巖土工程中邊坡治理技術研究

燕羽佳

(鎮江市工程勘測設計研究院,江蘇 鎮江 212000)

0 引 言

我國近年來進行了多項邊坡治理類的巖土工程，在邊坡治理的過程中遇到了很多問題，比較典型的就是施工現場附近的土質疏松，導致水土流失嚴重，更嚴重時甚至會發生地面塌陷、山體滑坡等安全事故，因此有關部門要求在完成施工建設之后務必要做好邊坡治理工作。

1 巖土工程邊坡穩定性計算方法

在治理邊坡之前，首先需要分析計算該邊坡是否牢固穩定，然后再針對性地對不穩定的邊坡進行治理，這樣可以提高邊坡治理的效率和質量，否則對邊坡全部治理會浪費相當多的人力物力資源。而確定邊坡是否穩定有很多種方法，本文僅對瑞典條分法進行分析[1]。

瑞典條分法可以用如下公式進行表示：

Fs=抗滑力矩滑動力矩=MRMs=C×AC→×RW×d

(1)

式中：Fs為邊坡的穩定系數；MR為抗滑力矩；Ms為滑動力矩；R、d等含義如圖1所示。

圖1 邊坡的穩定性受力分析圖

圖1中各指標意義為：i為邊坡各豎直條塊；Wi為此地的重力；Pi和Pi+1為相鄰兩個邊坡的豎直條塊的法向力；Hi和Hi+1為相鄰兩個邊坡的豎直條塊的切向力；cd的含義為邊坡條件的滑動段；li的含義為邊坡豎直條塊的長度；ci×li為邊坡豎直條塊的黏聚阻力；Ni×tgφ為邊坡豎直條塊的摩擦阻力；Ni為邊坡第i塊豎直條塊的弧段中心。

Hi已知，Pi+1、Hi+1、hi+1、Ni、Ti未知，根據圖1 受力分析情況可以得到以下聯立公式：

{∑Fxi=0

∑Fzi=0

∑Mi=0

(2)

根據圖1中受力分析的各已知、未知量可以得到以下公式：

Ti=Ni×tan φi+ci×liFs

(3)

根據瑞典條分法受力分析情況，可以得到受力平衡時公式如下：

Ni=Wicosθi

(4)

根據極限平衡時各受力分析情況，可以得到如下公式：

Ti=TηFs=ci×li×Ni×tg φiFs

(5)

式中：Tη為邊坡的抗剪強度；Fs為邊坡的穩定系數。

根據力矩平衡時各受力分析情況，可以得到抗滑力矩的公式如下：

∑TiRi=∑ci×li+NitgφiFs

(6)

根據邊坡豎直條塊的受力分析情況，可以得到滑動力矩的公式如下：

∑Widi=∑(Wi)

(7)

根據公式(6)和公式(7)可以在∑=0的條件下聯立，得到邊坡的穩定系數Fs的公式如下：

Fs=∑(ci×li+Wicosθitg φi)∑Wisinθi

(8)

最后根據公式(8)將各項數據代入，即可求出邊坡的穩定系數。根據邊坡的穩定系數判斷該地區的邊坡是否需要治理。

2 巖土工程邊坡治理技術

2.1 邊坡坡面防護治理技術

邊坡的坡面在巖土工程施工結束后，部分地區的邊坡因地質結構等原因，穩定性被嚴重破壞，如果未能及時對巖土工程的坡面進行保護，坡面可能在施工過程中或者在施工結束后發生路面塌陷，對該地區施工人員造成傷亡。例如某地施工部門為防止邊坡坡面發生地質塌陷或者山體滑坡等事故，采用如下技術對斜坡進行治理：

2.1.1 常規防護治理技術

對施工及其附件區域進行穩定系數驗算，如果驗算的邊坡穩定系數過低，則可以采用常規防護技術對邊坡進行治理：

(1)對邊坡穩定系數過低的區域噴射混凝土和砂漿，這種防護治理技術可以有效對地質巖石裂縫多的邊坡進行治理，混凝土和砂漿會流入到邊坡坡面裂縫之中，起到坡面巖石土質黏合的作用，提高邊坡地質結構的穩定性，可以有效降低邊坡發生塌陷或者滑坡的概率。但是噴射混凝土和砂漿會對邊坡的生態環境造成一定的影響。噴射過多混凝土和砂漿的地區不利于邊坡植被的生長，混凝土或砂漿結構對植物有一定的抑制作用，因此混凝土和砂漿需要同其他防護方式一同使用，不能對環境造成太大的破壞。

