淺析黃土公路邊坡災害處理方法

王運琢

(河北省滄州市交通運輸局質監處)

淺析黃土公路邊坡災害處理方法

王運琢

(河北省滄州市交通運輸局質監處)

摘 要:通過研究邊坡穩定性現狀、黃土邊坡對公路基礎的影響，總結了目前較好的黃土邊坡處理方法。

關鍵詞:公路;黃土邊坡;邊坡治理

1 邊坡穩定性研究現狀

邊坡是人工邊坡和自然邊坡的統稱，同時也包含塌滑體。根據邊坡體組成的材料，邊坡可分為土質邊坡和巖質邊坡。土質邊坡破壞的形式常為弧面或沿既有面破壞，影響其穩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。邊坡穩定性分析過程一般步驟為實際邊坡——力學模型——數學模型——計算方法——結論。其核心內容是力學模型、數學模型、計算方法的研究，即邊坡穩定性分析方法的研究。邊坡穩定分析方法研究一直是邊坡穩定性問題的重要研究內容，也是邊坡穩定研究的基礎。近幾年來在該領域內取得了很多新的進展，最早人們對邊坡的研究是從觀察滑坡現象開始的，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現象，僅僅停留在定性和經驗性判斷。伴隨著工業革命而興起的大規模建設，誘發了大量的滑坡，造成了很大的經濟損失，這時人們開始借用一般材料力學中的均質彈性、彈塑性理論對滑坡進行半經驗、半理論的研究，其結果大都是定性的。針對邊坡破壞模型的研究，提出了剛體力學、彈性及彈塑性、斷裂力學、損傷力學和流變力學等多種地質力學模型。在邊坡穩定性預測模型的研究中，系統方法、模糊數學、灰色理論、信息論方法以及概率統計等被相繼引入，從而形成了優勢面分析為中心的邊坡穩定性系統模型、以灰色聚類及灰色關聯分析為基礎的灰色聚類模型、以信息理論及概率統計為基礎的信息論模型等多種獨具特色的邊坡穩定性預測模型。近年來，隨著人們對邊坡地基穩定性分析現狀和邊坡破壞機理的研究，在邊坡地基承載力方面取得了巨大的成就，在實際工程中，為了經濟、合理地在邊坡附上修建結構物，確實需要對邊坡問題進行深入地研究。

2 黃土邊坡對公路基礎的影響

隨著高速公路深入黃土高原腹地，深挖路塹大量出現，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，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;另一是經濟投資是否合理。因此，合理設計黃土路塹邊坡坡型、坡度成為黃土高原公路建設的關鍵技術問題之一。黃土粘聚力高，結構性強，直立性好，因此地貌景觀有“黃土喀斯特”之稱，高達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，采用“寬臺陡坡”的設計坡型，結合排水設施抵抗坡面沖刷，減少挖方量，是目前較成功的設計坡型。但是黃土發育有密集的垂直節理，并具有非飽和性。在黃土邊坡開挖卸荷及長期使用過程中，節理向外不斷拉張，降雨和農田澆灌導致坡面沖刷，水沿節理下滲，非飽和土強度降低，邊坡逐步由穩定向失穩發展。邊坡破壞過程是一個難以預知的復雜過程，因此確定邊坡綜合坡度，如何能更經濟且后期發展為滑坡的可能性在工程可接受范圍內，成為設計的難題。邊坡過陡，為長期穩定留下隱患，邊坡過緩，則不經濟。目前所采用的主要設計依據是工程地質類比法。現行路基規范推薦的以簡化Bishop法為主要計算方法的安全系數設計標準，但由于各種不確定性的影響，其結果往往與自然邊坡相差較大，所以應在確定邊坡破壞模式的基礎上進行，可采用工程地質類比法、圖解分析法、極限平衡法、有限單元法進行綜合評價。實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類比法，工程地質類比的前提是工程地質條件相似。目前經大量工程的實施，已修建的黃土路塹高邊坡已有一定的數量，使用也有一定的歷史，對已使用的邊坡狀況進行調查和研究，用來修正現行的設計標準和計算模型，是黃土邊坡穩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，坡面未發生嚴重的坡面沖蝕、面狀剝落等變形破壞，以保證公路的正常運營。為了保持邊坡坡面的穩定性，常采用坡面防護措施以避免坡面漸進變形而引起坡體大范圍失穩，進而減小坡面水土流失。黃土路塹高邊坡坡面防護措施很多，概括起來可以分為工程防護、植物防護和綜合防護(工程防護與植物防護相結合)三類。其中工程防護主要是采用護面墻、漿砌片石護面、錨桿噴漿護坡、掛網噴漿護坡等;植物護坡主要有人工植草技術、液壓噴播植草技術、植樹技術等;綜合植物護坡有框架植物護坡、鋪網植草護坡、厚層基材噴播植草護坡、土工格室與綠化防護板植草護坡等。以往黃土路塹邊坡大多采用漿砌片石、噴射混凝土等傳統的“灰色”防護措施，其在坡面防護初期，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化老化，其效果會越來越差，甚至造成破壞。同時，破壞了當地自然環境的協調，且其后期整治費用很高。隨著人們對環境意識的不斷增強，要求公路建設的同時，必須保護周邊生態環境，尤其是在生態環境脆弱，水土流失嚴重的黃土地區。伴隨著國家可持續發展戰略和山川秀美工程的提出，修建經濟效益與生態環境保護相協調的“生態型”高等級公路已是大勢所趨。因此恢復和重建道路邊坡兩旁的自然生態植被尤為突出。植樹護坡主要依靠坡面樹木的地下根系及地上莖葉的作用保護坡面不受沖刷侵蝕，其作用可概括為根系的力學效應和莖葉的水文效應兩個方面。其根系的力學效應，改變了土的力學性能，提高了土體的抗剪強度，從而增強邊坡土體的抗剪強度，減小水土流失和邊坡病害的發生。水文效應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，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，植物防護技術最先進的當屬日本，而我國干旱的黃土地區路塹高邊坡的植物防護技術研究仍處于探索階段。近年來，許多水土保持界和業內人士對公路黃土路塹邊坡植物防護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，以及采用新型的土工格室生態護坡和綠化板生態護坡技術在黃延高速公路的成功應用，這些坡面防護措施都為黃土路塹高邊坡坡面穩定性提供了有力的保證。

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［1］張天寶.土坡穩定分析和土工建筑物的邊坡設計［M］.成都:成都科技大學出版社.

［2］錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算(第二版)［M］.北京:中國水利水電出版社.

［3］周欣華黨進謙李靖.黃土邊坡及其穩定性分析圖簡介［M］.

［4］林崇義.黃土的結構特性［D］.中國科學院土木建筑研究所土力學研究室.

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:王運琢(1964-)，男，河北省肅寧人，工程師。