高邊坡設計與加固問題研究

張 杰

（廣東盛翔交通工程檢測有限公司，廣東 廣州 511400）

高邊坡是多種地質災害與工程事故的主要原因，因此一直可以得到地質工程、公路建設等領域的高度重視。在近些年來的研究中，我們國家已經掌握了較多高邊坡的防治方法，積累了較多的成功經驗，在高邊坡加固治理中取得了很大的成效。但總的來說，高邊坡設計與加固工作會涉及較多的專業知識且會受到多種因素的影響，這加大了高邊坡設計與加固的難度。為此，深入分析研究高邊坡設計與加固的相關要點知識十分必要，需要給予高度的重視。

1 高邊坡穩定性的影響因素

高邊坡穩定性極易受到很多因素的影響，主要有土質邊坡、巖質邊坡穩定性、地質構造、自然環境這四個方面的因素。圖1為典型的高邊坡。

圖1 典型高邊坡

從土質邊坡這一方面來說，如果土坡的原有狀態發生了變化，勢必導致原有土層結構的平衡被打破，地質災害和地震爆破也會導致高邊坡穩定性受到影響。另外，在靜水力或者含水量這些因素的影響下，土坡結構的抗剪強度會發生變化，且此時土坡會受到測壓應力的影響，土體結構同樣會發生變動。除此之外，當地下基坑或者水壩對邊坡中的滲流力形成影響作業時，高邊坡易出現失穩的問題。

從巖質邊坡穩定性這一角度來說，其中的影響因素主要有兩類，一是原有地形構造對坡體形成影響，尤其是山區的地形構造更容易對坡體形成影響。二是當夾層順向坡因為穩定性不足時會出現滑移，這容易導致坡體出現崩落和熔隙，此時整個坡體結構會出現扭曲和壓裂等現象。除此之外，在受到砂泥巖和膨潤土等因素的影響時，例如在受到膨潤土的影響時，坡體會很容易便出現失穩變形等現象。

從地質構造這一角度來說，可以分為順向坡、反向坡和切向坡這三種情況。當坡體的層面結構更加傾向于河流或者湖泊時，則很容易出現順層失穩和變形。如果地層的層面和山體相接近，并傾向于山體方向，則同樣會出現坡體失穩和變形的問題。在切向坡這一種情況中，坡體的變形和失穩會直接受到坡體同層產狀之間的構造關系，滑動面會很容易出現在層面、節理面、不整合接觸面的軟弱面上。

從自然環境這一角度來說，對高邊坡穩定性影響最大的自然環境因素包括地下水、氣候因素、地震和其他因素。當有過多的雨水滲入裂隙中時，坡體和巖土的單位體積重量不僅會增加，而且剪應力也會隨之增大，巖土和坡體空隙的水壓力會不斷增加。在氣候因素方面，主要受到降雨量這一因素的影響，當有較大降雨量時坡體質量會增加，極易出現坡體失穩和凍融這兩種問題。地震因素也會對高邊坡穩定性造成較大的影響，當發生地震災害時坡體結構會變得更為松動，此時出現弱面錯位的風險更大，高邊坡穩定性隨之降低。

在實際開展高邊坡設計工作時，要對高邊坡穩定性有一個翔實的評價，結合實際情況來開展針對性的設計。從當前高邊坡穩定性的研究來看，可以將高邊坡穩定等級劃分為四種，一是基本穩定邊坡，二是穩定邊坡，三是欠穩定邊坡，四是不穩定邊坡。表1是高邊坡的穩定等級的詳細說明。

表1 高邊坡的穩定等級

2 高邊坡設計問題與要點

在高邊坡設計過程中，要重點考慮的內容包括三點，一是高邊坡穩定系數與安全系數，二是理論破裂角，三是力學參數選擇。

分析高邊坡的穩定系數與安全系數，要對有關的參數和規范有深刻的理解。例如穩定系數可以反映出高邊坡穩定狀態，在確定穩定系數時要始終以我們國家巖土勘察的相關規范作為依據，如果重點工程則穩定系數要確定為1.30～1.50，一般工程的取值是1.05～1.15，而普通工程的取值為1.15～1.30。在確定安全系數時，如果甲級工程則安全系數要設定為1.25，乙級工程設定為1.15，丙級設定為1.05。邊坡安全系數分為輕微危險、低危險和高危險，來分別取安全系數為＞1.0、＞1.1、＞1.2。在理論破裂角的確定過程中，可以分為兩種來考慮，一種是巖質邊坡，另一種是土質邊坡。在土質邊坡的理論破裂角計算中，待確定出巖土界面坡角平均值后，再去預估坍滑區[1]。在計算巖質邊坡理論破裂角時，不需要計算外傾的結構面，一類巖體通常設置為75°。在選擇力學參數時，需要通過原位試驗來確定出抗剪強度指標，在確定巖體內的摩擦角時，要通過標準內摩擦角與裂隙發育相乘后的折減系數來確定。

