西部山區(qū)公路邊坡失穩(wěn)研究與治理方案

仇義中

在我國西部地區(qū),尤其是西南地區(qū),青藏高原隆起造成了其周邊特殊的地形地貌條件、構(gòu)造條件,強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和特殊的氣候環(huán)境,為崩塌、滑坡和泥石流的發(fā)生提供了條件。地理地質(zhì)條件的復(fù)雜性和區(qū)域巨大的差異性,使得地質(zhì)災(zāi)害引起的問題越來越嚴(yán)重和復(fù)雜。對公路邊坡進(jìn)行研究,制訂相應(yīng)的處治措施,具有十分重要的意義。

1 公路邊坡特點(diǎn)

根據(jù)對不同類型邊坡變形破壞機(jī)制的分析,進(jìn)行滑坡(邊坡)穩(wěn)定性分析,提出治理方案,取得了明顯的效果。但值得注意的是,這些研究多是針對水電工程和大型滑坡工程進(jìn)行,公路邊坡與水電邊坡有著較大差別[1],主要在于：第一,水電邊坡規(guī)模大,但災(zāi)害點(diǎn)少;公路邊坡規(guī)模比水電邊坡小,但為線性工程,點(diǎn)多面廣。第二,水電邊坡地質(zhì)資料豐富、詳細(xì),地質(zhì)信息較完備;公路邊坡地質(zhì)資料則較少,地質(zhì)信息很不完備,且地形、地質(zhì)條件差異大,邊坡條件復(fù)雜多樣。因此,上述邊坡變形破壞機(jī)制研究成果就不一定適合于公路邊坡,其研究方法和研究手段也不一定適合公路邊坡。如何根據(jù)公路的特點(diǎn),研究總結(jié)邊坡變形破壞機(jī)制、探索邊坡變形破壞機(jī)制的研究方法,將是邊坡加固研究的重點(diǎn)。

2 公路邊坡調(diào)查研究方法

對于公路邊坡的研究思路,可以參照以下程序進(jìn)行：現(xiàn)場調(diào)查與試驗(yàn)→調(diào)查資料的整理與分析→典型邊坡物理模型試驗(yàn)→邊坡穩(wěn)定與變形模擬試驗(yàn)→邊坡破壞機(jī)制分析與加固處治。

根據(jù)研究的需要,可以選擇典型路線進(jìn)行邊坡的地質(zhì)及工程調(diào)查,并對邊坡的破壞形式進(jìn)行分類,同時(shí)對所采取的加固處治措施進(jìn)行效果評價(jià);根據(jù)國內(nèi)外情況及調(diào)查報(bào)告和調(diào)查結(jié)論,找出存在的問題,制定解決課題研究問題的有效手段。其調(diào)查內(nèi)容和調(diào)查方法如下[2]：1)查閱工程設(shè)計(jì)文件,了解并掌握其設(shè)計(jì)原則和錨桿、錨索、抗滑樁的具體布置情況,設(shè)計(jì)中對錨桿、錨索的使用形式;2)對治理后的邊坡進(jìn)行野外調(diào)查,初步了解邊坡的地質(zhì)條件、邊坡類型、物質(zhì)組成、主要工程問題、誘發(fā)因素、工程處治措施、治理效果等;3)查閱工程竣工資料,并與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對比,分析設(shè)計(jì)與施工的差異,找出差異原因;4)了解邊坡治理前的地質(zhì)勘察工作和設(shè)計(jì)中方案的分析和設(shè)計(jì)參數(shù)的選取,穩(wěn)定性的計(jì)算方法等。

3 公路邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素分析

3.1 邊坡失穩(wěn)的外部因素

引起邊坡失穩(wěn)的外部因素有以下幾個(gè)方面：降雨時(shí)的滲水浸泡,地下水位升高,引起的巖石力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)降低;邊坡開挖或超挖改變了邊坡形態(tài),破壞了原巖體的力學(xué)平衡條件,又未能及時(shí)加固補(bǔ)強(qiáng);人類活動(dòng)的影響,包括施工用水、動(dòng)荷載、爆破擾動(dòng)、生態(tài)環(huán)境的破壞以及地震影響等;施工過程中,臨時(shí)性附加荷載增大。

據(jù)統(tǒng)計(jì),引起邊坡失穩(wěn)的主要外部因素為工程開挖和地下水,二者引起的邊坡失穩(wěn)占90%以上。而堆載和雨水沖刷所占比例較少。因此,要進(jìn)行合理的邊坡開挖,邊坡開挖過程中和邊坡形成后,應(yīng)采取有效的防水和排水措施。

3.2 邊坡失穩(wěn)的主要內(nèi)因

影響邊坡失穩(wěn)的內(nèi)部因素主要有以下幾個(gè)方面：1)在一定深度范圍內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面。其抗剪強(qiáng)度較小,當(dāng)?shù)撞块_挖后支承力減小,加之水的作用降低了滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度,因而容易造成邊坡失穩(wěn)。2)開挖過程中由于應(yīng)力重新調(diào)整,其變形可能危及公路路基或建筑物的安全。3)雖然邊坡開挖后,巖體質(zhì)量較好,尚未進(jìn)入塑性狀態(tài),但圍巖總要產(chǎn)生一定量位移,這也將影響建筑物的正常使用。

