巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析與加固技術研究

【摘要】巖土工程中邊坡加固技術的重要性不容忽視，它直接關系到工程的安全性、經(jīng)濟性和可持續(xù)發(fā)展。文中對巖土工程中邊坡加固技術的重要性、常用方法及優(yōu)化方向進行了深入探討，通過系統(tǒng)梳理常用邊坡加固技術，報告了當前技術應用現(xiàn)狀，并進行了加固技術優(yōu)化方向的分析。研究強調(diào)了邊坡穩(wěn)定性對工程安全和經(jīng)濟效益的重要影響，同時探討了創(chuàng)新和優(yōu)化邊坡加固技術對提高工程質量、保障安全、節(jié)約資源和促進可持續(xù)發(fā)展的意義。通過實例論證，為巖土工程實踐提供了有價值的參考，對推動邊坡加固技術的發(fā)展和應用具有重要意義。

【關鍵詞】巖土工程；邊坡穩(wěn)定性；加固技術

【中圖分類號】TU753.8 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）08-0124-03

0 引言

巖土工程中的邊坡穩(wěn)定性問題一直是工程界關注的重點，其直接影響工程安全和經(jīng)濟效益。隨著城市化進程加快和大型工程項目的增多，邊坡工程規(guī)模不斷擴大，復雜程度日益提高，給邊坡穩(wěn)定性分析和加固技術帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。因此，文中深入分析邊坡穩(wěn)定性，創(chuàng)新和優(yōu)化加固技術，對于提高工程質量、降低工程風險和成本具有重要意義。

1 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性的重要作用

在巖土工程中，邊坡穩(wěn)定是確保人員安全和防止財產(chǎn)損失的關鍵因素。在許多工程項目中，如道路、鐵路、水壩和礦山開采等，邊坡的穩(wěn)定直接影響到整個工程的安全運行，不穩(wěn)定的邊坡會引發(fā)滑坡、崩塌等地質災害破壞基礎設施，危及人員生命安全[2]。例如，邊坡的失穩(wěn)破壞將會導致其上方或下方道路的阻斷，影響交通流動，緊急情況下會增大救援難度。邊坡失穩(wěn)引發(fā)的滑坡將會堵塞河道，形成堰塞湖，增加下游地區(qū)洪水風險。因此，確保邊坡的穩(wěn)定性不僅是防止經(jīng)濟損失的問題，更是一項關乎居民生命安全和環(huán)境保護的重要工程措施。

2 巖土工程中邊坡加固技術研究

當前，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展和基礎設施建設的不斷推進，巖土工程中的邊坡工程規(guī)模日益擴大，復雜程度不斷提高。邊坡穩(wěn)定性問題作為工程建設中的關鍵因素，直接影響工程的安全性和經(jīng)濟性。由于工程建設增多，邊坡工程規(guī)模不斷擴大，供其選擇的場地環(huán)境更加復雜，傳統(tǒng)的邊坡加固技術已難以滿足現(xiàn)代邊坡工程的需求。因此，深入研究邊坡加固技術，對于提高工程質量和促進可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2.1 常用邊坡加固技術

在巖土工程中，邊坡加固是確保施工安全和提高邊坡穩(wěn)定性的主要措施，常用邊坡加固技術主要可以分為物理加固技術和生物工程技術，每種技術都有其獨特的應用優(yōu)勢和實施條件。

1）物理加固技術。主要包括錨桿支護、護坡網(wǎng)格結構、噴錨支護、土釘墻和重力式擋土墻等[3]。其中，錨桿支護通過在邊坡內(nèi)部打入錨桿來提供穩(wěn)定力，適用于巖石邊坡；護坡網(wǎng)格結構則通過覆蓋在邊坡表面的網(wǎng)格來防止土體受侵蝕和滑移，適用于土質邊坡；噴錨支護結合了噴射混凝土和錨桿的雙重作用，形成堅固的邊坡表層保護層，適用于邊坡表面較為破碎或者松散的情況；土釘墻則通過在邊坡中插入鋼筋或其他強化材料，并用水泥漿固定，形成一種有效的支撐結構，提供邊坡穩(wěn)定性的同時，對環(huán)境的干擾較小，施工相對簡便；重力式擋土墻利用大塊石材或混凝土塊通過自身重量對土壤進行物理支撐，適用于土質邊坡和需要快速建立穩(wěn)固邊坡的場合[4]。

