公路建設(shè)中的巖土工程穩(wěn)定性問題研究

張立

摘要：本文主要研究公路建設(shè)工程遇到的巖土工程穩(wěn)定性問題，通過調(diào)查研究筆者所在省份多條公路的施工過程，發(fā)現(xiàn)公路施工通常會遇到許多巖土工程穩(wěn)定性問題，為此方面施工提出可行性建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：公路；巖土工程；穩(wěn)定性

一、邊坡穩(wěn)定問題

在高山峻嶺區(qū)修建公路，自然邊坡以及人工修建邊坡在重力的作用下存在失穩(wěn)的可能性。我們往往利用支擋結(jié)構(gòu)來預(yù)防邊坡失穩(wěn)，但同樣支擋結(jié)構(gòu)也會給巖、土體施加應(yīng)力作用。通常情況下斜坡受各種天然動力侵蝕后，會逐漸產(chǎn)生穩(wěn)固坡體結(jié)構(gòu)。為了制定符合技術(shù)規(guī)范的施工方案，可以將人工修建的邊坡與天然形成的斜坡相比較，并對邊坡穩(wěn)定性開展分析研究，以確保公路邊坡穩(wěn)定性。但從以往公路工程建設(shè)活動經(jīng)驗(yàn)來看，人工邊坡失穩(wěn)引發(fā)工程事故的問題依然突出。其不穩(wěn)定的原因一是邊坡的自然平衡狀態(tài)被風(fēng)化、剝蝕等地質(zhì)營力以及開挖、削方人類工程活動所破壞，二是受現(xiàn)場各種施工條件的制約，如平緩的坡角需要更多挖方工程量并占用更多的土地資源，導(dǎo)致工程投資增大，而只能采用直立式邊坡加支護(hù)方案，此時(shí)必須對支護(hù)方案的可靠性開展評價(jià)工作。斜坡巖土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評價(jià)重點(diǎn)是強(qiáng)度和變形，應(yīng)結(jié)合實(shí)際施工的具體要求來實(shí)施。

滑坡和崩塌是邊坡喪失穩(wěn)定性的最常見后果。不管是自然動力作用還是工程建設(shè)施工，其誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害普遍存在，其危險(xiǎn)性也突顯。因此，為了確保公路工程邊坡穩(wěn)定安全，預(yù)防滑坡現(xiàn)象，應(yīng)對邊坡穩(wěn)定性全面分析研究和論證。至于已存在的老滑坡，考慮其已形成的軟弱結(jié)構(gòu)面因素，相同環(huán)境條件下新邊坡的穩(wěn)定性要比老滑坡體高很多。因此公路施工活動誘發(fā)老滑坡地質(zhì)災(zāi)害再次發(fā)生的幾率要高于新滑坡。

目前，邊坡穩(wěn)定性分析方法側(cè)重于研究建立力學(xué)模型并確定潛在滑動面位置。邊坡的防治手段為：一是修正坡體結(jié)構(gòu)并調(diào)整邊坡巖土體內(nèi)部的受力情況，使邊坡維持較強(qiáng)的穩(wěn)定狀態(tài)；二是采用支護(hù)以及錨固等工程增加邊坡巖土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，預(yù)防邊坡產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象。

二、路基穩(wěn)定問題

路基是否穩(wěn)定取決于地基土是否具有足夠的強(qiáng)度，形變是否超出最大容許范圍。強(qiáng)度符合規(guī)范要求是指在汽車的荷載作用下地基巖土體未發(fā)生破壞性的現(xiàn)象；變形是否超出最大容許范圍是指在汽車的荷載作用下控制地基土沉降量，保持公路正常通行功能。公路工程建設(shè)中應(yīng)把好地基土強(qiáng)度和變形兩道關(guān)，從而提高地基土穩(wěn)定性。軟弱巖土體分布區(qū)域的路基工程事故原因主要是沉降量以及沉降差超出極限變形狀態(tài)導(dǎo)致的，其中不均勻沉降是路基失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。因此，在驗(yàn)算路基承載力已達(dá)標(biāo)的前提下，應(yīng)參照國家沉降控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來施工軟土區(qū)域公路路基，確保公路工程建設(shè)安全。在實(shí)際工程施工中，采取預(yù)壓固結(jié)、擠密、強(qiáng)夯、置換、注漿膠結(jié)等工程技術(shù)處理措施能有效地解決路基穩(wěn)定性問題。

