公路高邊坡崩塌問題及治理技術(shù)

楊盛皓

一、工程概況

本項目為芒康縣曲孜卡鄉(xiāng)橋頭至古學(xué)組右岸路至村道路工程—扎西揚頂至古學(xué)組右岸路至村，包括2號路、4號路、6號路、12號路、綠化臨時砂處理系統(tǒng)等。

2#道路：永久道路，設(shè)計速度30km/h，路基寬度9.5m，路面寬度8.0m，采用水泥混凝土路面。道路長2.982km，含隧道長度0.695km/1座。2#道路開挖坡比主要為1：1，2#道路出口邊坡坡比主要為1:0.2～1:0.5。

4#道路：永久道路，設(shè)計速度30km/h，路基寬度9.5m，路面寬度8.0m，采用水泥混凝土路面。道路長2.324km，含隧道長度1.724km/1座。4#道路開挖坡比主要為1：1。

12#道路：設(shè)計速度20km/h，路基寬度8.5m，路面寬度7.5m，采用水泥混凝土路面。道路長2.661km，含隧道長度0.896km/1座。

本工程施工范圍巖體風(fēng)化卸荷強，崩塌發(fā)育，在斜坡相對緩坡地帶或坡腳相對較寬的地帶易形成堆積體，存在較大安全風(fēng)險，根據(jù)設(shè)計藍圖需布置主動防護網(wǎng)及被動防護系統(tǒng)防護，特編制本被動防護網(wǎng)施工方案。

二、崩塌模式及崩塌原因

1. 傾倒式崩塌

（1）破壞模式

傾倒破壞通常發(fā)生在河谷、垂直岸坡和峽谷中。巖石堅硬，有垂直節(jié)理。變形破壞模式為：在變形過程中，塌陷體的重心隨著塌陷體的傾斜而發(fā)生變化，導(dǎo)致塌陷體底部支點的應(yīng)力重新分布，進而引起塌陷體底部巖石的應(yīng)力邊界條件發(fā)生變化。塌落破壞形式多樣，有傾倒式破壞和傾倒壓碎崩塌。傾倒垮塌的機理是上部巖體受到風(fēng)化或外力擾動，而底部巖體強度降低，在重力作用下，底部巖體受到擠壓變形，從而發(fā)生垮塌。破碎垮塌發(fā)生在具有垂直節(jié)理發(fā)育的緩傾層的硬巖體中，底層巖體相對較軟，上部巖體受到擾動或風(fēng)化而落向自由面。傾倒體后緣不斷被拉開，巖體應(yīng)力重新分布。當角度增大到一定程度時，下部巖體的壓力超過其抗壓強度，下部巖體被壓碎，進而發(fā)生塌落。

（2）失穩(wěn)判據(jù)

①傾倒式破壞。旋轉(zhuǎn)支點的大小和位置是判斷傾倒式破壞崩塌原因的依據(jù)。其旋轉(zhuǎn)支點位于坡腳處，如圖1所示。

圖1 傾倒式破壞

首先，根據(jù)幾何知識，確定形心的坐標。也就是：

式中，Ai為正三角形或矩形除法后的面積，Xi為到X的投影長度，yi為到Y(jié)的投影長度；Atotal為總面積；當重心位置通過旋轉(zhuǎn)支點時，以裂縫寬度S作為判斷依據(jù)，即：

式中，h為崩塌體的高度。

②傾倒壓碎崩塌。根據(jù)其破壞機理，提出了以底部最大壓應(yīng)力判斷其強度的方法，

式中，M為在重力G和偏心荷載下所形成的彎矩，, Mk由偏心荷載引起的彎矩。

2. 崩塌堆積

瀾滄江兩岸巖體風(fēng)化卸荷強，崩塌發(fā)育，在斜坡相對緩坡地帶或坡腳相對較寬的地帶易形成堆積體，擬建公路沿線通過的崩塌堆積體共4處。堆積體的物質(zhì)成分主要為花崗巖崩塊石、碎石土、粉土，結(jié)構(gòu)中密—密室，表層局部有架空現(xiàn)象，堆積體鉛直厚度一般在5～20m不等，花崗巖崩(塊)石直徑一般在0.5～1.0m，自然狀態(tài)下，堆積體整體穩(wěn)定，局部有少量塌滑。統(tǒng)計公路沿線的崩塌堆積體，共4處。其中＞100萬平方米的有3處，分別是DJT1、DJT8和DJT9，坡面無任何變形跡象，邊坡整體穩(wěn)定，路線從崩塌堆積體坡腳通過，有少量切腳，建議做擋墻支護。DJT7崩塌堆積體規(guī)模＜100萬平方米，表層有流土、掉塊現(xiàn)象，邊坡整體穩(wěn)定，局部失穩(wěn)，沿線公路通過處建議做護坡、擋墻處理。

