公路巖質(zhì)邊坡崩塌災害影響因素及防治措施

□ 錢 璞 田建文 范麗曉

崩塌多是由于斜坡上巖土介質(zhì)在內(nèi)外地質(zhì)應力及各種誘發(fā)因素綜合作用下，坡體內(nèi)脆弱結構面強度降低，巖土體失穩(wěn)而作整體或部分向下或向前滑動或墜落的現(xiàn)象。根據(jù)巖土組成類型，可將崩塌劃分為巖質(zhì)邊坡崩塌、巖土組合邊坡崩塌和土質(zhì)邊坡崩塌等3種類型。而巖質(zhì)邊坡崩塌現(xiàn)象主要發(fā)生在山區(qū)，會給山區(qū)公路通行帶來極大的危害，是山區(qū)公路邊坡發(fā)生自然災害的主要類型之一。

巖質(zhì)邊坡崩塌的主要特征有：崩塌體脫離母巖而運動，發(fā)生突然，下落速度較快；崩塌體在下落過程中受到撞擊會使崩塌體發(fā)生整體性破壞；崩塌體的水平位移一般小于垂直位移；崩塌具有多發(fā)性，一般發(fā)生過的地方還會再次發(fā)生；崩塌的發(fā)生具有一定的時間規(guī)律，一般發(fā)生在雨季或6級以上地震的發(fā)生過程中。

2004年12月11日22時許，甬臺溫高速公路K256＋065～K256＋135左側邊坡發(fā)生山體崩塌，崩塌體規(guī)模約為1.5×104立方米，交通被迫中斷近5個月。為了減少公路巖質(zhì)邊坡崩塌給帶來的影響和損失，相關部門必須了解造成崩塌的因素，進而從根本上預防崩塌的發(fā)生，將損失降到最低。

一、公路巖體邊坡崩塌的破壞階段

為了更好地了解公路巖質(zhì)邊坡崩塌災害，應首先對崩塌的破壞過程有一定的了解。筆者結合S302（榆林至佳縣段）沿線巖質(zhì)邊坡崩塌災害點的調(diào)查，總結得出崩塌災害的破壞階段可分為醞釀階段、起動階段、下滑階段和滾動碰撞等4個階段。

1.醞釀階段

公路巖體邊坡崩塌醞釀階段主要是邊坡開始出現(xiàn)一些細微裂縫，裂縫有不斷擴張的趨勢，并且邊坡開始受到風化作用影響，出現(xiàn)較少的風化破壞點，但巖體邊坡整體穩(wěn)定性較好，邊坡還未出現(xiàn)下滑的趨勢，是崩塌發(fā)生的第一個階段。

2.起動階段

在崩塌起動階段巖體邊坡裂縫不斷擴張，山體裂縫清晰可見，在裂縫處邊坡已經(jīng)開始出現(xiàn)少量巖體碎落。隨著山體裂縫不斷發(fā)生和發(fā)展，當變形達到一定程度時，巖體形成有效貫通性破壞面，坡體最終因貫通性破壞面分割而開始松動。

3.下滑階段

崩塌下滑階段由于在自身應力或外力作用下崩塌體脫離母體，此過程持續(xù)時間比較短暫，并且時間和空間環(huán)境不斷發(fā)生變化。從崩塌體下滑開始，巖土介質(zhì)受到的應力不斷發(fā)生變化，巖體自身積累的總能量一部分轉化為崩塌體下滑的動能，另一部分轉化為其他形式的能量（如熱能、克服摩擦阻力做功等）。

4.滾動碰撞階段

崩塌體的滾動碰撞階段與下滑運動階段，整個過程在瞬間完成。崩塌體脫離母體，隨著高度的變化，重力勢能迅速轉化為動能，滑體速度逐漸增加。最終崩塌體滾落到坡腳及道路中間，給道路的正常運營帶來影響。

二、公路巖質(zhì)崩塌的影響因素

影響公路巖質(zhì)崩塌的因素主要分為兩個方面，即內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素主要包括邊坡坡高、坡度、巖體結構、巖性、結構面狀態(tài)和崩塌體積等。外在因素主要是降雨、風化、地震和人為因素等。

