公路高邊坡崩塌問題及治理技術

楊盛皓

一、工程概況

本項目為芒康縣曲孜卡鄉橋頭至古學組右岸路至村道路工程—扎西揚頂至古學組右岸路至村，包括2號路、4號路、6號路、12號路、綠化臨時砂處理系統等。

2#道路：永久道路，設計速度30km/h，路基寬度9.5m，路面寬度8.0m，采用水泥混凝土路面。道路長2.982km，含隧道長度0.695km/1座。2#道路開挖坡比主要為1：1，2#道路出口邊坡坡比主要為1:0.2～1:0.5。

4#道路：永久道路，設計速度30km/h，路基寬度9.5m，路面寬度8.0m，采用水泥混凝土路面。道路長2.324km，含隧道長度1.724km/1座。4#道路開挖坡比主要為1：1。

12#道路：設計速度20km/h，路基寬度8.5m，路面寬度7.5m，采用水泥混凝土路面。道路長2.661km，含隧道長度0.896km/1座。

本工程施工范圍巖體風化卸荷強，崩塌發育，在斜坡相對緩坡地帶或坡腳相對較寬的地帶易形成堆積體，存在較大安全風險，根據設計藍圖需布置主動防護網及被動防護系統防護，特編制本被動防護網施工方案。

二、崩塌模式及崩塌原因

1. 傾倒式崩塌

（1）破壞模式

傾倒破壞通常發生在河谷、垂直岸坡和峽谷中。巖石堅硬，有垂直節理。變形破壞模式為：在變形過程中，塌陷體的重心隨著塌陷體的傾斜而發生變化，導致塌陷體底部支點的應力重新分布，進而引起塌陷體底部巖石的應力邊界條件發生變化。塌落破壞形式多樣，有傾倒式破壞和傾倒壓碎崩塌。傾倒垮塌的機理是上部巖體受到風化或外力擾動，而底部巖體強度降低，在重力作用下，底部巖體受到擠壓變形，從而發生垮塌。破碎垮塌發生在具有垂直節理發育的緩傾層的硬巖體中，底層巖體相對較軟，上部巖體受到擾動或風化而落向自由面。傾倒體后緣不斷被拉開，巖體應力重新分布。當角度增大到一定程度時，下部巖體的壓力超過其抗壓強度，下部巖體被壓碎，進而發生塌落。

（2）失穩判據

①傾倒式破壞。旋轉支點的大小和位置是判斷傾倒式破壞崩塌原因的依據。其旋轉支點位于坡腳處，如圖1所示。

圖1 傾倒式破壞

首先，根據幾何知識，確定形心的坐標。也就是：

式中，Ai為正三角形或矩形除法后的面積，Xi為到X的投影長度，yi為到Y的投影長度；Atotal為總面積；當重心位置通過旋轉支點時，以裂縫寬度S作為判斷依據，即：

式中，h為崩塌體的高度。

②傾倒壓碎崩塌。根據其破壞機理，提出了以底部最大壓應力判斷其強度的方法，

式中，M為在重力G和偏心荷載下所形成的彎矩，, Mk由偏心荷載引起的彎矩。

2. 崩塌堆積

瀾滄江兩岸巖體風化卸荷強，崩塌發育，在斜坡相對緩坡地帶或坡腳相對較寬的地帶易形成堆積體，擬建公路沿線通過的崩塌堆積體共4處。堆積體的物質成分主要為花崗巖崩塊石、碎石土、粉土，結構中密—密室，表層局部有架空現象，堆積體鉛直厚度一般在5～20m不等，花崗巖崩(塊)石直徑一般在0.5～1.0m，自然狀態下，堆積體整體穩定，局部有少量塌滑。統計公路沿線的崩塌堆積體，共4處。其中＞100萬平方米的有3處，分別是DJT1、DJT8和DJT9，坡面無任何變形跡象，邊坡整體穩定，路線從崩塌堆積體坡腳通過，有少量切腳，建議做擋墻支護。DJT7崩塌堆積體規模＜100萬平方米，表層有流土、掉塊現象，邊坡整體穩定，局部失穩，沿線公路通過處建議做護坡、擋墻處理。

