高等级公路边坡滑坡成因及常用处治技术探析

高等级公路边坡滑坡成因及常用处治技术探析
汪永华
摘要：高等级公路高快速、流量大、服务功能突出等特点，具有重要的政治和经济价值。特别是随着我国高等级公路建设的迅速发展，公路边坡的加固与防护也日益重要。本文分析了高等级公路边坡滑坡的成因，研究了边坡工程处治设计原则，探析了边坡处治的常用技术，对高等级公路的设计和养护具有重要的参考价值。
关键词：高等级公路 边坡滑坡 成因 处治技术
边坡是人类工程活动中最常见的一种自然地质环境。随着我国高等级公路建设的迅速发展，公路边坡的加固与防护也日益重要，它一方面关系到公路的安全运行，另一方面又影响到边坡工程的成本。
一、高等级公路边坡滑坡成因分析
影响高等级公路边坡滑坡的因素很多，一般归纳为两个方面，即内在因素和外在因素。
(l)内在因素
内在因素是产生滑坡的根本原因，主要表现为边坡(岩)土体强度与滑坡下滑的剪切力是否相适应，当剪切力大于边坡自身强度所形成的抗滑力时，边坡就会变形，直至破坏滑动。而当(岩)土体自身的强度较大，所产生的抗滑力大于下滑的剪切力时，边坡就稳定。控制边坡稳定程度的内在因素，主要是(岩)土体的性质和其内部结构，地应力的大小等。
(2)外在因素
边坡是否产生活动还决定于外在因素：边坡的边界条件，地表水及地下水的影响，地震和爆破震动的影向，人类活动影响等等。
①边界条件：滑坡的发生，首先要有基本的滑坡边界条件，主要指滑动(岩)土体的下方或前方要有滑动空间，即要有临空面。在高等级公路建设中，开挖形成的路折边坡都存在着临空面，所以边坡有着滑坡的条件。
②地表水和地下水的影响：地表水的下渗，导致边坡土体饱和，甚至在边坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量，降低了边坡岩土体的抗剪强度，最终导致滑坡。
地下水的存在，使边坡(岩)土体抗剪强度显著减小，同时地下水还能溶解土石中的易溶物质，使土石成分发生变化，并使岩石和岩体结构受到破坏，发生崩解和泥化现象，从而使(岩)土体的抗剪强度降低，导致滑坡的形成。
③地震、爆破对滑坡的影响：地震对滑坡的影响极大，究其原因，首先是地震的强烈作用使边坡(岩)土体的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，加土上地下水也有较大变化，特别是地下水位的突然升高或降低对边坡稳定很不利。另外，一次强烈地震的发生，往往伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜披土体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡。
④人类活动的影响：主要指人们在高等级公路建设中所采取的有关措施、方法和行动不当造成滑坡。
二、边坡工程处治设计原则
高等级公路边坡工程处治主要要服从以下原则：
(1)边坡工程中的极限状态设计原则
边坡设计要解决的根本问题是在边坡的稳定性与经济之间的一种合理的平衡，力求以最经济的途径使服务于工程建筑物的边坡满足稳定性和可靠性的要求。边坡工程的可靠性是指边坡及其支护结构在规定的时间内，在规定的条件下，保持自身整体稳定性的能力，它是边坡安全性、适用性和耐久性的总称。
①安全性：边坡及其支护结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种荷载作用，以及在偶然时间发生时及发生后应能保持必须的整体稳定性。
②适用性：边坡及其支护结构在正常使用时能满足预定的使用要求，如作为建筑物环境的边坡能保持主体建筑物的正常使用。
③耐久性：边坡及其支护结构在正常维护下，随着时间的变化，仍能保持自身整体稳定，同是不会因为边坡的变形而引起主体建筑物的正常使用。
为了对边坡及其支护结构的可靠性进行定量描述，可采用边坡工程的可靠度概念。它是指边坡及其支护结构在规定的时间内，在规定的条件下，保持自身整体稳定性的概率。显然，它是边坡及其支护结构可靠性的一种概率度量。鉴于边坡稳定性设计岩上介质多种不确定性因素的影响，边坡可靠度的研究难度远较结构可靠度大，因此目前在边坡工程设计中主要是应用较成熟的结构可靠度理论，在保证边坡稳定性的前提下对支护结构采用极限状态设计原则。
在边坡工程设计中采用的极限状态设计法(其基准期以主体建筑物的设计基准期为准)，一般采用承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态，承载能力极限状态时指支档结构强度破坏、锚固系统失效、边坡失稳；正常使用极限状态时指支护结构和边坡变形量、危及邻近建(构)筑物正常使用、耐久性不能满足结构设计年限要求等。
(2)边坡设计中的荷载效应原则
在边坡稳定性分析与推力计算中的涉及的主要荷载有：边坡岩土体自重，边坡上的各种建筑物产生的附加荷载，地下水产生的诸如静水压力、渗透压力等荷载、可变荷载和偶然荷载。各种荷载的取值应根据不同极限状态的设计要求取不同的代表值，永久荷载一般以其标准值作为代表值，可变荷载一般以其标准值、组合值、准永久值作为代表值。
各种荷载的标准值是根据边坡处治结构按照极限状态设计是采用的荷载基本代表值，它可以统一由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位数确定，准永久值主要依据荷载出现的累积持续时间而定，即按照设计基准期内荷载超过该值的总持续时间与整个设计基准期的比值确定。可变荷载的组合值是当结构承受两种或两种以上的可变荷载时，按承受能力极限状态基本组合及正常使用极限状态短期组合设计时采用的荷载代表值。
