道路邊坡的滑坡因素分析和防治措施

嚴(yán) 紅,吳曉旭,魏國容

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610081）

道路邊坡的滑坡因素分析和防治措施

嚴(yán) 紅,吳曉旭,魏國容

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610081）

劃分了道路邊坡類型并分析了其特點，探討了各類邊坡滑坡的影響因素及影響機理。通過對現(xiàn)有道路邊坡的滑坡類型分析，提出了防止邊坡滑坡的設(shè)計方法和原則，并從表層邊坡防護(hù)和深層邊坡加固兩個方面，提出了防治措施及技術(shù)要點，以提高道路邊坡穩(wěn)定與安全性能。

道路；邊坡穩(wěn)定；滑坡；因素分析；防治措施

0 引言

我國近年來經(jīng)濟大力發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，使得交通運輸業(yè)廣泛興起，從而促進(jìn)著資源的重新整合、社會與經(jīng)濟的交流。在交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)基本健全的情況下，為了進(jìn)一步促進(jìn)我國東西部發(fā)展平衡，實現(xiàn)中部地區(qū)崛起，就需要在這些偏僻區(qū)域進(jìn)一步建設(shè)公路工程，促進(jìn)各類資源的交流與溝通。這些地區(qū)建設(shè)公路基礎(chǔ)設(shè)施的難點在于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，為了滿足路線規(guī)劃的要求，道路建設(shè)往往需要挖方、填方或者直接圍繞山體建設(shè)，使得高邊坡變成道路建設(shè)的常態(tài)問題[1]。

高邊坡均有諸多安全隱患，其中影響最為惡劣和嚴(yán)重的就是滑坡風(fēng)險，這種風(fēng)險事態(tài)始終是存在的，但其發(fā)生概率則依賴于邊坡巖土特性、外界荷載因素和地下水系發(fā)展等因素，而且這些因素在道路運營中處于不斷變化的過程[2]，因而，需要很好地評估高邊坡道路的運營安全，爭取在施工中做好防護(hù)措施，以防道路運營中出現(xiàn)滑坡病害，不僅造成道路癱瘓，還會形成人員傷亡等事故，形成不良社會影響。

論文首先分析道路建設(shè)所形成的高邊坡類型和特點，通過高邊坡特征分析，明確邊坡滑坡的影響因素，并對各種影響因素進(jìn)行細(xì)致討論和分析；最后，提出邊坡滑坡防治措施及技術(shù)實施要點，保障道路邊坡的穩(wěn)定性，提升其運營質(zhì)量。

1 道路邊坡類型及其特點

道路建設(shè)所形成的邊坡類型主要為自然邊坡和人工邊坡，主要是按照其成因進(jìn)行分類。

1.1 道路自然邊坡

道路建設(shè)中由于路線規(guī)劃要求，部分區(qū)域會繞著高大山體進(jìn)行修建，使得道路周邊就是自然的山坡和谷坡。自然邊坡是由于地殼自然運動形成，例如地殼的隆起或者下陷形成邊坡，這類邊坡往往處于侵蝕基面以上，且處于不斷的侵蝕過程中，因此自然邊坡的穩(wěn)定性能也是隨著地殼運動在不斷地變化，例如表面的風(fēng)化、解體作用，內(nèi)部的基巖運動以及滑塌等，自然邊坡形成的滑坡往往危害很大。

1.2 道路人工邊坡

人工邊坡是道路建設(shè)中又一常態(tài)問題，為了滿足路線建設(shè)和規(guī)劃要求，需要在高程不滿足要求的區(qū)域進(jìn)行挖方和填方處理，深挖方所形成的就是高挖方邊坡，而深填方所形成的就是高填方邊坡，到填方邊坡由于路基的分層填筑過程具有嚴(yán)格地要求，因此其發(fā)生邊坡滑塌的風(fēng)險不大；但挖方所形成的高邊坡問題，由于受到開挖影響，邊坡的穩(wěn)定性能存在很多不確定因素，而這也往往被設(shè)計與施工所忽視。

2 道路邊坡的滑坡因素分析

無論是自然邊坡還是人工邊坡，巖土特性、地質(zhì)構(gòu)造和地下水分布往往造成道路滑坡的內(nèi)在因素，而邊坡堆載、爆破、雨水沖刷則是外在的誘因。

2.1 內(nèi)在因素

巖土特性直接決定了邊坡穩(wěn)定性：對于土質(zhì)邊坡，砂土容易流沙滑坡而黏性土的粘聚力較大不易產(chǎn)生破壞；對于巖質(zhì)邊坡，如若巖石自身強度不高，形成不連續(xù)，存在破裂等軟弱層，則破壞往往是巖石最弱連接界面展開，順坡向?qū)訝顜r層容易產(chǎn)生剪切型破壞，碎裂散狀巖層則易形成滑動型破壞。