3. 泥石流

本項目路線位于瀾滄江右岸，有扎西揚頂泥石流溝和阿出普泥石流溝，分別編號為NSL2和NSL3，下面對這2條泥石流溝的現狀一一評估。

扎西揚頂泥石流溝（NSL2）位于瀾滄江右岸，可能影響12#道路AK0+830—AK0+990，溝道都以“V”型谷為主，分為形成區、流通區和堆積體區。流域面積5.90km2，主溝長5.40km，平均縱比降342‰，最高海拔4200m，最低點位于該溝溝道匯入瀾滄江處，海拔2355m，最大高差1845m，流域內植被較少，多基巖裸露，巖體風化、卸荷作用強。扎西揚頂泥石流溝堆積區位于瀾滄江邊寬緩的坡腳地帶，堆積區較平緩，該溝是一條老泥石流溝，歷史上曾多次發生泥石流并堆積在前緣堆積扇上，但每次發生的量都較少。溝槽兩邊主要是堅硬的花崗閃長巖，在風化卸荷作用下，形成的松散碎屑物質不多，隨溝道流水沖出，堆積在瀾滄江河邊，推測堆積扇厚度約10m，一次沖出量約15方，沖淤高度約1m。溝口為無人區，無特定的影響對象，危害程度小。

阿出普泥石流溝（NSL3）位于瀾滄江右岸，可能影響2#道路K0+200—K0+380，溝道都以“V”型谷為主，分為形成區、流通區和堆積體區。流域面積5.77km2，主溝長3.82km，平均縱比降437‰，最高海拔4200m，最低點位于該溝溝道匯入瀾滄江處，海拔2530m，最大高差1670m，流域內植被少，多基巖裸露，巖體風化、卸荷作用強。阿出普泥石流溝堆積區位于瀾滄江右岸山坡，堆積區較平緩，該溝是一條老泥石流溝，歷史上曾多次發生泥石流并堆積在前緣堆積扇上，溝口前緣堆積呈平臺。溝槽兩邊主要是堅硬的花崗閃長巖，在風化卸荷作用下，形成的松散碎屑物質不多。該泥石流溝口植被茂密，已處于衰退期，溝口因長年淤積已形成一個平臺，坡度很緩，推測堆積厚度約20～30m，推測堆積扇厚度約10m，一次沖出量約10m3，沖淤高度約0.5m。

三、高邊坡崩塌治理技術

1. 設置遮擋型構筑物

在公路的主要部分，應設置明洞或棚洞，以便在坍塌的巖石落下時，能夠通過建筑物的阻擋，或通過建筑物的翻滾而落到洞外或棚洞外。遮蔽類型的結構形式有：拱形式明洞、板式棚洞和懸臂式棚洞。在塌方和落石區內設置遮蔽結構的條件：

（1）該線路穿越埡口段或半山段，由于地質條件較差，施工難度較大。

（2）在坡度較大的地區，當隧道入口處的地質情況較差、易發生塌方時，需在入口處與長明洞連接，明洞段為隧道入口處。

（3）邊坡太高太陡，經常發生塌方，采取局部改道或刷洗邊坡的方法在技術上是行不通的；或在高陡的斜坡上有大塊危巖倒掛，易發生坍塌等情況。

針對高原山區道路冬季易被積雪堵塞、邊坡水流易被凍結的問題，提出了一種懸臂棚洞施工技術，它適合于外部無地基，內部穩定，不會發生側壓力的巖層，具有構造簡單、施工簡便的特點，同時也可避免冬季積雪堵塞。

2. 人工（或小爆破）清除

由于巖石性質的不同，該區公路邊坡上的巖石在風化作用下的卸荷量也不一樣。其中，塊狀灰巖、凝灰質砂巖、玄武巖、粉質砂巖等脆性巖石，由于其卸載能力強，坡面浮石含量低，其危巖往往具有后緣較寬、延伸較長的裂隙，且塊度較大，因此，對該類危巖的治理工作主要是以“清理”為主。但對于絹云母碳質板巖、層狀碳質粉砂巖等韌性巖體，卸荷能力不足，危險巖體多為構造面與卸荷裂縫切斷后形成的小塊體或板狀裂縫，這類巖體的處理方法應以刷埋為主。

3. 設置緩沖平臺、石槽、石堤(墻)