(2)對存在較大裂縫和風化嚴重的邊坡地區需要采取灌漿的方式防護坡面，裂縫多且大的坡面穩定性較差，因此不能大規模地采用混凝土或者砂漿對坡面結構進行修復，用混凝土或者砂漿修復結構之后該斜坡也基本很難再有植物生長。應該采取灌漿的方式對邊坡裂縫進行修補，然后再使用勾縫技術，將邊坡的裂縫閉合，這樣則有效地提高邊坡的穩定性。

2.1.2 植物防護治理技術

對施工及其附件區域進行穩定系數檢測，如果檢測的邊坡穩定系數過低，可以根據實際的邊坡情況采用植物防護治理技術[2]。

(1)植樹造林。先在穩定性較好的地區栽種樹木，通過植物固化邊坡土質結構的穩定，然后從邊坡中穩定性強的區域慢慢地栽種到穩定性差的區域，不能直接在穩定性差的區域栽種樹木，防止土壤滑落連同樹木一起帶走。

(2)栽種花草。在風化嚴重的邊坡地區，直接栽種樹木很難存活，可以選擇栽種大面積的草坪，通過草坪將風化邊坡的地質進行穩固，然后再一步步地栽種其他大型植物。

(3)播撒客土，樹木或者花草在有些地區的邊坡很難存活生長，因此需要先在邊坡上播撒一定厚度的客土，保證植物存活，再慢慢地將邊坡土壤固化。

2.2 邊坡錨桿加固防護治理技術

某地最近開展了一項高速公路邊坡治理工程，在施工過程中需要對地質結構較松散的地區進行加固以防止在施工過程中出現滑坡、塌陷等事故。該段高速公路巖土地層主要為素填土、花崗巖、泥巖，其物理力學參數見表1。

表1 巖土層物理力學參數

使用瑞典條分法驗算過程如下：

此地邊坡的坡度比為1∶2，該邊坡土體的重度為20 kN/m3，該邊坡簡要圖形如圖2所示。

圖2 邊坡斜切圖

根據bishop法可以計算出滑動圓心位置為O，該斜坡的內摩擦角為25°；O點坐標為(30.612 m，38.575 m)；圓O的半徑為49.246 m；該斜坡的黏聚力為10 kPa；從圓心O為初始點沿豎直方向做線交于半圓與點V，可以將OV線左側邊坡等分10份，將OV線右側邊坡等分16份，每份斜坡條寬度為3 m；邊坡高25 m。則可以用CAD作圖，得到邊坡斜分圖，如圖3所示。

圖3 邊坡等分圖

由圖3可知：∑ci×li=96.64；∑sinθi=667.421；∑cosθitgψ=1 437.847×tan 25°。則可以將數據帶入到公式8中得到邊坡穩定系數Fs的值：

Fs=96.64+1437.847×0.463×2020×667.421=1.072

根據瑞典條分法，求出該地區邊坡的穩定系數為Fs=1.072，因此判斷該地區的邊坡需要治理。在該地區可以采用錨桿加固的方式防止邊坡水土流失，提高邊坡的穩定性。錨桿加固防護治理技術的原理是利用錨桿本身的硬度支撐邊坡，防止邊坡上的細碎巖石在重力作用下沿邊坡向下方滑落，對邊坡的穩定性造成破壞。邊坡的地質結構在錨桿的作用下，可以保證邊坡自身穩固。

2.3 邊坡支擋防護治理技術

邊坡支擋防護治理技術有兩種防護設施：擋土墻和抗滑樁。

2.3.1 擋土墻

擋土墻應該在地質結構比較穩定的區域修建，擋土墻可以防止該地域邊坡的巖石滑落，將邊坡的土質資源一同帶走。擋土墻修建之后，可以直接將滑落的邊坡巖石進行攔截，防止其帶走坡面的巖土資源。

2.3.2 抗滑樁

修建抗滑樁同樣需要在穩定性高的邊坡區域，原理與擋土墻修建相同。如果將抗滑樁修建在結構穩定性差的邊坡地區，土質會在滑動的同時將防護設施一同帶到坡底，所以抗滑樁必須要修建在結構相對穩定的邊坡地區。抗滑樁通過自己設施的特點可以對周圍的土壤巖石產生一定的作用力，降低土質巖石滑動的概率，提高了抗滑樁附近邊坡地質結構的穩定性。

3 結 論

綜上所述，巖土工程中邊坡治理可以采用坡面治理技術、錨桿加固治理技術以及支擋設施防護技術，實現對不同地質類型的坡面實現治理，提高了坡面的穩定性，降低了邊坡發生安全事故的概率。