道路工程高邊坡垮塌成因及治理技術(shù)分析

王知生

嘉禾縣公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心 湖南 郴州 423000

道路工程在推進(jìn)城市化建設(shè)和促使交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展等方面扮演著重要角色。部分道路工程在建設(shè)中須進(jìn)行深挖高填，會(huì)形成高陡路塹邊坡或路堤邊坡，邊坡土體原有的平衡狀態(tài)地質(zhì)環(huán)境被破壞，為邊坡垮塌、滑坡及變形等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了機(jī)會(huì)，加之部分道路工程修建于山區(qū)，受雨季降水因素的影響，降低了邊坡的穩(wěn)定性、強(qiáng)度，使道路垮塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率增加，引發(fā)一系列的安全事故。因此，亟需采取相應(yīng)的治理技術(shù)來(lái)解決高邊坡垮塌問(wèn)題。

1 道路工程高邊坡垮塌的主要成因分析

1.1 自然因素

1.1.1 地質(zhì)條件、地震因素

地質(zhì)構(gòu)造是引發(fā)道路工程高邊坡垮塌的自然因素之一。巖石結(jié)構(gòu)面的大小、發(fā)育程度及主要成分等都會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性，其中軟弱巖石因自身應(yīng)力減弱而導(dǎo)致失穩(wěn)，堅(jiān)硬巖主要是因地質(zhì)構(gòu)造而失穩(wěn)，二者均可能造成邊坡垮塌。此外，地震也會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，尤其是強(qiáng)烈地震的發(fā)生，坡體孔隙水壓力會(huì)迅速驟增，降低巖土體強(qiáng)度，引發(fā)滑坡、垮塌災(zāi)害[1]。

1.1.2 水文、氣候因素

邊坡水文地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，會(huì)直接影響地下水匯集程度，而地下水的匯集，會(huì)增大坡體的下滑力，坡體結(jié)構(gòu)面及軟弱夾層抗剪強(qiáng)度會(huì)減弱，邊坡會(huì)出現(xiàn)變形、滑坡及垮塌現(xiàn)象。同時(shí)，不同區(qū)域其氣候類(lèi)型不同，降雨量也存在差異，在降雨集中且過(guò)多的區(qū)域，道路邊坡強(qiáng)度會(huì)降低，孔隙水壓力增加，降低邊坡滑動(dòng)面抗滑力，并且土質(zhì)更加疏松，邊坡失穩(wěn)情況發(fā)生概率增加。

1.1.3 地貌、風(fēng)化因素

不同地貌所形成的不良條件，會(huì)在護(hù)坡頂部形成較大的張應(yīng)力，造成頂破開(kāi)裂，且在坡腳產(chǎn)生剪應(yīng)力，破壞地帶，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。同時(shí)，風(fēng)化也會(huì)減弱土體穩(wěn)定性，增加其裂隙，不僅影響坡度大小和邊坡整體形狀，而且會(huì)增加坡體透水性，地下水的動(dòng)態(tài)平衡性被打破，從而引發(fā)邊坡滑移、垮塌。

1.2 人為因素

1.2.1 人工削坡

道路工程邊坡施工中，若采取不合理的方式進(jìn)行削坡，會(huì)使坡腳結(jié)構(gòu)面變薄，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)面被切穿時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大面積的邊坡結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)。

1.2.2 地下開(kāi)挖、爆破

道路工程邊坡開(kāi)挖施工過(guò)程中，會(huì)使?jié)撛诨麦w產(chǎn)生擾動(dòng)，比如對(duì)邊坡孤石進(jìn)行爆破，或者抗滑樁打入巖石時(shí)產(chǎn)生的外力，均會(huì)擾動(dòng)潛在的滑坡體，即施工中的爆破、開(kāi)挖加速了邊坡的垮塌。同時(shí)，道路建設(shè)前，需對(duì)其施工地址進(jìn)行實(shí)際勘查，地質(zhì)勘查深度是否合理，會(huì)直接影響會(huì)滑坡體判斷的正確性。而實(shí)際地質(zhì)勘察工作落實(shí)不到位，且施工中對(duì)安全隱患重視度不夠，容易引發(fā)垮塌災(zāi)害。