1.內(nèi)在因素

（1）坡高。邊坡越高，頂部巖石體獲得的重力勢能越大，相應所受到的拉應力也越大，越容易導致巖體失穩(wěn)而產(chǎn)生的邊坡崩塌災害。另外，邊坡越高，暴露在外邊的面積越大，越容易受到風化因素的影響，導致巖體完整性降低。

（2）坡度。邊坡坡度大小對公路巖質(zhì)邊坡崩塌有顯著影響，坡度越陡，坡頂所受拉應力和臨空勢能也越大，邊坡坡頂?shù)膸r體越容易產(chǎn)生拉裂縫，日積月累，巖體裂縫增加，進而導致邊坡崩塌災害的發(fā)生。

（3）巖體結構。巖體結構對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定有著重要的意義。其主要可分為整體塊狀結構、厚層狀結構、薄層結構、互層狀結構、碎裂結構和散體結構。其中，整體塊狀結構和厚層狀結構的巖體整體強度較高，最利于邊坡的穩(wěn)定性，而碎裂結構和散體結構由于巖體本身整體強度不足，故最不利于邊坡穩(wěn)定，易引起邊坡崩塌災害的發(fā)生。

（4）巖性。邊坡巖性對巖質(zhì)邊坡崩塌的控制作用是明顯的，主要可分為硬巖、軟巖和軟硬相間3類。堅硬或較堅硬的脆性巖石，常構成較陡的地形，且因其構造節(jié)理發(fā)育，有可能導致崩塌發(fā)生。當軟巖在相同高度和坡度的情況下，因強度低易于風化，產(chǎn)生崩塌的可能性與硬巖相比更大。軟硬相間巖性遭受風化的程度差異性較大，會出現(xiàn)木桶的短板效應，邊坡在軟巖層處穩(wěn)定性下降，與單一巖性相比，更易于發(fā)生崩塌。

（5）結構面狀態(tài)。結構面形狀對邊坡穩(wěn)定性也有一定的影響，粗糙不規(guī)則的結構面受外界因素的影響不明顯，抵御外界影響能力較強；邊坡整體較穩(wěn)定，而有粘土充填或能看到擦痕的結構面，受到外界因素影響明顯，嚴重的易導致邊坡發(fā)生崩塌災害。另外，表面光滑的結構面介于前兩者之間。

（6）崩塌體積。崩塌體積直接關系到邊坡危險的程度，是影響邊坡穩(wěn)定的關鍵因素。崩塌體越大，崩塌災害對道路及其附屬設施的破壞程度就越大，道路搶通工程量也就越大，越應該受到重視。

2.外在因素

（1）風化。風化對巖質(zhì)邊坡崩塌災害的影響有一定的針對性。風化作用對堅硬巖質(zhì)邊坡的影響不是太明顯，而對軟弱巖質(zhì)或含有軟弱夾層的邊坡影響非常明顯，在風化作用下，剝落速度快，與硬質(zhì)邊坡相比有明顯的差異。正是由于存在這種差異，才使邊坡在軟硬巖層交界處的軟巖內(nèi)縮，形成凹巖腔，硬巖外懸，形成懸挑狀危巖。隨著風化作用的不斷進行，危巖會越來越突出，底部的承載力逐漸降低，最終導致崩塌的發(fā)生。

（2）降雨。降雨對巖質(zhì)邊坡的崩塌災害的發(fā)生有明顯的推動作用。降雨后，雨水會沿著邊坡存在的裂縫滲入，雨水內(nèi)含有的化學物質(zhì)會對巖體邊坡有一定的侵蝕作用，另外在雨水的浸泡下，軟弱巖層軟化，使巖體抗剪強度顯著下降。除此之外，雨水還會對堅硬巖層有一定的影響，它會滲入到節(jié)理后，強大的靜水壓力將危巖體朝臨空的危險面擠壓。所以，降雨是邊坡巖體崩塌災害發(fā)生的直接觸發(fā)因素。

（3）地震。地震是誘發(fā)山區(qū)邊坡崩塌災害發(fā)生的直接因素之一。巖體邊坡本身存在一定的裂縫和緩慢的滑移。由于地震的發(fā)生，會使邊坡裂縫瞬間增大，再加上對邊坡帶來瞬間的外力作用，催進崩塌體的下滑。另外，地震烈度越大，地震產(chǎn)生的破壞性就越大，從而引發(fā)崩塌的規(guī)模和概率越大。

