針對(duì)高邊坡設(shè)計(jì)與加固分析探討
摘要：在高邊坡調(diào)查、勘探和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，應(yīng)認(rèn)識(shí)高邊坡變形的類型、性質(zhì)、機(jī)制、范圍和規(guī)模，劃分出穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定性差和不穩(wěn)定級(jí)別。在高邊坡設(shè)計(jì)施工中應(yīng)按一定的設(shè)計(jì)思想、技術(shù)路線、基本原則和方法指導(dǎo)高邊坡的設(shè)計(jì)施工。高邊坡設(shè)計(jì)尚無規(guī)范可循，如何正確認(rèn)識(shí)高邊坡的特性，合理地進(jìn)行勘察、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)和加固，作者提出了自己的意見和建議，與同行專家討論。
關(guān)鍵詞：高邊坡設(shè)計(jì)，高邊坡加固
1問題的提出
一般認(rèn)為高度大于30m的巖質(zhì)邊坡為高邊坡,土質(zhì)邊坡大于20m即為高邊坡。高邊坡的穩(wěn)定性問題在鐵路、公路、礦山和水利建設(shè)中早已存在,近年來在高速公路建設(shè)中尤其突出。高邊坡的穩(wěn)定性受控于邊坡所在巖土體的基本特性——地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、坡體結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件等,以及人為改造的程度——開挖高度、坡形和坡度。由于地質(zhì)體的復(fù)雜性、多變性和不均質(zhì)性,使得高邊坡設(shè)計(jì)也十分復(fù)雜,至今還作為一種特殊設(shè)計(jì)而無章可循。
低等級(jí)公路由于標(biāo)準(zhǔn)低,路基窄,開挖量少,高邊坡不多。但隨著山區(qū)高速公路的發(fā)展,路線等級(jí)高,路基寬,開挖量大,出現(xiàn)了大量高邊坡,也發(fā)生了眾多高邊坡變形和破壞,既增加了投資,又延誤了工期,甚至造成已有工程的破壞。如京珠高速公路,廣東北段高度大于30m的邊坡近300處,治理滑坡和高邊坡加固花費(fèi)近8億元。某高速公路長147km,大于30m的邊坡近300處,治理滑坡和邊坡加固花費(fèi)5億多元,重慶市萬州至梁平高速公路有20余公里設(shè)在砂泥巖順層地段,幾乎所有的高邊坡開挖后都發(fā)生了變形,加固邊坡花去近2億元。安徽省徽杭高速公路在開挖過程中產(chǎn)生大量高邊坡變形問題,成為制約投資及工期的最主要控制因素之一,如何設(shè)計(jì)使高邊坡穩(wěn)定,如何正確認(rèn)識(shí)影響高邊坡穩(wěn)定性的因素已引起眾多技術(shù)人員的重視。
2影響高邊坡穩(wěn)定的因素分析
根據(jù)邊坡工程從“產(chǎn)生原因”到“防治對(duì)策”的總體思路和原則,我們認(rèn)識(shí)高邊坡,分析高邊坡,首先應(yīng)從邊坡病害的形成條件、影響因素入手,分析影響路塹高邊坡穩(wěn)定的主要因素,搞清邊坡病害的形成條件,使設(shè)計(jì)工程有的放矢,最終保證設(shè)計(jì)工程經(jīng)濟(jì)合理,安全可靠。
概況而言,影響路塹高邊坡穩(wěn)定的因素主要可歸納為以下3個(gè)方面:
2.1路塹高邊坡的工程地質(zhì)特征工程地質(zhì)特征是判斷邊坡穩(wěn)定與不穩(wěn)定的主要內(nèi)因,它包括以下幾個(gè)方面:
(1)地層巖性:地層巖性及其組合是構(gòu)成高邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ),巖性決定巖石的強(qiáng)度,抗風(fēng)化能力,巖體結(jié)構(gòu)及所能保持的邊坡高度。巖石軟弱,風(fēng)化深度大,構(gòu)造破碎嚴(yán)重,當(dāng)切坡高度、陡度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。
(2)地質(zhì)構(gòu)造:地質(zhì)構(gòu)造決定巖層的產(chǎn)狀,節(jié)理裂隙的性質(zhì)及發(fā)育程度,斷層破碎帶的性質(zhì)等,這些因素又決定了路塹邊坡的巖體結(jié)構(gòu)。受構(gòu)造的影響,如高邊坡體上節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,將嚴(yán)重影響路塹高邊坡的穩(wěn)定性,局部邊坡的穩(wěn)定主要受傾向臨空不利結(jié)構(gòu)面的控制。
