淺析黃土公路邊坡災(zāi)害處理方法

王運(yùn)琢

(河北省滄州市交通運(yùn)輸局質(zhì)監(jiān)處)

淺析黃土公路邊坡災(zāi)害處理方法

王運(yùn)琢

(河北省滄州市交通運(yùn)輸局質(zhì)監(jiān)處)

摘 要:通過研究邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀、黃土邊坡對公路基礎(chǔ)的影響，總結(jié)了目前較好的黃土邊坡處理方法。

關(guān)鍵詞:公路;黃土邊坡;邊坡治理

1 邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

邊坡是人工邊坡和自然邊坡的統(tǒng)稱，同時也包含塌滑體。根據(jù)邊坡體組成的材料，邊坡可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。土質(zhì)邊坡破壞的形式常為弧面或沿既有面破壞，影響其穩(wěn)定性的因素主要是由于開挖或天然形成的坡度比較陡，在重力或降雨、地下水、地震等因素作用下而失穩(wěn)。邊坡穩(wěn)定性分析過程一般步驟為實(shí)際邊坡——力學(xué)模型——數(shù)學(xué)模型——計算方法——結(jié)論。其核心內(nèi)容是力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型、計算方法的研究，即邊坡穩(wěn)定性分析方法的研究。邊坡穩(wěn)定分析方法研究一直是邊坡穩(wěn)定性問題的重要研究內(nèi)容，也是邊坡穩(wěn)定研究的基礎(chǔ)。近幾年來在該領(lǐng)域內(nèi)取得了很多新的進(jìn)展，最早人們對邊坡的研究是從觀察滑坡現(xiàn)象開始的，主要以土體為研究對象，早期的工作是把滑坡作為一種地質(zhì)現(xiàn)象，僅僅停留在定性和經(jīng)驗(yàn)性判斷。伴隨著工業(yè)革命而興起的大規(guī)模建設(shè)，誘發(fā)了大量的滑坡，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，這時人們開始借用一般材料力學(xué)中的均質(zhì)彈性、彈塑性理論對滑坡進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)、半理論的研究，其結(jié)果大都是定性的。針對邊坡破壞模型的研究，提出了剛體力學(xué)、彈性及彈塑性、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)和流變力學(xué)等多種地質(zhì)力學(xué)模型。在邊坡穩(wěn)定性預(yù)測模型的研究中，系統(tǒng)方法、模糊數(shù)學(xué)、灰色理論、信息論方法以及概率統(tǒng)計等被相繼引入，從而形成了優(yōu)勢面分析為中心的邊坡穩(wěn)定性系統(tǒng)模型、以灰色聚類及灰色關(guān)聯(lián)分析為基礎(chǔ)的灰色聚類模型、以信息理論及概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)的信息論模型等多種獨(dú)具特色的邊坡穩(wěn)定性預(yù)測模型。近年來，隨著人們對邊坡地基穩(wěn)定性分析現(xiàn)狀和邊坡破壞機(jī)理的研究，在邊坡地基承載力方面取得了巨大的成就，在實(shí)際工程中，為了經(jīng)濟(jì)、合理地在邊坡附上修建結(jié)構(gòu)物，確實(shí)需要對邊坡問題進(jìn)行深入地研究。

2 黃土邊坡對公路基礎(chǔ)的影響

隨著高速公路深入黃土高原腹地，深挖路塹大量出現(xiàn)，黃土路塹邊坡，以縱斷面長、橫斷面寬、坡高極高為其主要特點(diǎn)，挖方量巨大，大面積占用土地。面對如此巨大的工程量，工程師不得不在設(shè)計過程中考慮兩方面的問題:一是工程安全是否有保證;另一是經(jīng)濟(jì)投資是否合理。因此，合理設(shè)計黃土路塹邊坡坡型、坡度成為黃土高原公路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。黃土粘聚力高，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，直立性好，因此地貌景觀有“黃土喀斯特”之稱，高達(dá)幾十米的陡直土坡甚至土柱隨處可見。利用黃土的這一特點(diǎn)，采用“寬臺陡坡”的設(shè)計坡型，結(jié)合排水設(shè)施抵抗坡面沖刷，減少挖方量，是目前較成功的設(shè)計坡型。但是黃土發(fā)育有密集的垂直節(jié)理，并具有非飽和性。在黃土邊坡開挖卸荷及長期使用過程中，節(jié)理向外不斷拉張，降雨和農(nóng)田澆灌導(dǎo)致坡面沖刷，水沿節(jié)理下滲，非飽和土強(qiáng)度降低，邊坡逐步由穩(wěn)定向失穩(wěn)發(fā)展。邊坡破壞過程是一個難以預(yù)知的復(fù)雜過程，因此確定邊坡綜合坡度，如何能更經(jīng)濟(jì)且后期發(fā)展為滑坡的可能性在工程可接受范圍內(nèi)，成為設(shè)計的難題。邊坡過陡，為長期穩(wěn)定留下隱患，邊坡過緩，則不經(jīng)濟(jì)。目前所采用的主要設(shè)計依據(jù)是工程地質(zhì)類比法。現(xiàn)行路基規(guī)范推薦的以簡化Bishop法為主要計算方法的安全系數(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但由于各種不確定性的影響，其結(jié)果往往與自然邊坡相差較大，所以應(yīng)在確定邊坡破壞模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行，可采用工程地質(zhì)類比法、圖解分析法、極限平衡法、有限單元法進(jìn)行綜合評價。實(shí)踐證明對黃土路塹邊坡較為可靠的評價方法還是工程地質(zhì)類比法，工程地質(zhì)類比的前提是工程地質(zhì)條件相似。目前經(jīng)大量工程的實(shí)施，已修建的黃土路塹高邊坡已有一定的數(shù)量，使用也有一定的歷史，對已使用的邊坡狀況進(jìn)行調(diào)查和研究，用來修正現(xiàn)行的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和計算模型，是黃土邊坡穩(wěn)定性分析有效的解決方案。