3. 泥石流

本項目路線位于瀾滄江右岸，有扎西揚頂泥石流溝和阿出普泥石流溝，分別編號為NSL2和NSL3，下面對這2條泥石流溝的現(xiàn)狀一一評估。

扎西揚頂泥石流溝（NSL2）位于瀾滄江右岸，可能影響12#道路AK0+830—AK0+990，溝道都以“V”型谷為主，分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積體區(qū)。流域面積5.90km2，主溝長5.40km，平均縱比降342‰，最高海拔4200m，最低點位于該溝溝道匯入瀾滄江處，海拔2355m，最大高差1845m，流域內(nèi)植被較少，多基巖裸露，巖體風(fēng)化、卸荷作用強。扎西揚頂泥石流溝堆積區(qū)位于瀾滄江邊寬緩的坡腳地帶，堆積區(qū)較平緩，該溝是一條老泥石流溝，歷史上曾多次發(fā)生泥石流并堆積在前緣堆積扇上，但每次發(fā)生的量都較少。溝槽兩邊主要是堅硬的花崗閃長巖，在風(fēng)化卸荷作用下，形成的松散碎屑物質(zhì)不多，隨溝道流水沖出，堆積在瀾滄江河邊，推測堆積扇厚度約10m，一次沖出量約15方，沖淤高度約1m。溝口為無人區(qū)，無特定的影響對象，危害程度小。

阿出普泥石流溝（NSL3）位于瀾滄江右岸，可能影響2#道路K0+200—K0+380，溝道都以“V”型谷為主，分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積體區(qū)。流域面積5.77km2，主溝長3.82km，平均縱比降437‰，最高海拔4200m，最低點位于該溝溝道匯入瀾滄江處，海拔2530m，最大高差1670m，流域內(nèi)植被少，多基巖裸露，巖體風(fēng)化、卸荷作用強。阿出普泥石流溝堆積區(qū)位于瀾滄江右岸山坡，堆積區(qū)較平緩，該溝是一條老泥石流溝，歷史上曾多次發(fā)生泥石流并堆積在前緣堆積扇上，溝口前緣堆積呈平臺。溝槽兩邊主要是堅硬的花崗閃長巖，在風(fēng)化卸荷作用下，形成的松散碎屑物質(zhì)不多。該泥石流溝口植被茂密，已處于衰退期，溝口因長年淤積已形成一個平臺，坡度很緩，推測堆積厚度約20～30m，推測堆積扇厚度約10m，一次沖出量約10m3，沖淤高度約0.5m。

三、高邊坡崩塌治理技術(shù)

1. 設(shè)置遮擋型構(gòu)筑物

在公路的主要部分，應(yīng)設(shè)置明洞或棚洞，以便在坍塌的巖石落下時，能夠通過建筑物的阻擋，或通過建筑物的翻滾而落到洞外或棚洞外。遮蔽類型的結(jié)構(gòu)形式有：拱形式明洞、板式棚洞和懸臂式棚洞。在塌方和落石區(qū)內(nèi)設(shè)置遮蔽結(jié)構(gòu)的條件：

（1）該線路穿越埡口段或半山段，由于地質(zhì)條件較差，施工難度較大。

（2）在坡度較大的地區(qū)，當隧道入口處的地質(zhì)情況較差、易發(fā)生塌方時，需在入口處與長明洞連接，明洞段為隧道入口處。

（3）邊坡太高太陡，經(jīng)常發(fā)生塌方，采取局部改道或刷洗邊坡的方法在技術(shù)上是行不通的；或在高陡的斜坡上有大塊危巖倒掛，易發(fā)生坍塌等情況。

針對高原山區(qū)道路冬季易被積雪堵塞、邊坡水流易被凍結(jié)的問題，提出了一種懸臂棚洞施工技術(shù)，它適合于外部無地基，內(nèi)部穩(wěn)定，不會發(fā)生側(cè)壓力的巖層，具有構(gòu)造簡單、施工簡便的特點，同時也可避免冬季積雪堵塞。

2. 人工（或小爆破）清除

由于巖石性質(zhì)的不同，該區(qū)公路邊坡上的巖石在風(fēng)化作用下的卸荷量也不一樣。其中，塊狀灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、玄武巖、粉質(zhì)砂巖等脆性巖石，由于其卸載能力強，坡面浮石含量低，其危巖往往具有后緣較寬、延伸較長的裂隙，且塊度較大，因此，對該類危巖的治理工作主要是以“清理”為主。但對于絹云母碳質(zhì)板巖、層狀碳質(zhì)粉砂巖等韌性巖體，卸荷能力不足，危險巖體多為構(gòu)造面與卸荷裂縫切斷后形成的小塊體或板狀裂縫，這類巖體的處理方法應(yīng)以刷埋為主。

3. 設(shè)置緩沖平臺、石槽、石堤(墻)

滑坡下設(shè)置緩沖平臺、石槽和擋土墻。擋土墻填土，減少滑坡對滑坡體的影響。該地區(qū)高速公路兩側(cè)山坡巖石節(jié)理、裂縫、風(fēng)化、落石豐富且頻繁，應(yīng)根據(jù)具體情況采用截流結(jié)構(gòu)對路線進行側(cè)面保護。