2 工程案例及高邊坡垮塌成因分析

2.1 工程概況

本文以某道路工程為例，其全長(zhǎng)為480m，路面寬度10.5m，其中邊坡垮塌的路段路塹邊坡高度在8-20m，邊坡坡率為1：0.75，采取框架梁形式對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)。通過(guò)實(shí)際鉆孔勘探，了解到本道路工程邊坡所處地位屬于軟弱巖土體，且風(fēng)化程度嚴(yán)重，地表覆蓋層大約為2m，主要為黃褐色亞粘土，在坡體上部位置零星分布，厚度為0-0.24m，下部為雜填土，主要成分是灰?guī)r，分布于路基位置，厚度和寬度分別為0-19m、20-60m。同時(shí)，該路段邊坡為亞熱帶季風(fēng)氣候，地表水發(fā)育，地下水主要為孔隙水和裂隙水，以雨水補(bǔ)給為主。

2.2 高邊坡垮塌成因

通過(guò)實(shí)際勘探、分析，了解該道路工程項(xiàng)目高邊坡垮塌的主要成因包括4方面：其一，土體與風(fēng)化巖石之間本身存在滑動(dòng)面，使其自然形式的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，且所采取的加固措施還未發(fā)揮支撐作用，很容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，形成垮塌災(zāi)害。其二，實(shí)際施工中，多考慮工序之間的銜接性，通常刷坡、搭設(shè)錨桿支架這兩種工序同時(shí)進(jìn)行，且加固深度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，造成邊坡垮塌。另外，施工過(guò)程中所產(chǎn)生的建筑垃圾堆放于坡面上，未及時(shí)清除坡體上的松散石、堆積物，加之受施工機(jī)械振動(dòng)因素的影響，邊坡內(nèi)剪應(yīng)力加大，破壞了邊坡本身的平衡狀態(tài)，發(fā)生垮塌。其三，本道路工程項(xiàng)目所設(shè)置的邊坡排水設(shè)施不夠完善，受雨水的沖擊，邊坡被水流沖刷，雨水會(huì)浸入坡體，導(dǎo)致邊坡內(nèi)部土體軟化，降低其穩(wěn)定性，從而使邊坡失穩(wěn)垮塌。其四，本道路工程中關(guān)于邊坡防護(hù)的設(shè)計(jì)，只采取框架梁結(jié)構(gòu)，意味著防護(hù)措施單一，而實(shí)際邊坡過(guò)陡，坡體下滑力較大，無(wú)法起到邊坡防護(hù)作用。

3 道路工程高邊坡垮塌治理方案及技術(shù)

3.1 高邊坡垮塌治理方案

道路工程高邊坡垮塌病害的治理，通常采取支擋、坡面防護(hù)及排水等處理措施，以提高高邊坡的穩(wěn)定性和道路的安全性。本道路項(xiàng)目高邊坡坍塌的治理，應(yīng)堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”這一原則，結(jié)合本道路工程邊坡垮塌的地層和地形特點(diǎn)及原因，采取“刷方減載+抗滑擋墻+排水及邊坡支擋”相結(jié)合的治理方案，解決高邊坡垮塌問(wèn)題，其中針對(duì)本道路工程中高邊坡施工存在易失穩(wěn)、施工高度大等問(wèn)題，結(jié)合本工程實(shí)際需求，采取臺(tái)階式邊坡，分級(jí)開(kāi)挖、支護(hù)這種工程防護(hù)措施，對(duì)路塹高邊坡開(kāi)挖施工嚴(yán)格控制，減少施工外部因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并且為了降低滑坡推力，擬沿著路線(xiàn)方向在第一級(jí)邊坡位置設(shè)置一排擋墻，增強(qiáng)滑坡穩(wěn)定性。此外，針對(duì)降雨因素造成的垮塌問(wèn)題，應(yīng)用相應(yīng)的排水技術(shù)，通過(guò)設(shè)置排引水設(shè)施、截水溝，防止外部水流入坡體，減少雨水對(duì)邊坡土體的侵?jǐn)_。

3.2 道路工程高邊坡垮塌治理技術(shù)

3.2.1 刷坡卸載

刷坡卸載作為常用的一種邊坡垮塌治理技術(shù)，多使用于垮塌病害形成階段，通常與其他支檔措施相結(jié)合進(jìn)行垮塌病害的綜合治理，該治理技術(shù)在安全性、經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢(shì)突出。結(jié)合本道路工程高邊坡垮塌的地層和地質(zhì)特點(diǎn)及病害原因，在路塹開(kāi)挖施工中，針對(duì)軟弱巖土高邊坡地段，選擇分級(jí)開(kāi)挖手段，即將坡性設(shè)計(jì)為臺(tái)階式，對(duì)各級(jí)坡度進(jìn)行嚴(yán)格，其中將臺(tái)階的高控制在10m，頂級(jí)緩坡、整巖體放緩到12m，平臺(tái)寬度控制在2-12m[2]，從第二級(jí)邊坡位置進(jìn)行刷坡，具體坡率如表1所示，具體施工中需做好每級(jí)邊坡、平臺(tái)兩側(cè)與原地形坡面平緩過(guò)渡銜接處理，以減小邊坡巖土體的剪應(yīng)力，達(dá)到上部減重的效果。

