邊坡工程穩定性及處治措施分析

梁冠亭，何林

（武漢市市政建設集團有限公司，湖北 武漢 430023）

隨著我國經濟建設科快速發展，人口急劇增加與人類工程活動日漸增多，各個區域均要建設大量的基礎設施，比如鐵路、公路、碼頭及路堤等，各種工程活動開挖與填筑邊坡數量不斷增多，邊坡工程必定會引發出邊坡穩定性問題。從中國地質災害分析，地質災害具有非常明顯方向性，地質災害造成的損失與經濟發達、人口密度程度具有密切關系，自然邊坡安全問題逐漸成為人們高度關注的問題。如今，邊坡類地質災害成為各個區域防治工作的重點問題，從各個城市來看危險邊坡主要分布到交通運輸沿線、城市建設區，主要是建設各種工程項目對山體坡腳切挖、開挖及回填，及采石取土及修建交通運輸工程形成的建筑邊坡。在城鎮化建設不斷深入，逐漸形成大量的危險邊坡，危險邊坡成為發生崩塌、滑坡等各種斜坡類地質災害的低段。因此人們就要加強邊坡穩定性研究，主要是對邊坡穩定性進行分析與評價，在此基礎上具有危險的邊坡進行人工處理，防止因滑坡而對人們造成損失與災害。因此，研究邊坡工程穩定性及處治措施具有實用價值。

1 邊坡穩定性分析法及影響穩定因素

邊坡穩定性直接關系人們生命及財產安全，因此就必須要分析影響穩定性因素，只有追根溯源有針對性處治才能達到穩定效果。

1.1 邊坡工程穩定性分析法

分析邊坡工程穩定性方法比較多，但是比較常用有三種分析法。即工程地質、邊坡極限平衡法及邊坡可靠性幾種，本文對這幾種方法進行闡述。

（1）工程地質分析法；這種方法是早期探究邊坡穩定性的主要方法，也是早期比較常見的方法，在大量工程技術人員通過大量生產實踐活動與調查資料基礎累積的經驗方法。主要是針對某種邊坡，先擬定出邊坡處于穩定狀態的坡腳值，并將這個值與影響邊坡穩定性相關因素進行對比分析，通過類比地質條件，確定出穩定邊坡值。比如礫石路的塹邊坡，可通過工程地質分析法得出邊坡的坡度，參考當地人工邊坡或自然山坡。及與邊坡相關的地質構造及水文地質條件等各種情況，合理選擇穩定邊坡值，當然還可采用巖石力學方法實施分析驗算。

（2）邊坡極限平衡法；極限平衡閥就是依據邊坡自身滑體或者滑體分塊力學平衡原理，即為靜力平衡原理，通過這種原理分析邊坡遭受各種破壞模式的受力狀態，利用邊坡滑體的抗滑力與下滑力間的關系，以此來評價邊坡工程的穩定性。極限平衡閥是計算分析邊坡穩定的主要方法，是目前邊坡工程實踐中應用最多的方法。

（3）邊坡可靠性分析法；邊坡工程均是以巖土體作為工程材料，將巖土體天然結構作為工程結構，或者將堆置物當成工程材料，以人工控制結構當成工程結構，是一種比較特殊的構筑物。這種構筑物因處于區域不同，自然其組成及結構上存在不均勻性，特別是天然邊坡非常突出，因構成邊坡地質體系長期受到多循環地質作用，并且錯綜復雜，作用強度不易，導致其工程地質性質存在較大差異。如今分析邊坡可靠度的常用方法是蒙特卡洛模擬法、統計矩法、可靠指標法及隨機有限元法。

1.2 影響邊坡穩定性的因素

當邊坡發生變形，必然會影響邊坡工程的穩定性。邊坡變形破壞是在外部因素和內部因素共同作用下所形成。其中內部因素主要包含邊坡的巖土體性質、地貌特征、巖土體結構及地質構造等，而外部因素包含地震、水的因素、人工開挖和加載等。其中內部有因素是產生外部變形的決定條件，外部因素是引發變形破壞觸發因素。

（1）內部因素；在一定構造條件和巖性下，地貌與山坡地形對造成邊坡變形具有決定性作用。不同地貌對邊坡類型及造成變形破壞的原因具有明顯差異。從山坡的坡度來看，當巖性相同時山坡越陡，自然山坡穩定性越差；當巖性不同，必定可能發生相反的情況。