地質(zhì)構(gòu)造同樣對道路邊坡產(chǎn)生顯著影響，是否存在地震和震動、巖土風(fēng)化狀況及出露位置等是關(guān)鍵因素，地震和震動是最大的安全隱患，受地震作用的慣性力作用，邊坡的失穩(wěn)和破壞往往是瞬時的。此外，巖土表面的風(fēng)化情況，使得邊坡在表層形成節(jié)理裂隙，引導(dǎo)地下水滲入從而進(jìn)一步加大邊坡的滑塌風(fēng)險。

地下水由于直接影響巖土的基本物理特性和力學(xué)特性，因此是邊坡滑坡的主要影響因素。隨著地下水位的變化，巖土的剪切力和法向力在變化，相應(yīng)的最弱破壞面也在不斷地變化，如果邊坡中某些微裂縫存在，則地下水的存在嚴(yán)重削弱結(jié)構(gòu)抗力，并形成靜水壓力增加裂縫的開展，從而可能形成連續(xù)的破壞面。

2.2 外在誘因

邊坡不合理的堆載會誘發(fā)邊坡的失穩(wěn)，從諸多邊坡滑塌事故的調(diào)研就顯示，由于在邊坡上的不合理堆載，例如廢棄土渣，當(dāng)邊坡上的堆載荷載處于滑動面以內(nèi)時，其作用就是增加滑動外界力，加大了邊坡滑動面的形成，引發(fā)滑動失效。

爆破具有極大的瞬時沖擊效果，為了進(jìn)行巖體的開挖，形成挖方路基，往往需要借助爆破手段。如果對邊坡巖層掌握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致爆破位置選取不當(dāng)，很容易引發(fā)大面積的滑塌，不僅威脅施工人員安全，同樣需要較大的代價進(jìn)行后期的邊坡整治，爆破常見于邊坡施工中，同樣需要引起注意。

雨水沖刷則是道路運營中的長時間作用問題，如果邊坡雨水排泄不合理，雨水的滲入和長久沖刷會削弱巖土特性，破壞邊坡植被，造成水土流失，進(jìn)而引發(fā)邊坡滑坡風(fēng)險。

3 道路邊坡滑坡類型及防護(hù)設(shè)計原則

3.1 道路邊坡滑坡類型及特征

基于對道路邊坡滑塌事件的調(diào)研總結(jié)，其滑坡破壞型式主要有平面破壞、鍥形體破壞、圓弧破壞和傾倒破壞四類，見圖1。

圖1 道路邊坡滑坡類型示意圖

平面破壞是巖土沿著一個節(jié)理面、斷層或者層面，發(fā)生整體的錯動下滑。這類破壞一方面對于巖層或者土層有軟弱平面下臥層，則會沿著軟弱下臥層直接發(fā)生整體平面破壞；另外，對于巖層而言如果其節(jié)理面與邊坡傾向一致，且節(jié)理面的傾向角小于邊坡角而大于其摩擦角，則同樣很容易發(fā)生這類的平面破壞。

鍥形體破壞則是邊坡中有兩組結(jié)構(gòu)面與邊坡斜交，且相互斜交形成鍥形體，這類破壞也主要針對巖質(zhì)邊坡。當(dāng)兩個結(jié)構(gòu)面的組合交線與邊坡傾向一致，且傾角要小于坡面角并大于其摩擦角，則也容易發(fā)生此類的破壞。

圓弧形破壞則整體是驗證圓弧形面形成山體滑坡，一般是土質(zhì)邊坡或者巖性較差的巖質(zhì)邊坡，其破壞機理是巖土的摩擦角與粘聚力形成的圓弧表面形成最弱層面，在長期作用下形成的滑坡現(xiàn)象，此類滑坡問題也是剪切型破壞。

傾倒性破壞則是巖層面非常陡時，直接發(fā)生傾倒破壞，主要是重力作用大于巖層面之間的摩擦效應(yīng)，使得發(fā)生一次性傾倒破壞。

3.2 道路邊坡防護(hù)設(shè)計原則

顯然，道路邊坡滑坡所形成的危害和影響是較為嚴(yán)重的，不僅對道路的運營形成安全威脅，還會有相關(guān)的人員傷亡，以及因為道路癱瘓及中斷所引起的經(jīng)濟損失和社會影響，因而需要在施工過程中，盡可能詳細(xì)考慮道路邊坡的不穩(wěn)定因素，防止滑坡發(fā)生，提高運營質(zhì)量。

道路邊坡的防滑坡設(shè)計需要遵循一定的原則，首先，應(yīng)該以就地取材、以防為主、方便施工的原則制定防護(hù)方案。防護(hù)方案充分利用建造區(qū)域的材料和措施，以避免產(chǎn)生邊坡滑塌為主要設(shè)計導(dǎo)向，同時方便施工，減少建造成本。其次。深度調(diào)研，制定科學(xué)防護(hù)方案。防護(hù)方案的確定應(yīng)該以實際地形、地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，同時需要掌握建造區(qū)域的實際環(huán)境特性，科學(xué)選擇材料、工藝和建造工法，不可隨意減少必要的防護(hù)措施，也沒必要進(jìn)行非常片保守的設(shè)計。最后，內(nèi)因和外因同時治理。引發(fā)邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在因素如巖土特性差、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜處于斷裂帶、地下水發(fā)達(dá)等，需要進(jìn)行必要的巖土加固、地下水排放等；同時，也需要特別關(guān)注外在因素如堆載、爆破、雨水沖刷等，避免滑動面內(nèi)的堆載，爆破選擇適宜的途徑和位置，建造完成后進(jìn)行邊坡表面排水防護(hù)等。

