道路邊坡的滑坡因素分析和處置方法

張 帆

(中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016)

0 引 言

在修建高速公路過程中，不可避免地進(jìn)行開挖路塹和路基的填筑，從而形成了大量的道路邊坡，不同的地質(zhì)環(huán)境下，影響高速公路邊坡穩(wěn)定性的因素均不同。

滑坡的產(chǎn)生主要由于外在因素造成邊坡穩(wěn)定性不足。若發(fā)生滑坡即會(huì)造成嚴(yán)重交通線阻塞甚至直接威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，作為邊坡工程的重點(diǎn)，滑坡治理需要在采取具體治理措施前對(duì)滑坡的產(chǎn)生原因進(jìn)行詳細(xì)分析。另一方面，為了達(dá)到最終減輕地質(zhì)災(zāi)害，防治不必要的生命財(cái)產(chǎn)的損失，也必須對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 道路邊坡防治措施

在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的努力下，目前已經(jīng)在邊坡穩(wěn)定性分析上得到了大量成果。目前，對(duì)主流的邊坡穩(wěn)定性分析方法主要有：數(shù)值分析法和傳統(tǒng)分析法兩類。傳統(tǒng)分析方法主要基于極限平衡理論對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，出現(xiàn)了圓弧滑動(dòng)法、Janbu法和Bishop法。在對(duì)巖土坡體進(jìn)行簡(jiǎn)化后使用牛頓力學(xué)進(jìn)行分析。

數(shù)值分析方法是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用有限元以及邊界元進(jìn)行快速計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)值分析方法得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。在使用數(shù)值模擬軟件對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和模擬后，對(duì)邊坡防滑措施的合理性進(jìn)行分析后，以便對(duì)后續(xù)邊坡監(jiān)測(cè)和治理提供依據(jù)。

目前國(guó)際上針對(duì)道路邊坡的主要防治主要有四類：改變邊坡斷面形狀、直接加固邊坡坡內(nèi)部巖土體、完善邊坡排水措施、采用支擋結(jié)構(gòu)。

1.1 改變邊坡斷面形狀

這種方法是指減少有可能發(fā)生滑動(dòng)部分邊坡的物質(zhì)，通過減小邊坡的坡度等方式來保障邊坡的整體穩(wěn)定性。

1.2 加強(qiáng)排水

傳統(tǒng)的排水措施主要分為：地下排水與地表排水。通常使用排水溝或其他排水通道將地表與深度較淺地下水排至邊坡范圍外。通常對(duì)于較深的地下水會(huì)采用盲溝等進(jìn)行排水，一般深溝內(nèi)部會(huì)填充粗礫石或有機(jī)合成纖維，同時(shí)會(huì)在盲溝外側(cè)加上過濾滲透材料形成反濾層防止土顆粒阻塞排水通道；對(duì)水量較大難以通過管道的部分，還可通過水泵進(jìn)行抽水外排。

1.3 支擋結(jié)構(gòu)

采用支擋構(gòu)筑物防護(hù)是指在邊坡坡腳或坡體表面鋪設(shè)防滑結(jié)構(gòu)，以減少滑坡產(chǎn)生的掉落或結(jié)構(gòu)物。通常使用的支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是擋土墻，擋土墻種類眾多，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可劃分為扶壁式擋土墻、懸臂式擋土墻、加筋式擋土墻、重力式擋土墻。

1.4 內(nèi)部巖土體加固

這種方式是借助其他工具直接對(duì)邊坡內(nèi)部進(jìn)行加固。通常采用的方法包括：加裝預(yù)應(yīng)力錨桿、對(duì)邊坡內(nèi)部裂縫進(jìn)行灌漿封閉、預(yù)應(yīng)力錨索、注漿錨桿等。

2 道路邊坡滑坡因素

無論是何種邊坡，產(chǎn)生滑動(dòng)均是由于內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。內(nèi)在因素主要包括：土的物理力學(xué)特性、邊坡的內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造，地下水情況、氣候條件等。外在因素則主要包括：人類生產(chǎn)生活活動(dòng)、邊坡堆載、道路運(yùn)營(yíng)過程中的震動(dòng)等。

2.1 內(nèi)在因素分析

邊坡的巖土體特性直接決定了邊坡的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。邊坡根據(jù)坡體的巖土體類別可劃分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。對(duì)土質(zhì)邊坡而言，砂性土由于粘聚力小，極易發(fā)生流沙滑坡，粘聚力大的黏性土則不容易形成連續(xù)滑動(dòng)面；就巖質(zhì)邊坡而言，根據(jù)掩飾的產(chǎn)狀可分為順層巖質(zhì)邊坡和反傾巖質(zhì)邊坡。在巖石本身強(qiáng)度低或較破碎的情況下，滑坡形成的滑動(dòng)面往往沿巖石中最為薄弱的界面開展，相較逆層巖質(zhì)邊坡，順層巖質(zhì)邊坡更容易產(chǎn)生滑帶。另一方面，地質(zhì)構(gòu)造也會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生極大影響，斷層、是否處于地震構(gòu)造帶、巖體風(fēng)化程度等均是影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。隨著風(fēng)化的開展，使得巖石在表層逐漸形成節(jié)理裂隙，以裂隙為滲水通道，會(huì)進(jìn)一步增加邊坡發(fā)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。

地下水也是影響邊坡穩(wěn)定的決定性因素之一，水會(huì)直接影響巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖土體抗剪能力。隨著地下水位變化，邊坡的剪切力和法向力也會(huì)隨時(shí)產(chǎn)生變化。相應(yīng)軟弱滑裂面也會(huì)變化。

