西部山區公路邊坡失穩研究與治理方案

仇義中

在我國西部地區,尤其是西南地區,青藏高原隆起造成了其周邊特殊的地形地貌條件、構造條件,強烈的新構造運動和特殊的氣候環境,為崩塌、滑坡和泥石流的發生提供了條件。地理地質條件的復雜性和區域巨大的差異性,使得地質災害引起的問題越來越嚴重和復雜。對公路邊坡進行研究,制訂相應的處治措施,具有十分重要的意義。

1 公路邊坡特點

根據對不同類型邊坡變形破壞機制的分析,進行滑坡(邊坡)穩定性分析,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,水電邊坡規模大,但災害點少;公路邊坡規模比水電邊坡小,但為線性工程,點多面廣。第二,水電邊坡地質資料豐富、詳細,地質信息較完備;公路邊坡地質資料則較少,地質信息很不完備,且地形、地質條件差異大,邊坡條件復雜多樣。因此,上述邊坡變形破壞機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。如何根據公路的特點,研究總結邊坡變形破壞機制、探索邊坡變形破壞機制的研究方法,將是邊坡加固研究的重點。

2 公路邊坡調查研究方法

對于公路邊坡的研究思路,可以參照以下程序進行：現場調查與試驗→調查資料的整理與分析→典型邊坡物理模型試驗→邊坡穩定與變形模擬試驗→邊坡破壞機制分析與加固處治。

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

3 公路邊坡失穩的誘發因素分析

3.1 邊坡失穩的外部因素

引起邊坡失穩的外部因素有以下幾個方面：降雨時的滲水浸泡,地下水位升高,引起的巖石力學強度指標降低;邊坡開挖或超挖改變了邊坡形態,破壞了原巖體的力學平衡條件,又未能及時加固補強;人類活動的影響,包括施工用水、動荷載、爆破擾動、生態環境的破壞以及地震影響等;施工過程中,臨時性附加荷載增大。

據統計,引起邊坡失穩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占90%以上。而堆載和雨水沖刷所占比例較少。因此,要進行合理的邊坡開挖,邊坡開挖過程中和邊坡形成后,應采取有效的防水和排水措施。

3.2 邊坡失穩的主要內因

影響邊坡失穩的內部因素主要有以下幾個方面：1)在一定深度范圍內存在軟弱結構面。其抗剪強度較小,當底部開挖后支承力減小,加之水的作用降低了滑動面的抗剪強度,因而容易造成邊坡失穩。2)開挖過程中由于應力重新調整,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,巖體質量較好,尚未進入塑性狀態,但圍巖總要產生一定量位移,這也將影響建筑物的正常使用。

總之,導致邊坡失穩的原因是多方面的,邊坡的環境地質條件是其主要內因,對穩定性問題認識不足、邊坡設計不合理、加固措施和施工工藝不當、施工質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：包括擋墻及護坡、抗滑樁、滑動面混凝土栓塞、錨桿及預應力錨索。在直接加固法一類技術措施中,錨桿、錨索最具發展潛力。目前,盡管已對巖土錨固機理及其設計方法進行了多方面的研究,但仍有很大問題有待解決,主要表現在：a.錨固段的受力情況及應力分布;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,壓力灌漿發展十分迅速,發達國家對灌漿技術的開發研究十分重視,并已經達到了相當高的水平。

統計表明,西部山區公路邊坡主要采取以下治理措施：1)改變邊坡幾何形態,提高邊坡的穩定性。主要包括：消減推動滑坡區的物質,對于巖質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的邊坡巖土體;反壓增強滑坡穩定區的物質;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)支擋結構物。采用的支擋結構物有重力式擋土墻、抗滑樁、現澆混凝土連續墻、加筋土擋墻、巖石坡面防護網等。4)邊坡內部加強。采用內部加強的主要措施有巖石錨固、土錨釘、預應力錨索、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措施,是整治工程能否達到預期目的的關鍵。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和錨固的特點共同決定的。由于邊坡的有效整治既要基于對邊坡的穩定性、失穩滑坡形成條件、發生原因、變形破壞機制、幾何邊界條件(可能的滑動面、滑動面的埋深和形狀)和運動過程穩定性現狀等的正確認識,又要通過各種可能采用的整治方案的技術經濟比選之后確定是繞避或治理,所以大型邊坡整治工程的實施一般經過勘察、設計、施工、維護(監測效果)等階段,逐步查明原因、機制,選擇可能方案,論證各種方案的可行性并選定處理方案,施工并監測治理效果[2,3]。地質勘察資料的準確性、設計方法的正確性、施工技術的可靠性、使用維護的合理性,是減少災害誘因、保證治理效果的必要條件。同時,由于邊坡本身有許多不確定性因素,所以設計應有一定的靈活性,給監測和施工驗證后修改設計留有余地。

5 結語

公路邊坡治理工程是一個復雜的巖土工程,不只體現在支擋工程本身,根本在于對地質體的認識。因此,需要查明邊坡體穩定性的主要控制因素,借鑒新理論和新方法,認清邊坡體變形破壞機理,研究其可能的破壞方式,提出有效的穩定性評價方法,設計出合理的邊坡,制定合理的治理方案,從而為公路邊坡失穩的綜合防治提供依據。

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

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

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

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