對于工程實(shí)踐中路基的穩(wěn)定性分析研究主要體現(xiàn)在以下三個方面：

①分析公路路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形特性。公路荷載等級較低的情況下，天然地基土應(yīng)首選為路基基礎(chǔ)持力層。同時(shí)，分析天然地基工程性質(zhì)有利于制定地基處理方案。

②路基處理技術(shù)的研究。目前，跨溝塘路堤往往需要高填方的情形越來越常見，未經(jīng)處理的天然軟弱土體路基一般難以符合施工的技術(shù)要求，人工改良地基措施如置換、強(qiáng)夯、擠密、預(yù)先壓實(shí)固結(jié)、灌注水泥漿膠結(jié)等新技術(shù)日益涌現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際施工具體技術(shù)指標(biāo)要求，做好改良地基的穩(wěn)定性評價(jià)。

③剖析橋梁深基礎(chǔ)的必要性和施工特征。在某些特殊條件下，橋梁工程建設(shè)由于施工條件的種種限制不能采用天然以及改良地基，則采用樁基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)形式來確保基礎(chǔ)較高的穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，要充分分析研究地基土的物理力學(xué)性能、基礎(chǔ)的特征及其相互作用關(guān)系，設(shè)計(jì)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的的工程施工方案。

三、滲透穩(wěn)定性問題

公路路基巖土體在地下水的滲透侵蝕下物理力學(xué)特性會產(chǎn)生變化，對于不同種類、不同特性的巖土體，其影響程度和機(jī)理也不一致。地下水的溶蝕作用可將具有可溶性的碳酸鹽巖等巖土中的可溶性物質(zhì)緩慢溶解。具有粘結(jié)作用的微粒間的相互作用力隨之削弱，最終導(dǎo)致巖土體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭受破壞，工程地質(zhì)性能變差。相反，地下水對巖漿巖和變質(zhì)巖的影響十分微小。

巖土中的靜水壓力一般指孔隙水壓力。巖土體變形和強(qiáng)度發(fā)生變化的因素之一是有效應(yīng)力。有效應(yīng)力越高，巖土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越大。由于有效應(yīng)力與孔隙水壓力互成反比，因此，較高的孔隙水壓力和較低的有效應(yīng)力會導(dǎo)致公路巖土體固結(jié)所需時(shí)間變長，削弱了巖土體的強(qiáng)度。

巖土中的動水壓力是地下水滲流時(shí)對巖土體細(xì)小顆粒作用的滲透力。地下水沿著一定的方向流動時(shí)有水力梯度，動水壓力與水力梯度成正比。公路施工時(shí)邊坡內(nèi)的動水壓力會使巖土體下滑力增大，地下水滲透作用后產(chǎn)生的巖土體變形導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性失控。因此，公路施工涉及地下水時(shí)應(yīng)充分重視動水壓力引起的不良后果，結(jié)合巖土體物質(zhì)成分以及水力梯度研究發(fā)生滲透變形現(xiàn)象的機(jī)率。

四、圍巖穩(wěn)定問題

公路隧道施工過程中，通常應(yīng)控制圍巖的變形量，以達(dá)到減小施加于圍巖支擋結(jié)構(gòu)上的作用力的目標(biāo)，從而提高圍巖的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。公路隧道工程施工中圍巖徑向位移增大并且切向應(yīng)力產(chǎn)生集中現(xiàn)象。如果此時(shí)巖體結(jié)構(gòu)松散，物理力學(xué)性質(zhì)較差，則徑向會發(fā)生明顯形變，巖體應(yīng)力會逐漸釋放。經(jīng)過漸變的應(yīng)力釋放期，圍巖中的巖體松動圈逐漸形成，并產(chǎn)生一系列大小不一、深淺不一的裂隙。在各種裂隙的協(xié)同作用下，圍巖體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性難易維持，最終產(chǎn)生大面積坍塌不良后果。因此，應(yīng)及時(shí)采取合適的支護(hù)措施并選擇恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)襯砌時(shí)間以降低圍巖壓力，減小圍巖變形量，提高巖體強(qiáng)度，從而有效預(yù)防圍巖大面積坍塌發(fā)生。

五、結(jié)語

綜上所述，公路施工過程中常常會遇到邊坡、路基、滲透、圍巖等穩(wěn)定性問題，為了公路工程建設(shè)順利實(shí)施，保障施工道路通行安全，需要采取有效的工程防治措施來解決上述問題。

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