2.2 外在誘因

通過調(diào)查，在眾多的邊坡失穩(wěn)案例中，邊坡頂部不合理堆載所引發(fā)的滑坡占了相當(dāng)大的比例，如廢棄土方堆積、違規(guī)建筑物的構(gòu)建等。若建筑物位于滑體范圍內(nèi)時(shí)，其作用就是提高了滑坡的下滑力，加速了滑動(dòng)面的形成。爆破會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生具有較大的瞬時(shí)沖擊，在道路施工過程中，尤其是路塹的施工時(shí)，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用爆破手段進(jìn)行巖體開挖，爆破對(duì)于周邊巖土體會(huì)直接產(chǎn)生爆破沖擊。若對(duì)邊坡的地質(zhì)調(diào)查不夠詳細(xì)，邊坡巖層條件掌握不夠準(zhǔn)確，極易導(dǎo)致爆破位置的不當(dāng)選擇，此時(shí)，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊很容易誘發(fā)大規(guī)模的滑坡的滑塌。地震會(huì)對(duì)道路邊坡產(chǎn)生顯著影響，是否存在地震和震，地震是滑坡最大不可抗隱患，在地震影響下產(chǎn)生的慣性使得邊坡失穩(wěn)破壞常是瞬時(shí)的。降水則是道路運(yùn)營(yíng)過程中，沖刷則是道路后期運(yùn)營(yíng)過程中，影響邊坡穩(wěn)定最長(zhǎng)時(shí)間的問題，若沒有合理的邊坡排水設(shè)施，就會(huì)造成雨水和地表徑流的下滲和坡面的直接沖刷，影響巖土體的物理力學(xué)特性，造成邊坡植被的破壞和水土流失，最終造成滑坡。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

牙買加南北公路分為三段，本工程位于牙買加中部的一處。2016年5月28、29日分別下了2場(chǎng)暴雨，日降雨量分別達(dá)到49.2 mm、55.4 mm，5月30日晚上，K6+750～K6+820段邊坡自第4級(jí)平臺(tái)往下出現(xiàn)滑塌。6月1日我公司收到邊坡滑塌的消息，并組織召開了滑坡處理方案研討會(huì)，懇請(qǐng)施工單位對(duì)滑坡范圍進(jìn)行了測(cè)量，6月7日派人到JAMAICA進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘。

通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，該邊坡主要為強(qiáng)風(fēng)化安山巖邊坡，全風(fēng)化及殘積土很薄，主要分布于坡頂、邊坡的兩側(cè)部位。滑塌段樁號(hào)K6+750～K6+820，長(zhǎng)度約70 m，下大上小，上開口位于4級(jí)平臺(tái)的內(nèi)側(cè)，頂寬約2～3 m，中部滑塌體厚度為4～5 m，錯(cuò)臺(tái)高度達(dá)8 m，上部滑床為強(qiáng)風(fēng)化安山巖，滑塌體侵占了右側(cè)硬路肩和一個(gè)行車道，附近路面未見拱起，推測(cè)剪出口位于坡腳附近。

3.2 滑坡原因分析

(1)內(nèi)在因素

邊坡高度大，開挖形成臨空面；巖體節(jié)理裂縫發(fā)育，開挖后表面風(fēng)化加快；巖體風(fēng)化不均勻，軟弱夾層多。

(2)外在因素

原排水系統(tǒng)基本失效，坡面匯水無法快速排出路界：排水系統(tǒng)失效，坡面積水無法通過排水系統(tǒng)迅速排除，而在路界范圍滯留、下滲，一方面對(duì)坡面造成沖刷破壞，另一方面軟化巖體結(jié)構(gòu)面，加速巖體的風(fēng)化，增大邊坡自重，降低巖體強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，從而最終誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。降水強(qiáng)度大：項(xiàng)目區(qū)濕熱多雨。2016年5月28、29日分別下了2場(chǎng)暴雨，日降雨量分別達(dá)到49.2 mm、55.4 mm，進(jìn)而于5月30日晚上，在K6+750～K6+820段邊坡第4級(jí)平臺(tái)出現(xiàn)滑塌。因此，邊坡滑塌為內(nèi)在原因與外在誘因綜合影響產(chǎn)生的自然水毀災(zāi)害，強(qiáng)降雨是重要的誘發(fā)因素。

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析

首先結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)和《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》確定的邊坡的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)，綜合確定滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選擇代表性斷面進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，分正常工況為天然狀態(tài)下的工況，非正常工況Ⅰ為處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況， 非正常工況Ⅱ?yàn)榭紤]地震荷載狀態(tài)下的工況。三種工況進(jìn)行驗(yàn)算。

經(jīng)過參數(shù)計(jì)算，采用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算刷方后邊坡K6+800斷面的穩(wěn)定系數(shù)，并選擇尚未滑塌路段的代表性橫斷面K6+720進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，檢查附近邊坡的穩(wěn)定性。如穩(wěn)定性安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，根據(jù)計(jì)算的穩(wěn)定安全系數(shù)確定加固方案。經(jīng)過加固后，所得計(jì)算成果如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

4 結(jié) 論

隨著高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，在多種因素的綜合影響之下，邊坡防治問題逐漸成為影響道路后期運(yùn)營(yíng)過程中最為常見的問題，因此加強(qiáng)對(duì)道路邊坡穩(wěn)定性影響因素的研究以及深入研究邊坡防治措施就顯得至關(guān)重要。本文綜合調(diào)查了影響邊坡的內(nèi)因和外因，對(duì)常見的邊坡防護(hù)措施進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合牙買加南北公路對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了實(shí)際分析，對(duì)日后國(guó)外公路援建項(xiàng)目提供必要的借鑒作用。