表1 路塹邊坡高坡坡率

3.2.2 支擋措施

針對(duì)高邊坡垮塌的治理，常用會(huì)使用旋挖樁、擋土墻及邊坡防護(hù)網(wǎng)這幾種支擋措施。對(duì)于該道路工程高邊坡的處理，由于巖土體應(yīng)力過(guò)大，且內(nèi)部應(yīng)力不均，加之受地質(zhì)條件這一自然因素的干擾，邊坡易出現(xiàn)垮塌、滑坡問(wèn)題只是單一的對(duì)其坡面進(jìn)行防護(hù)，無(wú)法起到增強(qiáng)邊坡整體穩(wěn)定性的效果。因此，該道路工程項(xiàng)目中，采取旋挖樁+擋土墻+坡面防護(hù)相結(jié)合這種方式。

其一，旋挖樁作為一種新型樁基施工工藝，在鉆孔速度快、定位準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高及工期短等方面優(yōu)勢(shì)明顯，多應(yīng)用于公路、橋梁及大型建筑基礎(chǔ)樁施工中，施工流程為：樁位放線(xiàn)、開(kāi)挖漿池和漿溝、鉆機(jī)就位、清水鉆進(jìn)、護(hù)壁注漿、樁、制作和吊放鋼筋籠、澆筑、檢測(cè)和驗(yàn)收樁基。該道路工程高邊坡垮塌治理中應(yīng)用旋挖樁施工工藝，應(yīng)嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行操作，各工序質(zhì)量控制要點(diǎn)包括：1.施工前，根據(jù)土質(zhì)情況來(lái)制備護(hù)壁泥漿，且對(duì)制漿的材料嚴(yán)格把控；2.軟弱土層施工時(shí)，應(yīng)設(shè)置井口鋼護(hù)筒，將其壁厚控制在10mm以上，并采取一定的防護(hù)措施，避免周?chē)潦瘔嬄洌绊懗煽浊蹇椎馁|(zhì)量；3.對(duì)鋼筋籠制作的材料數(shù)量、尺寸、規(guī)格等嚴(yán)格把控，緩慢地吊放鋼筋籠，防止其碰撞到孔壁土方，并且鋼筋籠固定后立即進(jìn)行混凝土灌注，防止塌孔。

其二，為了確保路塹高邊坡開(kāi)挖施工的安全性，該道路工程中還需應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行深層加固，其原理是以鉆孔的方式將錨桿穿過(guò)滑動(dòng)面、軟弱巖層，將錨桿一端固定在穩(wěn)固巖層中，對(duì)另一端進(jìn)行張拉，通過(guò)對(duì)巖層施加外部壓力，起到對(duì)失穩(wěn)邊坡錨固的作用[3]，如圖1所示。先鉆錨孔，對(duì)破碎巖層進(jìn)行鉆孔時(shí)，采取套管跟進(jìn)鉆孔方式，將終孔控制在130mm，使用壓力為0.2-0.4MPa的風(fēng)壓來(lái)進(jìn)行清孔，防止雜物影響粘結(jié)強(qiáng)度，然后對(duì)所選擇的高強(qiáng)度、低松弛的鋼絞線(xiàn)進(jìn)行組裝，將其延伸率控制在3.5%，錨固段的鋼絞線(xiàn)設(shè)置為環(huán)形，錨索采取分布張拉方式，按照設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行施拉，每次持荷時(shí)間控制在2-5min，若鎖定后無(wú)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，方可進(jìn)行封錨，最后采取孔底壓漿方式進(jìn)行壓漿，即從孔底至孔孔返漿式注漿，該過(guò)程中將壓力控制在0.25MPa以上[4]。

