特殊挖方邊坡防護

【摘 要】在礦物開采或工程建設中會因需要而采取爆破或機械、人工開挖的手段來改變原有地形，此方式形成的人工挖方邊坡不具穩定性，需要進行防護措施。本文提出一種在邊坡穩定分析中快速識別開挖松弛區范圍的數值分析方法，研究開挖過程中邊坡巖土體應力重分布與應變局部化現象，并對其適用性和有效性進行了分析。

【關鍵詞】特殊挖方 邊坡 防護

引言

國內近年來就邊坡開挖松弛區或卸荷帶問題進行了研究。眾所周知，挖方邊坡穩定分析與加固設計的基礎是確定邊坡開挖松弛區的范圍，當前對邊坡開挖松弛問題的研究尚處于分別研究、各自表述的階段，仍以定性和半定量為基礎，尚需深入研究。

1挖方邊坡失穩原因分析

在山區修建高等級公路，由于地形、地質條件復雜，加之平、縱面線形標準高，高填深挖地段多，因而產生大量的人工邊坡。路塹的開挖，破壞了巖體原有的內力平衡，在不良地質條件下，邊坡就會在自然因素影響下失去穩定，產生滑坍，影響行車安全，嚴重時還會阻斷交通。在調查分析我省以及省外已建和在建公路大量失穩邊坡實例的基礎上，總結歸納起來，挖方邊坡失穩原因主要有以下幾點：①不良的水文與氣候因素。如降雨量大、洪水猛烈、植被較差、地表水排泄不暢、水土流失嚴重，邊坡上方匯水面積大、或有水渠、水庫、水稻田等長期積水設施；②不良的工程地質和水文條件。如邊坡所處地質構造復雜、巖層傾向與路基傾角較陡；巖體破碎，層理、節理、裂隙發育；有軟弱夾層、巖體松軟、風化嚴重、土質較差、土體松散，地下水位較高等；③設計不合理以及施工不當。如邊坡坡比不合理，高陡邊坡一坡到頂。排水、防護與加固措施不妥。設計中未考慮恢復植被來保持水土穩定，人為地破壞原有的平衡狀態。沒有考慮用工程防護與生物防護相結合來治理穩固新開挖的坡面。盲目采用大爆破施工、不按設計要求和操作規程進行施工，坡面凸凹不平，工程質量不合要求等。

上述原因造成了許多新開挖的邊坡坍塌、滑坡，從而嚴重影響公路的運營暢通和運輸安全，使高等級公路不能充分發揮其通行能力強的優勢。因此，對路基邊坡的穩定必須給予高度重視，除了加強排水、修筑支擋和護坡工程外，必須加快植被的恢復，保持水土穩定。

2采用綜合防護措施治理特殊挖方邊坡

隨著環境保護意識的提高，人們已經從對高等級公路邊坡采用單純的工程防護轉人了生物防護與工程防護并用，不但起到了穩定邊坡的作用，而且還降低了造價，美化了路容、路貌。植物生長形成的柔性結構使得邊坡表面土壤成為整體，保持了土壤水分和溫度的穩定，減少徑流量、降低了流速，緩和了雨水的沖擊，再加上根系和匍匐莖的束縛作用，使得土壤得以保持。

柔性邊坡擋墻治理技術是利用土工格柵的塑料工程材料，將公路邊坡表層包起來，充分利用土工網格的抗拉強度，土與網格的相互咬合摩擦作用來控制路基塌陷。柔性邊坡擋墻土工格柵的伸拉力，是通過土中鋪設網格吸收部分土體因干燥失水收縮產生的收縮應力，抑制邊坡土體開裂的寬度和深度，防止坡面產生嚴重開裂為外界環境水分入浸提供通道，從而保持邊坡土體天然含水量狀態的相對穩定。

由于邊坡失穩原因是多方面的，因此對任何一個挖方邊坡，都應深入調查研究，根據邊坡所處地段的地形、地貌、地質和水文條件等進行詳盡的勘測調查，對比地質條件等因素相似的自然山坡或挖方邊坡的穩定情況，對勘測調查資料進行綜合分析，本著因地制宜、經濟適用、預防為主、防治結合的原則，從設計入手，確定一個合適的坡比，保證其在不受水或者其它沖擊力的作用下基本穩定。再考慮其受到外來力的侵蝕時可能發生的破壞，依實際情況酌情處理。