（4）凍融作用。凍融作用對巖體邊坡也有一定的影響。尤其在春季，早晚溫差較大，溫度升高時，公路邊坡頂面的積雪和內(nèi)部的冰晶就會融化，水的壓力及軟化泥化作用又進一步降低了斜坡中弱層的抗剪強度，造成巖石邊坡崩塌等破壞。而到晚上溫度降低后，進入邊坡內(nèi)部的水分又會凝結、凍脹，節(jié)理、裂縫所受張力增大，進一步加大裂隙寬度，從而降低了巖體的強度，加速了崩塌的發(fā)生。

（5）人為因素。人為因素主要是人類對邊坡進行的一系列的改變。山區(qū)公路建設中由于受線形和地形地貌的限制，局部地段開挖過大，巖體中產(chǎn)生卸荷變形，在硬質(zhì)巖體中形成陡傾坡外的卸荷裂隙，為巖體的失穩(wěn)提供了后緣邊界，易誘發(fā)崩塌地質(zhì)災害。

三、巖質(zhì)邊坡崩塌災害工程防治措施

為了減少崩塌災害給公路及其附屬設施帶來的破壞和對人民生命安全的影響，應該及時地對一些潛在的危險邊坡采取一定的工程措施來減少巖質(zhì)邊坡崩塌災害的發(fā)生，進而從根本上減少其帶來的危害。目前，國內(nèi)外處理崩塌災害的措施主要包括：清除、錨固、干砌片石防護、漿砌片石防護、護面墻等，對邊坡上存在的裂縫進行處理，防治繼續(xù)發(fā)展，進行抹面與捶面、勾縫與灌漿等。

1.清除

清除坡面松動的危巖體，開挖施工時應盡量不使用爆破技術。當確實需要爆破時，應采取微差爆破、控制爆破和光面爆破技術，盡量降低爆破對邊坡穩(wěn)定性的影響。

2.錨固

錨固技術主要通過錨桿、錨索和鋼筋網(wǎng)等，將拉力傳至穩(wěn)定巖土層的技術。對于存在深層穩(wěn)定問題的高陡邊坡一般可采用抗滑樁或預應力錨索抗滑樁，并且將它置于坡腳，抵抗坡體產(chǎn)生的土壓力或滑坡推力。對存在嚴重的淺層穩(wěn)定問題時，一般采用澆筑鋼筋混凝土框架，在框架的節(jié)點處視情況可用錨桿或預應力錨索來固定，這樣既加固淺層巖土體，又加固了深層巖體。

3.干砌片石防護

干砌片石防護主要適用于邊坡因雨、雪水沖刷而發(fā)生流泥、拉溝與溜坍，或嚴重剝落的軟質(zhì)巖層邊坡，主要是防止外界因素對邊坡的擾動而發(fā)生的崩塌災害。

4.漿砌片石防護

漿砌片石防護主要適用于邊坡緩于1︰1的巖石邊坡的坡面，或不再適宜采用干砌片石或防滑效果不好的各種易風化的巖石邊坡。漿砌片石防護與浸水擋墻或護面墻等綜合使用，以防護不同位置和不同巖層的邊坡，會有較好的效果。此外，對嚴重潮濕或嚴重凍害的邊坡，一定要結合排水系統(tǒng)進行防護，要合理設置泄水孔、沉降縫和伸縮縫。

5.護面墻

護面墻主要是為了防止破碎巖石和軟質(zhì)巖層邊坡進一步風化和免受外界因素影響而采取的一種坡面防護措施。它僅是起到保護巖石和外界隔離，防止進一步風化的作用，完全沒有支擋作用。

6.抹面與捶面

抹面與捶面主要適用于易風化的軟巖（如頁巖、千枚巖、泥質(zhì)板巖），而且受地下水影響較小，本身較穩(wěn)定的邊坡。采用此措施時，要注意與截水溝等排水措施配合使用，還需要在適當?shù)奈恢迷O置伸縮縫且縫內(nèi)要用瀝青麻筋處理。此外，要定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)有鼓脹、裂縫、脫落等現(xiàn)象發(fā)生時，應盡早進行修復。

7.勾縫與灌漿

勾縫與灌漿一般適用于路塹邊坡巖石較堅硬且抗風化能力較強的路段邊坡。勾縫一般適用于節(jié)理多而細的邊坡，而灌漿一般適用于節(jié)理大而深的巖石邊坡。