2）生物工程技術。主要利用植被的生態(tài)作用來加固邊坡，僅能提高邊坡面層土體的穩(wěn)定，一般只結合坡率法使用，包括植生工程技術、生態(tài)袋工程等。植生工程技術通過種植根系發(fā)達的植物來固定土壤，能提高邊坡的穩(wěn)定性，還能改善生態(tài)環(huán)境，適用于環(huán)境保護要求較高的地區(qū)；生態(tài)袋工程則使用填充土壤和種子的生態(tài)袋堆砌成墻或覆蓋邊坡，這些袋子隨著時間降解，植物根系可以穿透包材進一步固化土壤，是一種既環(huán)保又有效的邊坡加固方式[5]。

2.2 加固技術適用性分析

在巖土工程中，邊坡加固技術的選擇和應用是確保施工安全和長期穩(wěn)定性的關鍵，正確的加固技術能夠有效應對土體滑移、侵蝕和其他自然或人為因素引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

地質條件是決定邊坡加固技術選擇的首要因素，不同的土質、巖性、含水量和地下水流動狀況等因素都會影響加固措施的效果和持久性。例如，對于巖石邊坡，錨桿支護和噴錨支護等物理加固方法能夠提供良好的支撐力，這些技術通過機械錨定和表面噴涂混凝土來增強巖體的整體穩(wěn)定性。而對于土質邊坡，特別是松散或水分含量高的土壤，生物工程技術如植生工程和生態(tài)袋工程更為適用，這些方法利用植被的根系加固土壤，同時提供環(huán)境保護和美化景觀的雙重效益。深層排水措施也是對付含水量高土壤的有效手段，通過降低土體的孔隙水壓力來增加其穩(wěn)定性。

工程目標和環(huán)境要求也在選擇加固技術時起著決定性的作用。在一些需要快速施工的項目中，如緊急道路修復或臨時設施建設，重力式擋土墻和土釘墻等可以迅速搭建，可以提供及時的穩(wěn)定支持。而在城市或生態(tài)敏感區(qū)域，環(huán)境影響最小化成為一個重要考慮因素，在這些情況下，生物工程技術不僅能夠提供所需的穩(wěn)定性，還能保持或增進生態(tài)環(huán)境的質量。對于長期穩(wěn)定性要求高的項目，如大型水壩或重要公路邊坡，工程師需要采用綜合加固方法，將物理和生物工程技術結合起來，以確保長期的穩(wěn)定和安全。

3 巖土工程中加固技術優(yōu)化方向

隨著科技的進步和工程實踐的深入，邊坡加固技術正朝著智能化、綠色化和可持續(xù)發(fā)展的方向不斷創(chuàng)新和優(yōu)化。未來的研究應著重關注新材料、新工藝的應用，以及人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術在邊坡監(jiān)測、分析和決策中的融合。只有持續(xù)創(chuàng)新和優(yōu)化，巖土工程才能更好地應對日益復雜的工程挑戰(zhàn)，為國家經(jīng)濟建設和社會發(fā)展提供可靠的技術支撐。

3.1 建立邊坡監(jiān)測和預警系統(tǒng)

為了優(yōu)化邊坡加固技術，研究人員可以建立高效的邊坡監(jiān)測和預警系統(tǒng)，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在風險，為實施有效的干預措施提供數(shù)據(jù)支持，建立這一系統(tǒng)主要涉及高效監(jiān)測技術的應用、實時數(shù)據(jù)分析與預警機制的建立兩個方面。