底層巖性及組合是形成邊坡的物質基礎，巖性對土體的抗風化、強度能力及邊坡的坡腳、頗高等均具有重要控制作用，而且這些均與邊坡穩定性具有直接關系。不同巖性形成的邊坡，自然破壞形式存在一定差異。軟土地段大多是以滑坡形式為主，但是花崗巖、砂巖地區大多出現崩塌碎落，千枚巖、片巖區域常常產生表層撓曲和頃倒等蠕動變形。

地質構造主要是影響巖層的發育程度、產狀及結構面的性質等各方面，以此來決定巖體結構即邊坡的坡體。不同類型坡體結構是不同產狀巖層共同組成，而且其他穩定性必定存在巨大差異。地質構造和坡體變形二者關系比較密切，在該區域的構造非常復雜，其褶皺較為強烈。而新構造區域的活動性比較強，邊坡穩定性自然差。如果較大巖層破碎、斷裂破碎帶，而且地下水比較豐富的區域極易發生滑坡。

（2）外部因素；在影響邊坡穩定性方面，水的影響力非常顯著。地表水或雨水一旦滲入到坡體內，必定會增大巖土體的自身重度，增加邊坡的下滑力而且因滲入水，對巖土體具有軟化作用，降低巖土體內摩擦角和粘聚力，必然會降低抗剪強度。而且水滲入后，就會提高地下水位，從而增大滑動帶孔隙水壓力，降低邊坡坡體抗滑阻力，對邊坡穩定性造成影響，而引發失穩破壞。

影響邊坡穩定性上，地震屬于一個重要的誘發因素，當發展地震時會造成坡體振動，不但會讓軟弱結構面降低，或者造成邊坡完全喪失強度，就會形成一個新的結構面。這樣極易導致邊坡穩定性降低，從而誘發出崩塌、開裂及滑坡等多種變形破壞。當發生地震，如果邊坡處于極限的穩定狀態，必然極易發生失穩現象。

隨著我國經濟建設快速發展，土木工程建設不斷增多，人類活動影響邊坡越來越頻繁，成為不容忽視的因素。比如在坡腳下修建房屋、采石挖土、修建道路及工程爆破等各種活動，還有一些不適當挖掘坡腳活動，都可能會破壞坡腳，導致坡體的下部喪失支撐，導致滑坡或者讓老滑坡復活。還有一些在斜坡上不合理規劃，修建樓房與工廠，隨意堆砌礦渣和土石等等，在各種因素影響下必定會增大斜坡的載荷，從而增大下滑力，一旦斜坡巖土體失去平衡就可能造成軟弱面下滑。

2 邊坡工程穩定性處治措施分析

從相關研究來看，邊坡工程穩定性非常重要，直接危及到人們生命及財產安全。因此就必須要對穩定性欠佳的邊坡采取處治措施，確保邊坡穩定。當然處治措施比較多，需要依據實況合理選擇處治技術。

2.1 抗滑樁技術

事實上，抗滑樁并沒有直接承受到外荷，主要是因樁周土體因自重或者外荷作用下發生變形或者運動遭受影響，所以屬于被動樁類型。樁具有抗滑穩定作用，主要源自于兩方面：首先，表面的摩阻力，能夠把土體滑動面以上土重傳到滑動面一下，有效減少滑動力。其次，樁自身剛度提供抗滑力，可以對土體滑動產生阻礙力。國內外對抗滑力計算主要采用方法就是港工地基規范法，尤其是港工碼頭設計整體穩定性的驗算中，這種方法使用尤其廣泛。丹麥漢森法，沈珠江所用繞流阻力法，雖然其理論推導上較為嚴謹，但是因沒有考慮到土體對樁產生的協同作用，因此計算結果偏小；基床系數法，這種方法就是把樁視為彈性地基的梁，采用文克爾設定計算裝水平抗力。還有一種計算方法叫“m”法，這種方法下土抗力模數K=mx。

抗滑樁大多是采用挖孔就地灌注樁，通過水泥砂漿互相滲透必定會提高樁周厚度，從而提高了地層的強度，加上孔壁創造，樁和地層間的粘結咬合非常緊密。在滑動面以上推動作用下，樁就能將超出樁寬范圍的一部分土體抗力調動起來，與樁共同抗滑。采用這種樁-土共同作用，其效能超越其他許多被動承受荷載的建筑物。