圖1 錨索示意圖

其三，路基邊坡受降雨、風(fēng)蝕及人工因素的影響，會(huì)產(chǎn)生表面垮塌、坡面滑坡等病害，如不對(duì)其有效防護(hù)，會(huì)造成更大邊坡病害，針對(duì)石質(zhì)邊坡，由于其坡面具有一定支撐能力，只需對(duì)其坡面進(jìn)行防護(hù)，就能減少穩(wěn)定變化及雨水沖刷等對(duì)其影響，提高道路路塹高邊坡整體穩(wěn)定性。對(duì)該道路工程高邊坡垮塌病害進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)采取植物防護(hù)、工程防護(hù)這兩種手段，前者通常采取植灌木、種草或鋪草等方式，實(shí)現(xiàn)邊坡的防護(hù)，比如綜合考慮本工程所在地的土質(zhì)、氣候及含水量等因素，選擇便于養(yǎng)護(hù)、成活率高且經(jīng)濟(jì)的植物來(lái)種植；后者通常采取噴灌、抹面等形式進(jìn)行邊坡防護(hù)，邊坡的陡坡面多采取這種防護(hù)措施。此外，也可以將植物防護(hù)和工程防護(hù)這兩種防護(hù)手段相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)邊坡的綜合治理。

3.2.3 排水處理

道路高邊坡垮塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，還受地下水活動(dòng)因素影響，為了有效處理高邊坡垮塌問(wèn)題，還需做好地表水、地下水處理工作。根據(jù)該道路工程特點(diǎn)，路塹施工前，提前開(kāi)挖截水溝，每開(kāi)挖一級(jí)后，立即按照設(shè)計(jì)要求制作平臺(tái)截水溝，防止邊坡表面水滲入巖土體，并在成型坡面上開(kāi)挖排水溝，將溝高、寬分別控制在0.8m、0.5m[5]，根據(jù)坡面巖土體結(jié)構(gòu)來(lái)確定排水溝間距，并向溝內(nèi)鋪墊滲水土工布，然后回填碎石、卵石，最后在表面覆蓋素土，進(jìn)行壓實(shí)處理。

同時(shí)，針對(duì)部分巖土結(jié)構(gòu)松散的邊坡，雨水更容易浸入，所以在坡面設(shè)置支撐滲溝的過(guò)程中，向坡頂預(yù)定區(qū)域注入水泥漿，既可以實(shí)現(xiàn)巖土體結(jié)構(gòu)的固結(jié)，增強(qiáng)其抗剪強(qiáng)度，又可以實(shí)現(xiàn)巖土體縫隙的封閉，防止地下水浸入。此外，還可以通過(guò)改變坡土體結(jié)構(gòu)的化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)固，比如向水泥漿液中添加適量的石灰進(jìn)行注漿，就能達(dá)到穩(wěn)定邊坡的效果。

3.2.4 邊坡病害監(jiān)測(cè)

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理道路工程邊坡垮塌、變形等病害問(wèn)題，確保道路高邊坡的可靠性，可采用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)報(bào)、處理。就該道路工程而言，對(duì)高邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合評(píng)估，利用新型監(jiān)測(cè)手段來(lái)獲取邊坡變形信息，比如先根據(jù)該道路工程實(shí)際需求進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布設(shè)，并使用北斗與安全在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)該路段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取所需的邊坡信息，為高邊坡施工、管理及運(yùn)維工作的有效實(shí)施提供數(shù)據(jù)依據(jù)，便于根據(jù)邊坡變化情況，及時(shí)、科學(xué)地采取相應(yīng)的邊坡防護(hù)方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與普通道路邊坡相比較，路塹高邊坡在土質(zhì)、巖石挖方邊坡高度方面具有一定差異，受地形地貌、地質(zhì)巖性、水文氣象、工程施工及人類(lèi)活動(dòng)等內(nèi)外部因素的影響，邊坡中的土體強(qiáng)度會(huì)降低，當(dāng)其內(nèi)部下滑力大于抗滑力時(shí)，會(huì)破壞邊坡的穩(wěn)定性，形成滑坡、垮塌等問(wèn)題。為了減少和避免垮塌問(wèn)題所帶來(lái)的損失，道路工程建設(shè)中，一方面綜合考慮多方面因素來(lái)設(shè)計(jì)道路建設(shè)路線(xiàn)，盡量避免深填、高挖，且施工中盡可能減少爆破、排水等作業(yè)對(duì)邊坡的影響；另一方面積極應(yīng)對(duì)已造成的垮塌問(wèn)題，結(jié)合高邊坡特點(diǎn)、施工條件等制定科學(xué)的治理方案，以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，減少垮塌風(fēng)險(xiǎn)。