1）監(jiān)測技術的應用。監(jiān)測技術的應用是邊坡監(jiān)測和預警系統(tǒng)的基礎，其目的是實時收集邊坡的各種物理和化學參數(shù)，以便及時發(fā)現(xiàn)任何可能導致邊坡失穩(wěn)的跡象。常見的監(jiān)測技術包括地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、土壤濕度監(jiān)測、裂縫寬度監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等。研究人員通過安裝GPS設備、傾斜儀、裂縫計、土壤濕度傳感器以及地下水壓力計等來實施。對于復雜或高風險的邊坡，研究人員可以采用更為先進的技術，如合成孔徑雷達（InSAR）和無人機（UAV）航拍技術，來進行更高解析度的監(jiān)測，這些監(jiān)測設備能夠實時或定時自動發(fā)送數(shù)據(jù)到中央處理系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。監(jiān)測設備的選型和布置應考慮到邊坡的具體地質條件、歷史滑坡活動和環(huán)境影響，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和有效性。

2）實時的數(shù)據(jù)分析與預警機制。有效的數(shù)據(jù)分析和預警機制是邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的核心，能夠確保從大量監(jiān)測數(shù)據(jù)中及時識別出邊坡失穩(wěn)的預警信號，這一機制通常包括數(shù)據(jù)收集、處理、分析和預警發(fā)布幾個環(huán)節(jié)。首先，收集到的數(shù)據(jù)需要通過專門的軟件進行處理和分析，軟件可以基于機器學習或人工智能技術，對數(shù)據(jù)進行深度學習和模式識別，從而有效地識別出異常數(shù)據(jù)模式，這些模式可能表明邊坡的潛在滑移或其他形式的失穩(wěn)。然后，根據(jù)分析結果系統(tǒng)可以自動計算出邊坡的穩(wěn)定性指數(shù)，并與預設的安全閾值進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性指數(shù)低于安全限值，預警系統(tǒng)將立即啟動，通過短信、電郵或其他即時通信工具向管理人員和相關人員發(fā)送警告信息，確保有足夠的時間采取應對措施。

3.2 研發(fā)新型環(huán)保材料

新型環(huán)保材料不僅需具備高效的加固性能，還需符合可持續(xù)發(fā)展的要求，以減少對環(huán)境的負面影響。環(huán)保材料的開發(fā)首先需要考慮其生態(tài)兼容性，即材料在生產(chǎn)、使用和廢棄處理過程中對環(huán)境的影響需盡可能小。例如，研究人員可以研發(fā)基于天然纖維（如竹纖維、木纖維）的復合材料，這些天然材料來源廣泛，生物降解性好，不會在使用后形成永久的環(huán)境污染。研究以工業(yè)副產(chǎn)品（如粉煤灰、礦渣等）為基礎的復合材料也是一個方向，復合材料能夠利用廢棄物，減少環(huán)境負擔，還可以降低材料成本。研究人員可開發(fā)循環(huán)再利用的巖土加固材料，如使用可回收的塑料或金屬網(wǎng)格作為加固材料，這些材料在達到使用壽命后可以回收再利用，從而減少資源消耗和環(huán)境影響。

4 巖土工程中加固技術優(yōu)化后的實例驗證

石巖街道某公園邊坡?lián)鯄こ涛挥谏钲谑袑毎矃^(qū)，如圖1所示，從深圳市中心出發(fā)經(jīng)布龍公路、石觀路、石巖北環(huán)路，其中心坐標為X=35 296；Y=104 560（深圳獨立坐標系）。