在高邊坡的施工設計中，要遵循一些特定的原則與要點，主要包括四點。一是在整個高邊坡項目設計之初，設計人員要做好現場情況的調查分析，確定出高邊坡施工的相關注意要點，制定施工方案，既要確保施工方案可以保證高邊坡防治質量，也要控制施工現場變形問題的發生。二是結合項目區特點來確定施工線與施工點，避免出現施工點偏移問題。三是考慮到高邊坡施工所處的環境較為惡劣和復雜，在施工過程中會受到較多因素的影響，為避免風險因素的出現，要對施工方案作不斷的完善，確保高邊坡施工的有效開展[2]。圖2為高邊坡現場施工。

圖2 高邊坡現場施工

3 高邊坡的加固設計原則與方法

3.1 高邊坡的加固設計原則

在確定高邊坡的加固設計方案時，要重點做好坡面變形的加固設計，分成不同的類型去考慮。在沒有經過風化的巖體中，如果巖面噴漿可以得到防護，則高邊坡的坡率要控制在0.25～0.5；如果巖體存在微風化問題，則可以考慮開展掛網噴漿的防護，將高邊坡的坡率控制在0.25～0.5；若巖體的風化程度較高，則可以考慮使用護面墻這一種防護方式，將高邊坡的坡率控制在0.5～0.75，并且可以使用草皮或者巖面的植物來進行防護；如果巖體的風化程度較為嚴重，則可以使用加厚的拱型骨架來加以防護，將高邊坡的坡率控制在0.75～1.0，還可以考慮使用草皮和三維網的植物來防護[3]。

除此之外，在高邊坡的加固設計中，還需要嚴格遵循一點原則，即“固腳強腰”。在固腳處理中，要有效控制高邊坡整體穩定性，而潛在滑面基本位于坡體的下部，通過將加固部位設置在此處可以起到最大限度的支擋作用，同時可以明確潛在滑面位置，對提升整個高邊坡穩定性有十分大的裨益。在強腰處理中，為最大限度地防止高邊坡的部位出現失穩問題，需要在高邊邊坡的中部進行支擋加固。需要特別注意一點，在采取支擋加固措施時要充分了解高邊坡上部的邊坡穩定性，考慮整個高邊坡的局部穩定性。分層加固也是高邊坡加固處理中應該重點做好的一項工作，設計人員需要結合實際情況將高邊坡的潛在滑體分為三個層次，即淺層、中層和深層。在實際加固處理時，要考慮不同層之間的加固因素，確保各層之間可以相互協調，有效確保各級邊坡在加固處理后可以達到預期設計要求。在長期的實踐過程中發現，在高邊坡加固處理中通過嚴格執行“固腳強腰”和分層加固這樣的原則，高邊坡穩定性可以大大提升，應用優勢十分顯著，可以大范圍推廣應用。

3.2 高邊坡的加固設計方法

對高邊坡的加固工作來說，在確定設計方法時要考慮高邊坡穩定性和等級標準，并對多種設計方法加以評選，最終確定出加固設計方法。對高速公路的高邊坡加固來說，需要進行動態的設計加固，穩定邊坡系數要始終控制在1.2以上，不需要進行加固支擋，此時高邊坡的坡體可以保持穩定。而對不穩定的高邊坡來說，其穩定邊坡系數不足1.0時則需要進行支擋的加固施工，也可以考慮使用放緩邊坡坡率的方式。除此之外，為了更好地提升高邊坡的穩定性，可以將支擋加固方式與邊坡放緩方式結合起來，確保穩定邊坡系數可以在1.2以上。如果在高邊坡的加固設計過程中發現穩定性不足，穩定邊坡系數在1.0～1.2，雖然不使用支擋方式和加固方式均可以保證高邊坡的穩定性，但需要注意一些風險因素的影響。因此，在處理這一種情況時，盡量去進行支擋和加固，始終將穩定邊坡系數控制在1.2以上。

4 高邊坡加固的措施

4.1 使用抗滑樁

抗滑樁也稱為錨固樁，是一種可以有效承受荷載柱形的支撐件。在實際應用時，抗滑樁可以將坡體力傳遞到巖體和樁下土體，邊坡的穩定性可以隨之提升。在近些年的發展中，抗滑樁多使用鋼筋混凝土樁和鋼樁，均有較好的應用效果。在施工時可以采取打入式、人工成孔和機械成孔這三種方式[4]。

4.2 格構加固

在格構施工中，所采用的材料主要是空心磚、毛石、卵石，在人工的坡面要做好開挖工作，在后續的漿砌或干砌中可以使用采取菱形與正方形，中間部位可以種植灌木或草。總的來說，格構加固在實際應用中有較好的優勢，在混凝土和漿砌塊石的支持下，可以很好地達到邊坡保護的目的。值得特別一提的是，格構加固技術本質上是將兩種方式綜合應用，包括格構梁和錨索，因此這一種技術既能考慮到深層加固的需求，也可以實現邊坡治理的目標。

