山區公路滑坡邊坡穩定性分析及治理方法研究

方鑫

（中國公路工程咨詢集團有限公司， 武漢430000）

1 引言

很早以前人們就意識到滑坡的危害性，防治滑坡的主要措施大致有3 類：排除地下水、力學平衡、改變滑動帶[1]。后經理論研究又出現了設置支擋物、反壓護坡等治理滑坡方法。支擋結構物被廣泛應用的有抗滑樁、擋土墻、錨桿支護等[2]。

2 邊坡穩定性分析方法

2.1 剛體極限平衡法

剛體極限平衡法是假設邊坡土體沿某一結構面發生相對位移，土體服從剪切破壞的原理，滑動面的形狀為弧面、平面等不規則面。通過分析滑動體達到靜力平衡時的受力狀態來分析邊坡穩定性。

2.2 有限元法

有限元法是被廣泛應用于各個領域的一種數值分析的方法，原理是將求解空間分割成若干個小空間，根據需要讓單元滿足控制方程。有限元法的優點是對任何形狀的物體都可以進行數值計算，所以在工程中被廣泛應用。在邊坡穩定性分析中，有限單元法可以將滑動體分割成若干個土柱進行分析。該法還可以進一步考慮變形體中的滲流效應，以及滑動面上的壓力、剪應力隨時間的塑性屈服過程。

2.3 模糊數學法

1）層次分析法構造判斷矩陣是判斷出每一層各個因素的重要性，通過矩陣的形式表示出來，我們把這些矩陣稱為判斷矩陣。判斷矩陣形式見表1。

表1 判斷矩陣

由表1 可以將各影響因素分為2 級：B1、B2、B3、B4定義為一級指標，b11，b12，…，b44定義為二級指標。每級的一級指標對應的二級指標都會有量的變化，根據二級指標不同的取值確定評價分值，從而將各個指標分級。當分值在90～100，安全性最高；當分值在80～90，安全性較高；當分值在70～80，安全性一般；當分值在60～70，安全性差；當分值小于60 時，不安全。

2）對于定性指標的量化的確定可以依據公式B（x）=x/100，式中，x 為第一步量化后的某一模糊取值，取值范圍為1～100[3]。

3）根據模糊綜合評價矩陣得出最終的綜合評價矩陣A=W×[A1A2A3A4]T,式中，W 為一級影響因素的指標權重，A1A2A3A4分別為二級因素指標矩陣。通過矩陣A 進行判定來確定避險車道設計的安全等級。采用加權平均原則，對評價向量進行單值化,得到安全等級評分為 C′。

3 滑坡治理措施分析

3.1 滑坡類別

按滑坡物質組成類別可以分為黏性土滑坡：黏性土之間的滑動，或者黏性土與其他土質之間的滑動。黃土滑坡：不同時期的黃土滑坡多數在高階地的斜坡上。堆積土滑坡：不同性質的堆積層在層間滑動。巖石滑坡：沿不同巖層的接觸面以及基巖面滑動。堆填土滑坡：發生在人工填筑的場地以及棄土場的滑坡。

按滑動厚度分類可以分為淺層滑坡：滑坡體厚度小于6m。中層滑坡：滑坡體厚度在6～20m。深層滑坡：滑坡體厚度大于20m。

按滑坡體積可分為小型滑坡：體積小于5×103m3。中型滑坡：體積在5×103～5×104m3。大型滑坡：體積在5×104～5×105m3。巨型滑坡：滑坡體體積大于5×105m3。

3.2 滑坡治理原則

1）滑坡治理在設計和施工上應該綜合考慮治理技術的應用，達到安全、經濟、美觀的治理效果。

2）在正常情況下滑坡治理不僅要保證邊坡的穩定性還要保證土體變形在一定范圍內，不會對其他建筑物造成有害影響。

3）在滑坡治理的過程中，應結合周邊地形和建筑等進行綜合考慮，保證人的生命安全，不會造成大的地質災害，同時還要避免因滑坡治理造成的交通堵塞等。

3.3 治理措施

目前，采用的滑坡治理原則主要是增加滑坡的抗滑力或減小滑坡的下滑力來提高坡體穩定性。滑坡治理的主要方法可以分為以下4 類：

1）利用幾何分析來削減滑坡產生區土體的質量、增大阻止滑坡下滑的土體體積。滑坡面大多呈現上陡下緩的型式，上部采用減少滑坡土地體積，下部通過反壓等方式阻止土體下滑。

2）雨季滑坡發生頻率最高，因為雨水降低了土體之間的黏結力和強度。雨季治理滑坡可以通過排水的方式來治理。主要方法有地下排水和地表排水。通常，在滑坡體周圍設截水溝來治理地表水，雨水沿截水溝排到滑坡體以外的地方，保護坡體的穩定性。而地下水主要通過暗溝來排出。