在進行邊坡?lián)鯄χ卫砉こ糖?，公園的邊坡存在一定的地質災害風險，主要體現(xiàn)為邊坡的滑坡、坍塌。根據(jù)地質勘察報告中提供的地質勘察數(shù)據(jù)和邊坡現(xiàn)狀分析，工程團隊在案例工程中，抗滑樁的設計采用了高強度混凝土材料，確保了樁體的結構強度和耐久性。上部抗滑樁主要承擔頂部土體的水平壓力，有效防止上層土壤的滑移和松動；下部抗滑樁則主要用于加固邊坡底部，防止底層土質的滑移。另外，工程團隊通過將錨桿深入邊坡內(nèi)部較穩(wěn)定的巖土層中，與梁體結合形成堅固的支撐系統(tǒng)，有效地將邊坡的荷載傳遞到更深層的穩(wěn)定土層，從而顯著提升邊坡的穩(wěn)定性。在工程完成后，通過安裝在不同深度和位置的傾斜計和裂縫計進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)顯示加固后邊坡的位移量明顯減少，治理前邊坡頂部的最大位移速率為每月15 mm，治理后降至每月2 mm以下，通過連續(xù)三個月的監(jiān)測，邊坡的累計位移量穩(wěn)定在5 mm以內(nèi)，遠低于國家標準《建筑邊坡工程技術規(guī)范》規(guī)定的安全范圍。

在邊坡治理工程中，風險管理是一個重要的環(huán)節(jié)。團隊根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》的相關規(guī)定，對邊坡的安全等級、工程重要性等級進行嚴格的評定，并據(jù)此制定了詳細的工程實施方案。團隊對風險管理措施進行了優(yōu)化，包括定期的地質環(huán)境監(jiān)測、邊坡運行狀態(tài)的實時監(jiān)控系統(tǒng)以及應急預案的制定。實施過程中，團隊引入先進的傳感器和監(jiān)測技術，實現(xiàn)對邊坡變化的實時監(jiān)控，確保突發(fā)情況下的快速響應和處理。另外，工程團隊使用GIS和遙感技術，結合歷史數(shù)據(jù)和地質調(diào)查結果，建立了一個邊坡穩(wěn)定性評估模型，通過模型分析，預測在未來5年內(nèi)，邊坡的穩(wěn)定性有98%的概率保持在安全級別以上。此外，工程團隊還針對極端氣候條件下的應急情況，結合氣象數(shù)據(jù)分析，制定了詳盡的應急預案和撤離方案。

巖土工程中加固技術的優(yōu)化不僅提高了邊坡的穩(wěn)定性，也增強了工程風險的可控性和應急響應能力，綜合性的治理方案和技術應用，有效地解決了邊坡的地質安全問題，為類似的地質環(huán)境工程提供寶貴的實踐經(jīng)驗和技術支持。

5 結語

本文闡述了巖土工程中邊坡穩(wěn)定性的重要作用，分析了常用加固技術的特點及適用性。經(jīng)研究表明，邊坡穩(wěn)定性分析和加固技術的選擇應結合具體工程條件，因地制宜綜合考慮地質特征、環(huán)境因素和經(jīng)濟效益。

未來，邊坡加固技術將向智能化、綠色化和多功能化方向發(fā)展，新材料、新工藝的應用將進一步提高邊坡加固的效果和經(jīng)濟性。工程團隊應加強跨學科合作，融合大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，提升邊坡穩(wěn)定性分析的精確度和預測能力。總之，持續(xù)創(chuàng)新和加固技術，對于提高工程安全性、降低施工風險和成本具有重要意義，將為巖土工程的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻

[1] 張學澤，孫濤，蔡昀驍.巖土工程中邊坡加固施工技術要點探究[J].建筑機械，2023（8）：30-33.

[2] 才永軍.巖土工程中邊坡加固工程施工技術[J].建筑技術開發(fā)，2021，48（17）：35-37.

[3] 盧世英，張德軍，張國棟.巖土工程中邊坡加固工程施工技術探討[J].工程技術研究，2020，5（23）：52-53.

[4] 楊明.巖土工程中邊坡加固工程施工技術要點及價值探討[J].中國住宅設施，2024（5）：68-70.

[5] 徐明曙.關于巖土工程中邊坡加固工程施工技術的探討[J].中國設備工程，2021（13）：218-219.

[作者簡介]姜濤（1993—），男，廣東深圳人，本科，助理工程師，研究方向：巖土工程勘察。