4.3 噴錨網的支護應用

目前來看，所使用的噴錨網支護技術通過綜合應用多種構件，可以實現很好的支護效果，尤其是在應用混凝土、錨桿和鋼筋網后，支護效果可以大大提升。就噴錨網的應用原理來說，在巖體內按照實際情況來分布錨桿，并確保錨桿可以與巖土體形成一個復合體，以此增強巖土體的強度。通過這樣的設計，巖土體自身結構的一些功能可以得到實現，高邊坡的穩定性可以大大提升。除此之外，通過在高邊坡的坡面設置混凝土與鋼筋，可以大大降低坡面的變形風險，并且巖土的黏結性可以得到很好地提升，有助于坡面形成一個整體。在此基礎上應用鋼筋網，可以確保錨桿、混凝土、鋼筋網這三者的應用優勢均發揮出來，這對提高巖土體的強度有重要的意義。

4.4 邊坡綠化與邊坡防護

邊坡綠化與邊坡防護均在高邊坡加固中有著較好的應用效果，但兩者在實際應用時有一定的差異性，需要結合實際情況去合理選擇。就邊坡綠化這一方式來說，屬于一種生態護坡加固方式，與掛網、鋼筋錨桿支護、格構結合使用時，能最大限度地實現坡面的生態植被恢復與防護。另外，邊坡綠化這一方式能夠改善護坡的景觀環境，這對于生態文明建設的推進有十分大的裨益。需要特別注意一點，必須要結合實際情況去采取工程措施，確保植物基質能夠很好地附于坡面，發揮好植物措施與工程措施的最大優勢。目前來看，邊坡綠化這一方式廣泛應用在高速公路、公園、礦山、河道等的邊坡加固中，應用效果顯著。

邊坡防護主要有兩種方式，即坡面防護和支擋結構防護，其中坡面防護較為常用。在坡面防護中，主要有錨噴網護坡、噴混凝土、漿砌片石護墻、錨噴護坡，有著足夠的穩定性。而對于支擋結構防護來說，可使用的類型也是較多的，當前廣泛使用的主要有三種，一是抗滑樁，二是錨桿擋墻，三是擋土墻。這些支擋結構不僅可以起到防護的效果，而且具有加固坡體的功能。邊坡護面墻可以有效起到防止繼續風化的效果，多用于在千枚巖、云母巖、綠泥片巖的巖石地段，在當前的邊坡防護應用中，主要是應用在防護長度較大的河段，可以去修筑丁壩、順壩和格壩。

4.5 注漿加固技術

注漿加固技術在高邊坡加固中有較為廣泛的應用且這一種所取得的加固效果十分穩定。在注漿加固技術的應用中，需要根據氣壓、電學、液壓等方面的知識，將巖土體固結漿液灌注到巖土體的孔隙中，如果發生裂縫，則會破碎，以此形成一種新結構體，這一種新結構體有較高的強度和抗滲性能，巖土體力學性能可由此而改變。表2是注漿加固技術應用時的方案設計。

表2 注漿加固技術應用時的方案設計

4.6 高邊坡加固案例

某項目的自然斜坡坡度達到22°～33°，坡體頂部的地形是較為平緩的，坡體主要由厚約8m左右的第四系坡殘積層粉質黏土和下伏板巖構成。在實地調查中發現，巖體結構已經被完全破壞的全風化板巖厚約20m，極為破碎的強風化板巖厚可以達到25m。可以說，這一邊坡高度大，屬于一種特高邊坡，需要將坡體的安全系數取為規范的上限值，同時嚴格遵循“固腳強腰”和分層加固的原則。除此之外，坡體的巖性較為松軟，坡體的穩定性極易受到影響，所以要考慮在高邊坡的適當部位設置寬大平臺，這樣可以解決掉坡體應力集中的問題。需要注意一點，當坡體所處位置有較大的降雨量時，不僅需要去設置平臺截水溝，而且需要設置長度較大的仰斜排水孔，確保可以有效疏排地下水。在應對巖土體性質時，可以遵循“固腳強腰鎖頭”這一原則，設置鋼錨管和錨索進工程，但必須保證抗剪能力足夠。如圖3，高邊坡預應力錨索加固處理。

圖3 預應力錨索加固處理

5 結語

在高邊坡的設計與加固中需要綜合考慮多方面因素，結合實際情況去設計高邊坡加固方案與施工技術。目前所使用的抗滑樁、噴錨網、注漿加固技術在應用中雖然可以取得了較好的效果，但也存在不足之處，無法確保高邊坡加固質量。針對此，在后續的研究中仍然要重視高邊坡的設計與加固，掌握更多高邊坡加固的專業技術，增強高邊坡加固質量。