抗滑樁的功能原理及應滿足的原則：首先，整個滑坡體要具備足夠的穩定性；即穩定安全系數必須要滿足設計要求，確保滑體無法越過樁頂，不會從樁間擠出去；其次，樁身必須要具有足夠的穩定性和強度；樁的配筋和斷面要合理，才能滿足樁身變形和樁內應力的要求；其三，滑體變形和樁周地基抗力必須要處于容許范圍內；其四，抗滑樁的尺寸、間距及深埋等均要求合理適中，便于施工，確保安全，還能夠讓工作量最省。

抗滑樁的間距和平面位置常常依據滑坡的推力大小、地層性質、滑坡厚度、施工條件、滑動面坡度及錨固深度等各種因素綜合考慮。滑體的下部滑動面比較緩，下滑力較小或者為抗滑低段，是設樁的最佳位置。從實踐來看，當地質條件比較簡單的小型滑坡，可在滑體的前緣設置1排抗滑樁，安置方向和滑體的滑動方向呈垂直或者接近垂直狀態。如果屬于軸向較長的多級滑動或者推力較大滑坡，最好設置2排或者3排樁體分級進行處治，也可下設擋土墻進行聯合防治。抗滑樁間距會受到很多因素影響，是否合理直接影響到抗滑樁的功效。如果樁距過大，就可能讓土體從樁間擠出去，如果樁距過小就可能會增加投資且影響工期。因此合理的樁間距，應該是樁間土體恰好形成土拱狀態，確保滑坡土體穩定性，一般在使用中將抗滑樁間距設計成樁徑的2-4倍。

目前邊坡工程中比較廣泛的是鋼筋混凝土樁材，這種樁斷面剛度比較大，抗彎能力強，能夠實現多種施工模式，但是采用混凝土樁的抗拉能力有限。

2.2 加筋邊坡與加筋擋土墻技術

加筋土就是將加筋材料加入到土中形成復合土，這樣能夠提高土體的強度，增強土體穩定性。因此，這種將加筋材料加入土體中，改變與提高土木系統的力學性能，這種加固方法即加筋技術，形成的加固結構被稱為加筋土結構。因加筋與加筋擋土墻具有結構新穎、技術簡單、要求較低、施工便利等各種優點，目前，這種技術作為處理公路邊坡、護岸工程、市政建設及防護提等各種項目的常用技術。本文對加筋擋土墻施工技術作為研究重點。

（1）開挖基坑且填充透水性能好的材料；首先，開發基坑時，必須要嚴格遵守設計的具體要求，如果發現軟弱土層，必須要實施換填作業。完成填料后就要進行壓實試驗，保障壓實度與施工質量要求相符，接著換填上透水性能良好的材料。為確保土工格的整體質量，回填工作應該分成兩層實行，第一是25cm厚透水性材料，安排人工回填到剩余5cm透水材料；必須要確保施工現場的路面平整，然后才能開始下一道工序。其次，埋設沉降板與位移樁；這項工作必須在填筑加筋土路基前完成。要挑選三個位置埋設沉降板與位移樁，每一個斷面位置都埋設兩個位移邊樁與三個沉降板，其中位移邊樁與邊溝外側要保持一定距離，以保持1m為佳，沉降板應該埋設到路中與路間，必須要嚴格按照設計要求觀察土層的沉降與位移，并對觀測數據詳細記錄起來。

（2）鋪設格柵下料及下層格柵施工；按照設計圖紙對土工格柵進行裁剪，沿著施工放線的位置鋪設底層格柵，要預留大約1.5m格柵為反包長度。在道路縱向上，土工相鄰格柵的對接寬度必須要超過10cm。而且鋪設土工格柵必須要嚴格按照設計要求的長度、位置及方向進行。裁剪時，格柵橫向要保留一排不低于60mm長的格柵，延伸到縱向肋條。加筋格柵和反包格柵要采用連接棒有效連接在一起，而且確保連接棒穿過格柵中每一根肋條。對格柵施行張拉操作時，還必須要做好下一層回填料的回填和攤鋪工作，防止將張拉設備移除后，格柵發生回縮現象。然后逐漸釋放張拉力且移除張拉梁，多次重復前面的各種步驟到完成填土施工操作，確保最頂層的土工格柵要具備充足的長度，而且還要能埋到填土面以下，充分確保填土約束力，這樣才能形成永久性錨固格柵，才能實現邊坡工程的穩定性。

