊坡巖土體進(jìn)行常規(guī)物理力學(xué)測試之外，還應(yīng)增加原位取樣數(shù)量，進(jìn)行巖土體的蠕變性能測試，測試力學(xué)條件模擬實(shí)際力學(xué)環(huán)境。設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮項(xiàng)目運(yùn)行期巖土體蠕變產(chǎn)生的應(yīng)力變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)于地下水含量豐富的高邊坡工程，勘察設(shè)計(jì)階段還應(yīng)做專門的水文地質(zhì)勘察和制定合理、有效的排水方案。

4 高邊坡工程維護(hù)與生態(tài)建設(shè)

因高邊坡附近應(yīng)力分布集中和坡腳水平應(yīng)力較大，設(shè)計(jì)方案實(shí)施之后其對(duì)邊坡變形的控制尚需檢驗(yàn)，且高邊坡工程涉及范圍廣、工程規(guī)模大，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境影響很大，這要求邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)工作至關(guān)重要，勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測（含生態(tài)環(huán)境監(jiān)測）應(yīng)全過程管理?？辈靻挝辉谑┕て陂g可組織施工階段的勘察，對(duì)施工開挖揭露的不明地質(zhì)體及對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境調(diào)查應(yīng)詳盡；設(shè)計(jì)單位根據(jù)勘察成果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，邊坡傳統(tǒng)支護(hù)方案與生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案相結(jié)合，生態(tài)設(shè)計(jì)理念貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)期[5]，努力將工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境影響降到最低；施工單位應(yīng)組織專項(xiàng)開挖、支護(hù)和生態(tài)保護(hù)施工方案，并結(jié)合傳統(tǒng)監(jiān)測單位的高邊坡變形數(shù)據(jù)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化施工流程，努力達(dá)成高邊坡工程和周邊生態(tài)環(huán)境和諧共處的美好愿景。

5 結(jié)束語

總而言之，高邊坡勘察設(shè)計(jì)以及邊坡穩(wěn)定性維護(hù)工作，要求相關(guān)工作人員在嚴(yán)格按照規(guī)范要求實(shí)施的同時(shí)，還要熟知高邊坡破壞機(jī)理，秉持其不同于傳統(tǒng)邊坡的支護(hù)觀念，充分考慮高邊坡的特殊性，提高勘察針對(duì)性、設(shè)計(jì)前瞻性和監(jiān)測完整性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合高邊坡工程與周邊生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，將項(xiàng)目建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)動(dòng)態(tài)結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。