山區(qū)高速公路邊坡滑坡治理技術(shù)探討

田曉蓉

(長江職業(yè)學院，湖北 武漢 430223)

1 引言

隨著近年來我國高速公路基礎(chǔ)建設的進一步發(fā)展和高速公路網(wǎng)的進一步完善,山區(qū)高速公路的建設越來越多。我國山區(qū)高速公路總體地形起伏大,溝壑縱橫,地質(zhì)生態(tài)條件復雜,災害多發(fā)。山區(qū)公路的施工不可避免地會對公路邊坡進行大量的挖掘回填,破壞了邊坡的地質(zhì)自然生態(tài)平衡條件,從而直接造成了邊坡的失穩(wěn)和發(fā)生滑坡。公路滑坡地質(zhì)災害是我國山區(qū)公路地質(zhì)工程建設中最常見、危害最大的一種地質(zhì)自然災害,由于其地質(zhì)災害產(chǎn)生的條件、影響的因素和破壞條件發(fā)生機理的高度復雜性和多變性,已經(jīng)發(fā)展成為了世界上主要的公路地質(zhì)自然災害工程防治問題之一。因此,研究公路滑坡的地質(zhì)形態(tài)成因和其行為的特征,將被認為有助于盡快采取有效的公路地質(zhì)工程防治措施,避免了滑坡的地質(zhì)災害發(fā)生或大大減少了滑坡后的經(jīng)濟損失。本文簡要介紹了公路滑坡的地質(zhì)形態(tài)及其特征、滑坡的成因及其防治滑坡的措施[1～3]。

2 邊坡分類及其危害

“邊坡”一詞又稱“斜坡”(slopes),是一種泛指分布在地表上所有的具有開闊邊坡表面的天然地質(zhì)體。按照人工邊坡的類型大致可以細分為天然巖質(zhì)人工邊坡和天然土質(zhì)邊坡、天然邊坡和人工邊坡、工程邊坡和非天然工程邊坡。根據(jù)人工邊坡的類型和穩(wěn)定性,邊坡大致可以劃分為穩(wěn)定人工邊坡、可能不穩(wěn)定人工邊坡和不穩(wěn)定人工邊坡。在山區(qū)高速公路施工建設的過程中,不可避免地要求人工挖掘和充填大量的路基,形成大量穩(wěn)定人工的邊坡。在這些穩(wěn)定人工邊坡的應力狀態(tài)形成和過程中,巖土體的初始應力處理狀態(tài)隨人工邊坡變形的過程而發(fā)生變化,從而對巖土體產(chǎn)生初始應力重分布和初始應力集中效應。有的人工邊坡自應力調(diào)整后穩(wěn)定,有的人工邊坡經(jīng)過多次應力集中調(diào)整后仍然達不到平衡,不穩(wěn)定人工邊坡主要是由于崩塌或者滑坡過程所形成的。對于不穩(wěn)定的山區(qū)公路和人工邊坡,必須及時采取一定的工程應力處理措施使其調(diào)整成為穩(wěn)定的邊坡[4]。

高邊坡病害主要可以大致分為三類:①滑坡。運動型滑坡主要是由于斜坡部分的巖土自然向下運動形成的。根據(jù)運動型滑坡的流體力學和物理特性,滑坡一般可以大致分為兩種牽引型滑坡和推力型的滑坡。第一種牽引型的滑坡主要是由于滑坡下部的第一次滑動,導致滑坡上部的第二次滑動失去了支撐和發(fā)生變形,一般滑坡速度較慢,易出現(xiàn)側(cè)向拉伸裂縫。推力型的滑坡主要是由于上部的巖土堆積體擠壓下部的巖土變形引起的,一般滑坡速度較快,多見于有巖土堆積體分布的斜坡地段。在高速公路的建設中,如果由于堆積體的設計或施工不當,改變了高速公路原有巖土和邊坡的平衡和流動狀態(tài),可能很容易造成新的堆積體滑坡或者無法復活舊的滑坡。②堆積體崩塌。推力型所謂堆積體崩塌,是指整個巖土塊體由于脫離母體突然從一個陡坡上摔下來,并沿著堆積體的斜坡猛力地翻轉(zhuǎn)、跳躍,最后脫離母體堆在山腳下。它的危害具有突發(fā)性,危害大。③風化和剝落。邊坡的表面風化,在土壤侵蝕和重力的作用下不斷向下剝落和滾動[5]。