2.3 錨固技術

錨固技術就是將受拉桿件深埋到地層中，提高巖土自身的自穩能力和強度的工程技術。因這種技術極大堅強了結構件自身重量，不但節約工程材料還確保工程的穩定性和安全性，具有顯著的經濟效益與社會效益，因此目前被邊坡工程中廣泛的應用。錨固技術施工從如下幾個步驟進行。

（1）設計方法；不同工程類型，錨固技術設計方法同樣存在較大差異。比如邊坡工程錨固設計主要分成三種方法，即為新奧法、分析法及經驗法。巖土邊坡錨固設計方法包含三個步驟：其一，確定滑移體的大小和位置，識別與計算滑動力。其二，計算加固的錨固力。其三，優化設計錨固參數和施工工藝。因此要依據不同工程類型，合理設計錨固方法。

（2）選擇錨固材料；為了滿足不同條件下，錨固材料的適應性且提高其經濟性，逐漸出現許多錨固材料。在邊坡工程實踐中常用錨桿，主要包含機械型預應力和注漿型錨桿、荷載分散型錨桿、壓力型和拉力型應力錨桿等等；不同邊坡區域選用合適的錨桿。比如，塊硬水泥卷錨桿常常應用到礦山以及交通隧道中。

（3）施工工藝；錨固工程施工主要包含錨孔鉆造、制作錨盤、灌漿錨孔、制作鋼筋、澆灌混凝土、錨筋張拉鎖定與封錨等各種關鍵流程。

在邊坡工程加固措施中，錨固技術極大減輕了結構物自身重量，有效節約工程材料，確保工程的穩定和安全，因此這種技術具有顯著的經濟效益與社會效益，因此是目前邊坡工程中應用比較廣泛的技術。在日常使用中，在加固中錨桿常常與其他結構聯合共同使用。

2.4 排水工程設計

要確保邊坡工程的穩定性，排水工程至關重要。許多邊坡松動都是因水滲透，導致坡腳松軟所致。因此合理設計排水工程，是保障邊坡工程穩定性的基本要求。

當路基施工時，臨時泄水槽的斷面尺寸必須要滿足排水要求，而且槽身還要嵌入到路堤邊坡。防止因滋流與滲流掏空泄水槽的側面與底部，而造成水毀。臨時泄水槽特別是入水口極易因施工而破壞或堵塞；當堵住入水口時，匯積到路堤頂面的雨水沿邊緣石的缺口流下邊坡，引發較為嚴重的水毀。施工過程，如果遇到較大的降水時，就要及時檢查與維修泄水槽，確保泄水槽及入口是否通暢。對于高陡邊坡或者巖土穩定性不好邊坡工程，排水工程就應該分級截流與縱橫相結合的排水辦法。同時對邊坡工程，還必須要做好地表水排水工程設計：

（1）夯實裂縫、填平坑洼；邊坡的坡面出現了裂縫和坑洼，這就是即將發生滑坡的先兆，是造成嚴重滑坡的主因。地表水、大氣降雨必定匯集到坡面坑洼或者沿著裂縫滲透到土層，從而降低土體的抗剪強度，導致坡體滑動。所以如果發生坑洼與裂縫現象，就要仔細查找認真夯填。

（2）科學確定截水溝平面位置；必須要合理截水溝平面，盡量順直，與徑流方向垂直。如果遇到凹地或者小溝時，就要把凹地填平或者外側擋土墻連接，內側和水溝相連，避免水溝中的水滲入到截水溝的溝底，破壞水溝。還要結合邊坡的區域地形、地貌特征，合理利用自然溝谷，在邊坡內側修建截水溝、集水溝、急流槽等等，建設出網狀、樹權狀排水系統，便于快速將坡面雨水引走。

隨著邊坡工程建設規模不斷增大，復雜性增大，邊坡高度增高，對處治邊坡技術要求越來越高。而且邊坡失穩問題是工程建設中重要課題之一，穩定狀況關系到人們生命財產安全，而且許多邊坡區域地形構造復雜，滑坡低段比較多，因此就需要分析影響邊坡穩定性的因素，日漸提升處治技術要求，確保未來邊坡處治技術更好發展與完善。

參考文獻

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