在陡峭的斜坡下，坡度小于30度，且土層厚度大，落石高度≤60～70m，高于路基20～30m的地方，宜修建帶有落石槽的擋石墻。擋石堤用本地土質(zhì)建造，橫截面為梯形，頂部寬度為2～3m。在其外部，可依據(jù)土體特性，選擇不加表層的較為平緩的、穩(wěn)定的斜坡；還可利用陡峭的斜坡，并進行加固。其內(nèi)部迎石坡度為1：0.75，并加以加強。

當坡度在30°以上，滾石高度在60～70m時，應(yīng)在滾石上設(shè)置滾石擋石槽。擋石墻以漿體片石塊為主，擋石墻的橫斷面大小及后部墊層的填筑厚度均需依據(jù)擋石墻的強度與穩(wěn)定來計算確定。

4. 支撐擋墻及護面墻

塹坡上明顯存在兩種不同的巖層，上層為堅硬節(jié)理巖，下層為軟巖。當斜率大，較低的軟巖很容易崩潰，上部分巖體坍塌落石，為保證山坡和路塹邊坡的穩(wěn)定，如果在下部修筑護墻，在上部進行刷方，那么就不能確保山坡或路塹邊坡的穩(wěn)定，同時，由于邊坡開挖高度增加，導(dǎo)致邊坡暴露范圍增加，造成大量山坡植物保護層被破壞，更不能保證邊坡的穩(wěn)定性。反之，如果在斜坡上加撐擋土墻，不僅可以阻擋下層松散巖體的崩塌，而且還可以對上層的碎巖進行支護，確保斜坡的穩(wěn)定性。

在容易風(fēng)化的松軟巖層及碎石地層中，一般采用護面措施，以避免進一步的風(fēng)化；被保護的斜坡自身要堅固；有拱形和帶肋兩種形式。對于下層巖石完好，但為保護上層建筑或穿越個別軟弱區(qū)，或為完整巖層和陡峭的邊坡，則應(yīng)選用帶肋的護面。

5. SNS柔性防護網(wǎng)系統(tǒng)

此區(qū)域的滑坡巖塊多是從一號邊坡帶上掉落下來的，分布廣泛，使用水泥噴護十分困難，而且很不經(jīng)濟。SNS被動防護網(wǎng)以允許整體結(jié)構(gòu)發(fā)生部分變形與位移為特征，主要由鋼柱基礎(chǔ)、鋼柱、菱形鋼絲繩網(wǎng)、真空環(huán)、鋼絲格柵等組成。由于系統(tǒng)具有一定的強度和靈活性，通過對地形、巖石尺寸和地質(zhì)條件的實地調(diào)查和分析后，選擇SNS被動防護網(wǎng)可以有效攔截高速滑坡，保護公路設(shè)施和公路運營安全。被動防護網(wǎng)具有安全性能好、不受地形影響、便于運輸、施工簡單、相對經(jīng)濟等特點，在狹窄的場地上比傳統(tǒng)方法具有更大的優(yōu)勢。

主動防護系統(tǒng)是在邊坡或危險巖石上覆蓋或包裹以鋼絲繩為基礎(chǔ)的各種柔性網(wǎng)進行防護，以限制風(fēng)化作用下的巖土體剝落或破壞和危險塌岸。該系統(tǒng)的工作原理與噴射混凝土、土釘墻等地表邊坡防護系統(tǒng)類似，但由于其柔性特點，可以將局部集中負荷均勻地轉(zhuǎn)移到周圍區(qū)域，充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的保護能力，即局部負荷、整體功能，使系統(tǒng)能夠承受較大負荷，減少單個錨桿的錨固要求。該體系具有開放的特點，可使降雨在坡地上自由排放，且無需在坡地上進行掛網(wǎng)，且對坡地形狀沒有特別的要求，不會影響或改變坡地原有的地貌形態(tài)及植物生長狀況，從而達到最優(yōu)的防護與環(huán)保效果。SNS柔性網(wǎng)護坡體系因其具有材料穩(wěn)定性好、安裝快速、施工簡便、易于操作、防滑坡等特點，特別適合于該區(qū)復(fù)雜的公路地形條件下應(yīng)用。

四、結(jié)語

本文對公路高邊坡崩塌破壞的影響因素進行了較為詳盡的論述，并從力學(xué)機制方面對其產(chǎn)生的原因及過程進行了分析；在對邊坡崩塌處理的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)防原理與設(shè)計方案，并結(jié)合地表加固和深層加固，有效控制邊坡穩(wěn)定；結(jié)合工程實例，分析了邊坡塌方的處理和預(yù)防措施，并對后期失穩(wěn)塌方的活動和動力進行了監(jiān)測。實踐證明，保護效果良好，可為其他工程提供有益參考。