3 山區(qū)高速公路常見滑坡機理分析

山區(qū)工程和高速公路的建設中,天然高速公路邊坡蠕滑松散巖體的發(fā)育較深,是高速公路工程邊坡開挖和變形的一個重要敏感部位。施工期間,當天然邊坡巖體開挖至主要敏感部位時,邊坡的變形性巖體數(shù)量突然減少或增大,且坡腳變形量具有非常強的牽引力。加固后,坡腳的變形逐漸停止,經(jīng)過長一段時間的磨合和壓實,由下部延伸至上的坡腳變形逐漸完全停止,邊坡穩(wěn)定。模型試驗結(jié)果表明,在巖體自重、開挖卸荷和地下水等多種因素的相互作用影響下,邊坡露天面上部的變形速度大于下部,坡腳地面變形大于深部,變形速度隨裂隙和深度的增加而變形加快,沿裂隙和夾層間及反傾向壓縮的節(jié)理裂隙出現(xiàn)相對明顯的錯位,坡腳地面裂隙和夾層間反傾向壓縮;裂隙間和地下水壓力的增加后變形速度加快。據(jù)臨床調(diào)查,云貴高原地區(qū)發(fā)生山體滑坡的成因大致可歸納為以下幾點。

(1)從山體地質(zhì)構(gòu)造上分析來看,山體多為古老的滑坡體,由變質(zhì)砂巖、泥巖組成,透水性好,下伏基巖風化嚴重,傾角大,在邊坡滑體結(jié)構(gòu)表面和邊坡巖體結(jié)構(gòu)表面之間分別形成了軟弱的巖體和潤滑面,在重力的作用下沿軟弱面方向下滑。另外,由于巖體和結(jié)構(gòu)潤滑面的相互組合,將這些邊坡較陡的巖體切割成不同的大小、形狀的單元塊體。如果是邊坡較陡,在巖體重力和地下水的相互作用下,塊體之間的相對位移會直接導致山體滑坡。

(2)路塹的開挖過程破壞了路塹滑坡體抗滑段與滑動段之間的相對平衡,導致路塹滑坡體失穩(wěn)。

(3)受雨季影響,連日來的強降雨使本已豐富的地下水更加飽滿,使軟弱面的側(cè)向滲流驟增,加速了滑坡運動的速度。

4 山區(qū)高速公路邊坡治理方案

當一個邊坡防治工程處于危險或不穩(wěn)定的狀態(tài)時,必須立即采取綜合工程防治措施對其工程進行應急處理,以有效保證其的穩(wěn)定性。我國工程界將邊坡的治理和技術(shù)概括為"斬首、削腰、壓腳、排水"八個關(guān)鍵字。邊坡的具體措施主要包括開挖、削坡、減輕荷載、壓腳、抗水排水、改變邊坡土質(zhì)、支擋、加固邊坡建筑物等。在實際的問題中,應根據(jù)其具體情況及時采取相應的綜合工程防治的措施,使邊坡防治工程簡單、可靠、有效[6，7]。

4.1 邊坡控水

水是邊坡失穩(wěn)的重要因素之一。特別是南方沿海地區(qū),降雨特別多,降雨對公路邊坡的破壞也非常多。巖土含水量過大,會使巖土重力增大(滑動力增大),強度降低,影響邊坡穩(wěn)定性。邊坡控水的任務主要是將降落在邊坡內(nèi)的地下巖土含水量和濃度降低到一定的范圍內(nèi)。排水包括地下坡面排水和坡內(nèi)排水兩個大部分。其中坡面的排水主要是指從坡底排除了地表水,防止地表的降水直接滲入邊坡。地下坡面的排水主要是設置地下截水溝、排水溝和邊溝,以便盡快從坡體內(nèi)排出地表水和降落在坡面上的巖土積水。邊坡的防水一般情況可分為采用聚合物砂漿砌石、綠化植被護坡,既能有效防止地下雨水直接滲入地下坡體,又同時能有效防止地下雨水的侵蝕。為了降低地下水位或有效排除地下在坡體內(nèi)游離的巖土積水,可在坡體內(nèi)直接設置聚合物排水管。在邊坡的溝槽內(nèi)可直接采用大塊石填筑,溝壁的底部設置了反濾層,并在溝上綁扎大塊土工布。最常用的邊坡排水處理措施之一就是安裝邊坡排水管。對于一些邊坡土質(zhì)松軟、地下滲水較多的邊坡,可以直接采用聚合物透水軟管。聚合物透水軟管主要是一種采用鋼絲骨架的新型聚合物透水軟管,具有一定的邊坡排水強度。通過將聚合物透水軟管直接插入降落在邊坡的巖土界面,可以快速地排出降落在邊坡內(nèi)的巖土積水。