3）當滑坡體較大時，單單依靠排水和削坡的措施不足以保證邊坡的穩定性，還應設置合適的支擋物來防止滑坡的發生。工程中常用的結構支擋物有擋土墻、抗滑樁、土釘、錨桿、錨索以及組合形式等。

4）滑坡還可以通過在坡體內注漿來防止滑動，主要原理是改變滑動帶，增大滑坡體的抗滑性能來加固土體。該方法一般適用于以巖石為主的滑坡以及松動巖體的滑坡。石灰樁主要通過生石灰吸收樁體黏土的水分來減小水壓力，增加抗剪強度和有效應力，Ca2+和OH-與四周的黏土發生反應，從而增加強度。

4 案例分析

4.1 工程概況

本文依托某山區公路樁號為K5+880～K5+900 段為分析對象，該段滑坡的平面為橢球狀，滑坡體滑動面積約為8 977m2，體積約為24 652m3，滑坡厚度為0.5～0.55m。滑坡體與土體之間出現剪切破壞，邊界出現裂縫,裂縫形狀為又寬又深的鋸齒形。滑坡治理方案首先要從技術、經濟的可行性和合理性考慮,同時要兼顧環境保護、城鎮建設規劃等方面因素影響。

4.2 治理方案

1）錨索地梁：每2 個地梁中線距離為3m，截面面積為0.8m2，長為15m，中等風化巖層內為2m，采用C30 混凝土，第一級坡率為1∶1.25， 第二、第三、第四、第五級坡率均為1∶1.5，經計算可知邊坡穩定性滿足要求。

2）抗滑樁：抗滑樁方案是沿基本垂直與滑坡主軸方向，布設抗滑樁16 根，樁間距4m，截面面積為6m2，樁長20m，入巖段10m，采用C30 混凝土，人工開挖樁井。坡面護坡采用漿砌片石，兩級坡體之間設置2m 寬的平臺，并設置排水溝，在滑坡四周做截水溝,匯集坡面雨水。抗滑樁的布置示意圖如圖1 所示。

圖1 抗滑樁布置示意圖

4.3 方案優選

采用2 種方案對該地區公路樁號為K5+880～K5+900段邊坡穩定性進行計算分析可得2 種方案均能達到防止滑坡的效果，但是2 種方案的工程量和造價等存在差異。通過模糊數學法對2 種方案的計算和分析可知，抗滑樁方案優于錨索地梁方案。具體數據如下所示：

方案一的挖土石方61 303m3，地梁混凝土工程量為453.6m3，挖孔土方量264.3m3，鋼筋42.64t，錨頭150 個，錨索150 根，排水溝386.45m3，菱形網格護坡1 063.5m3，造價700.56萬元。

方案二的挖土石方53 185m3，護壁混凝土工程量為768.16m3，樁身混凝土2 646.64m3，挖孔土方量1 735.6m3，鋼筋343.6t，排水溝306.15m3，菱形網格護坡864.9m3，造價657.35 萬元。

抗滑樁主要通過樁的作用阻止土體向下滑動，使土體達到一種受力平衡的穩定狀態。抗滑樁方案的優點是對坡體破壞程度較小，加固土體穩定，施工技術成熟。缺點是工程進度慢，工期長。山區公路樁號為K5+880～K5+900 段滑坡治理工程對于當地的自然景觀、人民生命安全以及促進當地經濟建設是相當有利的。綜合工程量及造價分析可知，方案二優于方案一。

5 結語

本文主要由以下3 部分構成：

1）通過本文研究對邊坡穩定性的分析方法進行了歸納梳理，本文主要介紹了3 種分析方法，詳細說明了模糊數學法評定邊坡穩定性的過程。

2）本文針對滑坡治理進行了全面論述，主要包括滑坡分類、滑坡治理原則及滑坡治理措施3 個方面，并對滑坡的治理技術進行了全面的分析。

3）結合實際工程中山區公路樁號為K5+880～K5+900段一處滑坡進行了具體的滑坡治理方案的確定，主要利用模糊數學法對抗滑樁和錨索地梁2 種方案進行了分析，最終數值表明，本文所依托的工程利用抗滑樁來治理滑坡最為有效。