各种荷载效应组合应根据有关国家现行规范，按照最不利原则进行。边坡工程设计中采用的荷载按照最不利原则进行组合。
(3)边坡工程设计中的设计计算原则
在边坡工程设计中必须进行下列验算：
①支护结构强度计算，包括锚杆抗拔承载力和立柱与挡墙基础的地基的抗压、抗弯、抗剪及局部抗压承载力均应满足稳定性验算。
②在锚杆挡墙设计中，必须进行锚杆抗拔承载力和立柱与挡墙基础的地基承载力验算。
③当边坡位于滑坡地段或边坡的滑塌可能影响到周围的建筑物时，应对边坡工程进行支护结构整体或局部稳定性验算。
④如果对边坡的变形有较高的要求时，应对边坡进行变形分析，并根据分析结构采取有限的措施控制变形量，使之满足规定要求。
(4)边坡工程设计中的信息化设计原则
由于边坡（岩）土介质的复杂性、可变性和不确定性，地质勘察参数难以准确确定，加之设计理论和设计方法带有经验性和类比性。因此边坡工程的设计往往难以一次定型，需要根据施工中反馈的信息和监控的资料不断校核、补充和完善设计，这是目前边坡工程处治设计中较为科学的动态设计方法，这种设计方法要求提出特殊的施工港岸和监控方案，以保证在施工工程中能获取对原设计进行校核、补充和完善的有效资料和数据。
(5)边坡工程设计的综合治理原则
在边坡工程设计，应根据边坡的具体情况，结和主体工程建筑物实施多措施综合治理原则。在保证边坡自身稳定性的前提下，综合考虑主体建筑物、周围建筑物、周边建筑物以及整体美观、适用、经济等特点进行优化设计。
三、边坡处治的常用技术探析
边坡的处治技术很多，概括起来主要有以下几部分：
(1)放缓边坡
放缓边坡是边坡处治的常用措施之一，通常为首选措施。它的优点是施工简便、经济、安全可靠。
边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过削坡，削掉一部分边坡不稳定岩土体，使边坡坡度放缓，稳定性提高。
(2)支挡
支挡(挡墙、抗滑桩)是边坡处治的基本措施。对于不稳定的边坡岩土体，使用支挡结构(挡墙、抗滑桩等)对其进行支挡，是一种较为可靠的处治手段。它的优点是可以从根本上解决边坡的稳定性问题，达到根治的目的。
(3)加固
①注浆加固
当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时，可采用压力注浆这一手段，对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结的作用，形成整体；此外，砂浆柱对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。
注浆加固可对边坡进行深层加固。
②锚杆加固
对边坡坡体破碎，或边坡地层软弱时，可打入一定数量的锚杆，对边坡进行加固。锚杆加固边坡的机理相当于螺栓的作用。
锚杆加固为一种浅层加固手段。
③土钉加固
对于软质岩石边坡或土质边坡，可向坡体内打入足够数量的土钉，对边坡起到加固作用。土钉加固边坡的机理类似于群锚的作用。
与锚杆相比，上钉加固具有“短”而“密”的特点，是一种浅层边坡加固技术。两者在设计计算理论上有所不同，但在施工工艺上是相似的。
④预应力锚索加固
当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深时，预应力锚索不失为一种较好的渗层加固手段。目前，在高边坡的加固工程中，正逐渐发展成为一种趋势，被越来越多的人接受。
在高边坡加固工程中，与其他加固措施相比，预应力锚索具有：
①受力可靠；
②作用力可均匀分布于需加固的边坡上，对地形、地质条件适应能力强，施工条件易满足；
③主动受力；
④勿需放炮开挖，对坡体不产生扰动和破坏，能维持坡体本身的力学性能不变。
⑤施工速度快等优点。
(4)防护
边坡防护包括植物防护和工程防护。
①植物防护
植物防护是在坡面上栽种树木、植被、草皮等植物，通过植物根系发育，起到固土，防止水土流失的一种防护措施。这种防护措施一般适用于边坡不高、坡角不大的稳定边坡。
②工程防护
a砌体封闭防护
当边坡坡度较陡、坡面土体松散、自稳性差时，可采用污工砌体封闭防护措施。砌体封闭防护包括浆砌片石、浆砌块石、浆砌预制块、浆砌混凝土空心砖等。
b喷射素混凝土防护
对于稳定性较好的岩质边坡，可在其表面喷射一层素混凝土，防止岩石继续风化、剥落、达到稳定边坡的目的。这是一种表层防护处治措施。
c挂网锚喷防护
对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳定性较差的岩质边坡，可采用挂网锚喷防护。挂网锚喷是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等，向坡体内打入锚杆(或锚钉)将网钩牢，向网上喷射一定厚度的素混凝土，对边坡进行封闭防护。
(5)排水
①截水沟
为了防止边坡以外的水流进坡体，对坡面进行冲刷，影响边坡稳定性，通常在边坡外缘设置截水沟，以拦截坡外水流。
②坡内排水沟
除了边坡外缘设置截水沟外，在边坡坡体内应设置必要的排水沟，使大气降雨能尽快排出坡体，避免对边坡稳定产生不利影响。
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