4.2 減載

邊坡滑動力失穩(wěn)的一個直接原因主要是沿軟弱邊坡的滑動力自重大于其抗滑力。邊坡的自重和滑動力主要來源是沿軟弱邊坡自重,因此施工應首先考慮部分軟弱邊坡的支護和拆除,以有效減小滑動力,然后再綜合考慮邊坡支護措施。邊坡卸荷時一般坡角應小于臨界卸荷時的坡角。為更好地便于邊坡的施工,減小臨界坡角,可考慮設置合適的邊坡施工平臺,分段減載進行削坡。路塹施工邊坡時,應特別注意正確的邊坡施工方法和順序,一般都是自上而下。

4.3 搭設支撐結(jié)構(gòu)

如果減載后邊坡仍有較大的滑動力,可以考慮設置支護結(jié)構(gòu)。支護結(jié)構(gòu)設計時應準確計算滑坡推力,按經(jīng)濟合理的設計原則進行邊坡處理。常見的預應力支護結(jié)構(gòu)主要有抗滑樁和擋土墻、預應力錨桿支護結(jié)構(gòu)、抗滑樁和土釘錨索支護結(jié)構(gòu)。這些預應力支護結(jié)構(gòu)已成功廣泛應用于高速公路兩側(cè)邊坡的治理,抗滑樁和土釘預應力錨索也在國內(nèi)得到廣泛應用。

4.4 監(jiān)測與信息化建設

邊坡體及其支護工程主體結(jié)構(gòu)在各種力和自然條件等因素的作用和影響下,其日常工作管理行為和異常工況隨時都在發(fā)生變化,如果不及時地掌握其異常情況,任由其惡性地發(fā)展,后果有時候可能就會嚴重得多。但如果我們能充分利用必要的有效氣象觀測手段對公路邊坡工程主體結(jié)構(gòu)進行了信息化的建設,及時發(fā)現(xiàn)其問題,通過及時采取有效的手段和措施,可以有效避免自然災害的頻繁發(fā)生,保證了公路邊坡體及支護工程的正常、快速地施工。

5 結(jié)語

公路的邊坡和滑坡的治理工作是一項復雜的系統(tǒng)工程。一些在國內(nèi)新建的高速公路邊坡滑坡建設項目由于邊坡的問題,延誤了設計的工期,增加了工程投資。此外,一些已經(jīng)在國內(nèi)建成的高速公路也受到了山體滑坡的影響,甚至可能造成交通中斷,需要巨額的處理費用。為了能夠更好地有效治理高速公路的邊坡和滑坡,首先要充分關(guān)注公路邊坡,主要考慮公路邊坡和滑坡的治理工程和地質(zhì)環(huán)境條件。公路滑坡一般都是處在工程地質(zhì)環(huán)境條件差、施工管理條件差、難度大的危險地段。因此在施工前必須根據(jù)安全方案設計的內(nèi)容和現(xiàn)場的具體情況,制定詳細的安全施工方案進行組織和設計,同時制定應有應急的安全預案,以防施工中發(fā)生重大安全事故。施工前應在邊坡上設置觀測點,監(jiān)測和觀察邊坡的變形和趨勢,為邊坡施工管理人員提供安全的信息,以便及時進行妥善處理,確保了施工和邊坡加固工程安全,確保了施工及邊坡加固工程的安全。盡量采用新材料和先進的施工邊坡加固設備,在短的時間內(nèi)基

本完成了邊坡施工和加固的任務,使得邊坡盡快完全加固穩(wěn)定,達到施工的預期加固目的。只有這樣,才能更有效地準確控制邊坡和滑坡的各種自然危害,減少自然災害性和突發(fā)事件的同時發(fā)生。山區(qū)高速公路的邊坡滑坡自然災害治理實施時應根據(jù)其工程和地質(zhì)的條件,注意其安全性、實施的各種可能性、技術(shù)和經(jīng)濟的合理性和對環(huán)境的保護。