3 黃土坡面治理研究

黃土路塹坡面穩(wěn)定性是指開挖形成的邊坡在自然或人為因素影響下，坡面未發(fā)生嚴(yán)重的坡面沖蝕、面狀剝落等變形破壞，以保證公路的正常運(yùn)營。為了保持邊坡坡面的穩(wěn)定性，常采用坡面防護(hù)措施以避免坡面漸進(jìn)變形而引起坡體大范圍失穩(wěn)，進(jìn)而減小坡面水土流失。黃土路塹高邊坡坡面防護(hù)措施很多，概括起來可以分為工程防護(hù)、植物防護(hù)和綜合防護(hù)(工程防護(hù)與植物防護(hù)相結(jié)合)三類。其中工程防護(hù)主要是采用護(hù)面墻、漿砌片石護(hù)面、錨桿噴漿護(hù)坡、掛網(wǎng)噴漿護(hù)坡等;植物護(hù)坡主要有人工植草技術(shù)、液壓噴播植草技術(shù)、植樹技術(shù)等;綜合植物護(hù)坡有框架植物護(hù)坡、鋪網(wǎng)植草護(hù)坡、厚層基材噴播植草護(hù)坡、土工格室與綠化防護(hù)板植草護(hù)坡等。以往黃土路塹邊坡大多采用漿砌片石、噴射混凝土等傳統(tǒng)的“灰色”防護(hù)措施，其在坡面防護(hù)初期，對防止坡面侵蝕方面效果很好，作用非常顯著。然而，隨著時間推移，由于工程材料如混凝土的風(fēng)化老化，其效果會越來越差，甚至造成破壞。同時，破壞了當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的協(xié)調(diào)，且其后期整治費(fèi)用很高。隨著人們對環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，要求公路建設(shè)的同時，必須保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，尤其是在生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重的黃土地區(qū)。伴隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和山川秀美工程的提出，修建經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的“生態(tài)型”高等級公路已是大勢所趨。因此恢復(fù)和重建道路邊坡兩旁的自然生態(tài)植被尤為突出。植樹護(hù)坡主要依靠坡面樹木的地下根系及地上莖葉的作用保護(hù)坡面不受沖刷侵蝕，其作用可概括為根系的力學(xué)效應(yīng)和莖葉的水文效應(yīng)兩個方面。其根系的力學(xué)效應(yīng)，改變了土的力學(xué)性能，提高了土體的抗剪強(qiáng)度，從而增強(qiáng)邊坡土體的抗剪強(qiáng)度，減小水土流失和邊坡病害的發(fā)生。水文效應(yīng)通過莖葉對雨水的截留、葉面分流、莖葉的籬笆作用和落葉水文效應(yīng)，減少了直接沖刷坡面土體和減少坡面上方來水來沙量，減緩了坡面的沖刷量。目前，植物防護(hù)技術(shù)最先進(jìn)的當(dāng)屬日本，而我國干旱的黃土地區(qū)路塹高邊坡的植物防護(hù)技術(shù)研究仍處于探索階段。近年來，許多水土保持界和業(yè)內(nèi)人士對公路黃土路塹邊坡植物防護(hù)作了大量的研究工作。高速公路邊坡采用坡面平臺植樹和厚層基材噴播植草技術(shù)，以及采用新型的土工格室生態(tài)護(hù)坡和綠化板生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在黃延高速公路的成功應(yīng)用，這些坡面防護(hù)措施都為黃土路塹高邊坡坡面穩(wěn)定性提供了有力的保證。

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［3］周欣華黨進(jìn)謙李靖.黃土邊坡及其穩(wěn)定性分析圖簡介［M］.

［4］林崇義.黃土的結(jié)構(gòu)特性［D］.中國科學(xué)院土木建筑研究所土力學(xué)研究室.

中圖分類號:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0051-01

收稿日期:2011-03-07

作者簡介:王運(yùn)琢(1964-)，男，河北省肅寧人，工程師。