對于挖方邊坡基本穩定，又適宜植草、灌木或經人工邊坡土質改良可以植草、灌木的邊坡，可以在修筑必要的支擋、清理危巖、危石、坍方、修建坍落臺，處理好排水，修筑匯水溝、天溝、截水槽、擋水壩等工程措施條件下，加上植被防護，剛柔相濟，能夠起到很有效的防護效果。由云南省公路科研所和交通部科學信息研究所共同承擔的以昆曲高速公路為依托工程進行的/云南山區高等級公路邊坡生物防護技術研究的課題研究，較好地采用了工程防護和生物防護相結合來治理挖方邊坡。

采用擋墻及漿砌片石護坡腳，再用菱形方格網穩固邊坡上部，邊坡成型后沒有及時植草，僅經過兩場雨就形成了多條沖溝，有的菱形方格網被沖得完全裸露，瀕臨倒塌。只靠設低擋墻、漿砌護面等工程防護措施，并不能防止坡面沖刷，仍會形成沖溝、坍落，而在工程防護的基礎上再加上生物防護，就更好地保持了水土穩定，固土護坡作用更好。如設計時就把二者結合起來考慮，邊坡成型后立即植草，則費用更低、效果更好。

在大面積高陡破碎、風化巖層坡體上設錨桿掛鋼筋網噴C20混凝土護面保護層，增加坡面巖體的整體強度。沿坡頂至護坡體四周漿砌片石截水溝，以截斷和疏干坡面流水，防止雨水侵入和沖擊坡體。在坡體兩側未噴射處治的坡面上采用生物防護植草護坡，以防水土流失。碎落臺用青磚砌筑花池種植攀緣植物，減少日光和雨水對坡面的曝曬沖刷，減緩坡面混凝土收縮，同時綠化美化了環境。

利用工程防護與生物防護共同治理挖方邊坡，均收到了良好的效果，是一種經濟適用的方法。對于治理挖方邊坡我們總的原則是必須采取經濟適用、能固土護坡的方法進行坡面防治。采用植被防護必須在邊坡基本穩定的基礎上使用。在邊坡不夠穩定地段，需要有工程防護相結合，采取綜合治理措施。

3特殊挖方數值模型與計算參數

開挖松弛區內巖土體經歷較為復雜的應力重分布過程，其內部存在的微裂紋、微孔洞以及顆粒邊界產生局部拉、壓、剪應力集中，當應力集中值超過此區域的材料強度時，這些微小裂隙和孔洞便會不斷地擴展和相互連接，導致巖土體有效承載面積變小，強度降低，逐步形成一條或數條發生劇烈變形的帶狀區域，稱之為剪切帶，也即所謂應變局部化過程。開挖坡面附近一定范圍內應力水平急劇降低的區域，邊坡巖土體在開挖

坡形改變和開挖過程擾動的共同作用下產生應力重分布。這一過程宏觀上表現為裂面張開及擴展、邊坡卸荷回彈、新裂隙萌生、巖土體松動、滑移面形成，以及邊坡局部或整體破壞解體等演生破壞結果。

下面例概化工程地質模型以典型花崗巖類土質挖方高邊坡為例，并進行有限單元網格離散（圖1），研究邊坡剪切帶發育過程逐級開挖過程中應力重分布。

圖1 邊坡開挖有限單元離散圖

該計算模型為開挖坡率為1：1.0，坡高64m的邊坡，采用2000個三角形等參單元離散而成，材料模型為Mohr—Coulomb彈塑性模型。有限元計算模型基于以下假定：（1）遵循二維平面應變假定；（2）不考慮節理和地下水影響；（3）采用強度折減法計算安全系數；（4）邊坡場區受自重應力場控制。主要邊坡開挖參數按巖土工程試驗參數并結合貴州市工程建設地方標準《巖土工程勘察規范（DBJ10-83-2010）》推薦的“強度指標”綜合選取（圖2）。

圖2 邊坡開挖參數表

4結語

要根本解決挖方邊坡的水土保持問題，必須從排除水患及其它外部因素開始，除了解決雨水沖刷和風華作用外，還要修筑邊坡內、外支承物來確保邊坡大體穩定。用紙杯防護結合必要的網狀排水系統，能夠有效提高特殊挖方邊坡的防護效力，保障經濟和社會利益。

【參考文獻】

[1]李海光.新型支擋結構設計與工程實例[M].人民交通出版社，2004：7-9

[2]周德培，張俊云.植被護坡工程技術[M].人民交通出版社，2003：16-18

[3]周德培，張俊云.植被護坡工程技術[M].人民交通出版社，2003：23-25