(3)邊坡巖體的風(fēng)化程度:巖體風(fēng)化一方面破壞了巖體的完整性,另一方面使巖石物質(zhì)成份發(fā)生變化,導(dǎo)致巖石物理力學(xué)性質(zhì)的改變,直接影響巖體的強(qiáng)度及構(gòu)造特性,進(jìn)而影響路塹邊坡的穩(wěn)定。風(fēng)化程度一般分為四級(jí),即全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化。不同的風(fēng)化程度表示著巖石受改造的程度及其力學(xué)屬性的差異,同時(shí)也預(yù)示著其變形特征及主要影響變形因素的改變。如殘積層及全風(fēng)化呈砂土狀巖體構(gòu)成的高邊坡的穩(wěn)定性,節(jié)理裂隙已不起作用,起控制作用的是土狀巖體的強(qiáng)度能否支撐設(shè)計(jì)的坡度、坡高;強(qiáng)風(fēng)化碎裂結(jié)構(gòu)巖體或風(fēng)化呈碎石夾砂土狀巖體,由巖體強(qiáng)度、破碎程度及構(gòu)造面的組合及其與臨空面的關(guān)系等共同控制邊坡的穩(wěn)定性;中～微風(fēng)化軟質(zhì)巖石,主要由巖體結(jié)構(gòu)面及巖性控制邊坡設(shè)計(jì),中～微風(fēng)化硬質(zhì)巖石,主要由結(jié)構(gòu)、構(gòu)造面組合及其與臨空面的關(guān)系控制坡形、坡度的設(shè)計(jì)及其加固工程措施。
(4)水文地質(zhì)條件:水是造成邊坡失穩(wěn)的重要因素,地下水軟化巖(土)體,降低其強(qiáng)度,增大容重而增大了下滑力,產(chǎn)生靜、動(dòng)水壓力,產(chǎn)生邊坡的失穩(wěn)。坡體內(nèi)具豐富的地下水,巖性軟弱,往往導(dǎo)致大規(guī)模變形如坡體滑坡、邊坡滑坡的產(chǎn)生,是否具地下水及地下水發(fā)育程度是評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定的重要元素。
2.2路塹邊坡的設(shè)計(jì)措施
路塹邊坡的開挖是對(duì)自然應(yīng)力狀態(tài)的重大改變,是造成邊坡失穩(wěn)的直接原因,因此路塹邊坡的設(shè)計(jì)措施是否合理是決定路塹邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵,它包括確定坡形、坡度、邊坡高度和防護(hù)結(jié)構(gòu)的類型等。故在一定的工程地質(zhì)條件下,路塹邊坡的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)措施是否與地質(zhì)條件相適應(yīng)。
2.3施工方法、工藝及施工順序
施工方法、工藝及施工順序?qū)β穳q邊坡的穩(wěn)定也有很大影響,故應(yīng)結(jié)合不同地質(zhì)條件及工程特性,在設(shè)計(jì)合理的前提下,做好施工組織,選擇有效的施工方法及工藝,尤其做好開挖與支擋工程的有機(jī)配合。如對(duì)危重病害邊坡,必須分級(jí)開挖,隨即支擋,挖一級(jí),支擋防護(hù)一級(jí),再向下挖。若一挖到底再防護(hù),可能發(fā)生新的變形,增加投資及影響施工進(jìn)度。又如高邊坡加固采用錨固工程,近二十年來在國內(nèi)外大量應(yīng)用,比較成功。但錨固工程主體為地下隱蔽工程,且工程質(zhì)量與施工技術(shù)密切相關(guān),對(duì)錨固工程施工隊(duì)伍的專業(yè)技術(shù)水平要求較高,應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心強(qiáng)的施工隊(duì)伍,并加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督與管理,確保邊坡穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。
除上述因素以外的其他一些次要的外在條件,如破壞植被,上部荷載情況等,均對(duì)邊坡的穩(wěn)定有一定的影響。
3路塹高邊坡破壞類型及其防治對(duì)策
路塹高邊坡的變形破壞類型有多種,從工程防治的難易和投資多少考慮,常按其變形規(guī)模和范圍分為坡體變形、邊坡變形和坡面變形。
(1)坡體變形:邊坡所在山體或斜坡體工程地質(zhì)條件較差,有不良坡體結(jié)構(gòu)或巖體結(jié)構(gòu),有貫通且延伸度長的傾向臨空的不利結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層,地下水發(fā)育,影響范圍深、邊坡高度高,會(huì)產(chǎn)生規(guī)模較大的滑坡、崩塌、錯(cuò)落和坍塌等坡體整體失穩(wěn)變形,其范圍常超出邊坡范圍。針對(duì)此類坡體變形,結(jié)合坡形、坡度設(shè)計(jì),必須采取工程支擋措施,如抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索框架、抗滑擋土墻等,用以固腳強(qiáng)腰,同時(shí)輔以必要的排水及減重等措施,確保坡體的穩(wěn)定。由于此類變形規(guī)模大,危害嚴(yán)重,常是邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。