總之,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的原因是多方面的,邊坡的環(huán)境地質(zhì)條件是其主要內(nèi)因,對穩(wěn)定性問題認(rèn)識(shí)不足、邊坡設(shè)計(jì)不合理、加固措施和施工工藝不當(dāng)、施工質(zhì)量得不到可靠保證則是其主要外因。

4 公路邊坡加固方式

邊坡加固的具體措施很多,總體上可歸為如下三類[2]：1)直接加固法：包括擋墻及護(hù)坡、抗滑樁、滑動(dòng)面混凝土栓塞、錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索。在直接加固法一類技術(shù)措施中,錨桿、錨索最具發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳?盡管已對巖土錨固機(jī)理及其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了多方面的研究,但仍有很大問題有待解決,主要表現(xiàn)在：a.錨固段的受力情況及應(yīng)力分布;b.群錨的相互作用;c.錨固體系的合理布置等。2)間接加固法：包括邊坡中用巷道及鉆孔疏干、地面截水排水防水、削坡減載卸荷。3)特殊加固法：包括麻面爆破、壓力灌漿等。在特殊加固法中,壓力灌漿發(fā)展十分迅速,發(fā)達(dá)國家對灌漿技術(shù)的開發(fā)研究十分重視,并已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。

統(tǒng)計(jì)表明,西部山區(qū)公路邊坡主要采取以下治理措施：1)改變邊坡幾何形態(tài),提高邊坡的穩(wěn)定性。主要包括：消減推動(dòng)滑坡區(qū)的物質(zhì),對于巖質(zhì)邊坡大多在邊坡的中上部放緩邊坡,而滑坡體多是消減滑面陡傾區(qū)的邊坡巖土體;反壓增強(qiáng)滑坡穩(wěn)定區(qū)的物質(zhì);減緩邊坡的總體坡度。2)邊坡地表排水。有效的排出邊坡的地表水以防止降雨入滲增加坡體的重量和使邊坡巖土體弱化,采用的方式是在坡體中和坡體外圍修建排水溝;排出坡體內(nèi)部的地下水,一般采取水平或垂直的排水鉆孔、盲溝等。3)支擋結(jié)構(gòu)物。采用的支擋結(jié)構(gòu)物有重力式擋土墻、抗滑樁、現(xiàn)澆混凝土連續(xù)墻、加筋土擋墻、巖石坡面防護(hù)網(wǎng)等。4)邊坡內(nèi)部加強(qiáng)。采用內(nèi)部加強(qiáng)的主要措施有巖石錨固、土錨釘、預(yù)應(yīng)力錨索、灌漿等。

公路邊坡治理的措施很多,但針對某一具體的邊坡整治,如何選擇合理而有效的技術(shù)措施,是整治工程能否達(dá)到預(yù)期目的的關(guān)鍵。而在眾多的邊坡處理措施中,使用最多、最常見的是邊坡錨固措施,在這些工程中之所以采用這些加固措施是由工程的特點(diǎn)和錨固的特點(diǎn)共同決定的。由于邊坡的有效整治既要基于對邊坡的穩(wěn)定性、失穩(wěn)滑坡形成條件、發(fā)生原因、變形破壞機(jī)制、幾何邊界條件(可能的滑動(dòng)面、滑動(dòng)面的埋深和形狀)和運(yùn)動(dòng)過程穩(wěn)定性現(xiàn)狀等的正確認(rèn)識(shí),又要通過各種可能采用的整治方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選之后確定是繞避或治理,所以大型邊坡整治工程的實(shí)施一般經(jīng)過勘察、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)(監(jiān)測效果)等階段,逐步查明原因、機(jī)制,選擇可能方案,論證各種方案的可行性并選定處理方案,施工并監(jiān)測治理效果[2,3]。地質(zhì)勘察資料的準(zhǔn)確性、設(shè)計(jì)方法的正確性、施工技術(shù)的可靠性、使用維護(hù)的合理性,是減少災(zāi)害誘因、保證治理效果的必要條件。同時(shí),由于邊坡本身有許多不確定性因素,所以設(shè)計(jì)應(yīng)有一定的靈活性,給監(jiān)測和施工驗(yàn)證后修改設(shè)計(jì)留有余地。

5 結(jié)語

公路邊坡治理工程是一個(gè)復(fù)雜的巖土工程,不只體現(xiàn)在支擋工程本身,根本在于對地質(zhì)體的認(rèn)識(shí)。因此,需要查明邊坡體穩(wěn)定性的主要控制因素,借鑒新理論和新方法,認(rèn)清邊坡體變形破壞機(jī)理,研究其可能的破壞方式,提出有效的穩(wěn)定性評價(jià)方法,設(shè)計(jì)出合理的邊坡,制定合理的治理方案,從而為公路邊坡失穩(wěn)的綜合防治提供依據(jù)。

[1] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理方法程序[M].北京：中國水利水電出版社,2003.

[2] 方雪青.公路路基土質(zhì)邊坡坍塌及其防治措施[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2005(3)：44-45.

[3] 鄭益民.高等級公路邊坡綜合防護(hù)研究[J].路基工程,2005(6)：19-21.

[4] 涂兵雄,劉春曉,李紅燕.邊坡穩(wěn)定分析方法討論[J].山西建筑,2008,34(1)：92-93.