滑坡下設置緩沖平臺、石槽和擋土墻。擋土墻填土，減少滑坡對滑坡體的影響。該地區高速公路兩側山坡巖石節理、裂縫、風化、落石豐富且頻繁，應根據具體情況采用截流結構對路線進行側面保護。

在陡峭的斜坡下，坡度小于30度，且土層厚度大，落石高度≤60～70m，高于路基20～30m的地方，宜修建帶有落石槽的擋石墻。擋石堤用本地土質建造，橫截面為梯形，頂部寬度為2～3m。在其外部，可依據土體特性，選擇不加表層的較為平緩的、穩定的斜坡；還可利用陡峭的斜坡，并進行加固。其內部迎石坡度為1：0.75，并加以加強。

當坡度在30°以上，滾石高度在60～70m時，應在滾石上設置滾石擋石槽。擋石墻以漿體片石塊為主，擋石墻的橫斷面大小及后部墊層的填筑厚度均需依據擋石墻的強度與穩定來計算確定。

4. 支撐擋墻及護面墻

塹坡上明顯存在兩種不同的巖層，上層為堅硬節理巖，下層為軟巖。當斜率大，較低的軟巖很容易崩潰，上部分巖體坍塌落石，為保證山坡和路塹邊坡的穩定，如果在下部修筑護墻，在上部進行刷方，那么就不能確保山坡或路塹邊坡的穩定，同時，由于邊坡開挖高度增加，導致邊坡暴露范圍增加，造成大量山坡植物保護層被破壞，更不能保證邊坡的穩定性。反之，如果在斜坡上加撐擋土墻，不僅可以阻擋下層松散巖體的崩塌，而且還可以對上層的碎巖進行支護，確保斜坡的穩定性。

在容易風化的松軟巖層及碎石地層中，一般采用護面措施，以避免進一步的風化；被保護的斜坡自身要堅固；有拱形和帶肋兩種形式。對于下層巖石完好，但為保護上層建筑或穿越個別軟弱區，或為完整巖層和陡峭的邊坡，則應選用帶肋的護面。

5. SNS柔性防護網系統

此區域的滑坡巖塊多是從一號邊坡帶上掉落下來的，分布廣泛，使用水泥噴護十分困難，而且很不經濟。SNS被動防護網以允許整體結構發生部分變形與位移為特征，主要由鋼柱基礎、鋼柱、菱形鋼絲繩網、真空環、鋼絲格柵等組成。由于系統具有一定的強度和靈活性，通過對地形、巖石尺寸和地質條件的實地調查和分析后，選擇SNS被動防護網可以有效攔截高速滑坡，保護公路設施和公路運營安全。被動防護網具有安全性能好、不受地形影響、便于運輸、施工簡單、相對經濟等特點，在狹窄的場地上比傳統方法具有更大的優勢。

主動防護系統是在邊坡或危險巖石上覆蓋或包裹以鋼絲繩為基礎的各種柔性網進行防護，以限制風化作用下的巖土體剝落或破壞和危險塌岸。該系統的工作原理與噴射混凝土、土釘墻等地表邊坡防護系統類似，但由于其柔性特點，可以將局部集中負荷均勻地轉移到周圍區域，充分發揮整個系統的保護能力，即局部負荷、整體功能，使系統能夠承受較大負荷，減少單個錨桿的錨固要求。該體系具有開放的特點，可使降雨在坡地上自由排放，且無需在坡地上進行掛網，且對坡地形狀沒有特別的要求，不會影響或改變坡地原有的地貌形態及植物生長狀況，從而達到最優的防護與環保效果。SNS柔性網護坡體系因其具有材料穩定性好、安裝快速、施工簡便、易于操作、防滑坡等特點，特別適合于該區復雜的公路地形條件下應用。

四、結語

本文對公路高邊坡崩塌破壞的影響因素進行了較為詳盡的論述，并從力學機制方面對其產生的原因及過程進行了分析；在對邊坡崩塌處理的基礎上，提出了預防原理與設計方案，并結合地表加固和深層加固，有效控制邊坡穩定；結合工程實例，分析了邊坡塌方的處理和預防措施，并對后期失穩塌方的活動和動力進行了監測。實踐證明，保護效果良好，可為其他工程提供有益參考。