4 道路邊坡滑坡防治措施與技術(shù)要點

根據(jù)前述分析，道路邊坡滑坡的防治需要從內(nèi)因和外因兩個層次實施。針對外因如堆載、爆破和雨水沖刷等，需要采用表層防護(hù)措施，針對內(nèi)因如巖土特性、斷裂帶、軟弱層等，需要采用深層加固防護(hù)措施。

4.1 邊坡表層防護(hù)

邊坡的表層防護(hù)主要是對坡面進(jìn)行處理，穩(wěn)定坡面巖土，避免因坡面巖土風(fēng)化以及雨水沖刷引起的滑坡病害。常見的坡面防護(hù)措施包括植物防護(hù)、工程防護(hù)和排水截水三類。

植物防護(hù)就是通過種草、鋪設(shè)草皮或者種植樹木的方式對邊坡進(jìn)行覆蓋，利用植物的根系達(dá)到穩(wěn)定加固邊坡的效果，一般是針對土質(zhì)邊坡進(jìn)行。植物防護(hù)的要點是選擇適宜當(dāng)?shù)厍胰菀状婊畹闹参镞M(jìn)行種植，植物防護(hù)不僅能夠穩(wěn)定加固邊坡，還能吸收公路車輛尾氣，凈化和美化環(huán)境。

工程防護(hù)是通過人工建設(shè)框架梁、噴漿、坡面護(hù)槽等混凝土或者漿砌塊石坡面結(jié)構(gòu)，在邊坡上形成坡面固定骨架，以提高邊坡的表面粗糙系數(shù)，減緩水流，穩(wěn)定邊坡。

表層防護(hù)和工程防護(hù)往往伴隨采用排水和截水溝，由于雨水對邊坡巖土特性的顯著影響，必須控制雨水浸入邊坡的含量，因而往往需要在邊坡頂部設(shè)置截水溝，將水流引出邊坡范圍之外；為了降低雨水對邊坡巖土的浸泡效應(yīng)，需要在坡面和坡頂設(shè)置排水溝。

4.2 邊坡深層防護(hù)加固

有些邊坡的滑坡風(fēng)險很大，采用表層防護(hù)不能完全解決該風(fēng)險事件的發(fā)生，因此需要進(jìn)行深層次的防護(hù)加固，主要有力學(xué)加固方法和化學(xué)加固方法兩種。

力學(xué)加固方法是通過土釘、錨桿、錨索等外在措施，將軟弱巖層通過力學(xué)轉(zhuǎn)移措施固定到穩(wěn)定巖層上，或者采用管樁和擋土墻等構(gòu)造直接將邊坡進(jìn)行穩(wěn)定，從而將邊坡與更穩(wěn)定的基礎(chǔ)連成整體，降低邊坡滑坡的風(fēng)險，采用管樁加固和擋墻加固措施（見圖2）。力學(xué)加固需要合適的設(shè)計錨桿或者管樁的數(shù)量、間隔、尺寸等，通過合理的設(shè)計構(gòu)造，將風(fēng)險邊坡進(jìn)行控制。

圖2 邊坡力學(xué)加固方法

化學(xué)加固方法則是通過外加劑的措施，將外加劑與巖土進(jìn)行混合，產(chǎn)生化學(xué)作用，使得軟弱巖層、土層與新材料粘結(jié)形成整體，實現(xiàn)整體受力，降低邊坡滑坡風(fēng)險。常用的化學(xué)加固有注漿法、化學(xué)劑法等。需要注意到的是，完全的化學(xué)加固通常也很難達(dá)到邊坡防護(hù)的效果，而一般是通過化學(xué)加固和力學(xué)加固兩種措施，更好地保證邊坡的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入，道路工程的建設(shè)環(huán)境更加復(fù)雜，其中高邊坡就是重要問題之一，高邊坡滑塌會對道路的運營使用產(chǎn)生非常嚴(yán)重影響，需要在設(shè)計與施工階段考察道路邊坡的穩(wěn)定性，并盡量采取措施保障邊坡穩(wěn)定安全。論文通過對道路邊坡類型劃分及特征的分析，探討了影響道路邊坡滑坡的主要因素，并根據(jù)已有邊坡滑坡的型式，確定了設(shè)計原則和方法，最后提出了邊坡防護(hù)措施，用于保證道路邊坡的運營穩(wěn)定與安全。

[1]王闊然,房國龍.淺談路基邊坡滑塌防護(hù)設(shè)計[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015(9):31.

[2]熊曉江.高速公路路基邊坡防護(hù)問題分析[J].黑龍江交通科技, 2014,37(4):30.

U416.1+4

B

1009-7716（2017）08-0074-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.023

2017-04-01

嚴(yán)紅（1986-），男，江西大余人，工程師，從事道橋設(shè)計工作。