黃 敏

摘要:本文從影響公路邊坡的影響因素著手,闡述公路邊坡穩(wěn)定性的分析方法,提出了公路邊坡失穩(wěn)的防治措施,為公路邊坡綜合防護設(shè)計和研究提供技術(shù)保障要求。

關(guān)鍵詞:公路邊坡;穩(wěn)定性;影響因素分析;評估方法;防治措施

1 引言

目前我國公路建設(shè)正在飛速發(fā)展,修建公路時往往會在一定程度上破壞原來較為穩(wěn)定的巖體,加上雨水的沖刷,使得公路由于邊坡穩(wěn)定性的下降衍生出許多工程災(zāi)害事故。例如邊坡侵蝕、坡面坍塌等,而這些災(zāi)害事故的產(chǎn)生不僅會造成重大的經(jīng)濟損失,對人民群眾的生命安全也是一種潛在的威脅。因此,如何選擇適當?shù)倪吰卤Ｗo形式以提高邊坡穩(wěn)定性,已成為我國公路建設(shè)急需解決的重要研究課題之一。本文針對邊坡穩(wěn)定性的影響因素和分析方法展開研究,提出邊坡綜合整治的措施,為公路邊坡綜合防護設(shè)計和研究提供理論依據(jù)。

2 公路邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

當邊坡成型后,多會受到自然環(huán)境或人為環(huán)境的影響,導致邊坡穩(wěn)定性減低,造成崩塌破壞。邊坡失穩(wěn)的原因大致可以分為潛在影響因子和誘發(fā)影響因子兩類。

2.1 潛在影響因素

2.1.1 地形因素:在地形的表現(xiàn)上包括坡高、坡寬、坡度及坡向等。而這些因子將決定邊坡建成后會受到環(huán)境的影響程度。坡度對邊坡的影響最直接,坡度過大不利于植物生長且邊坡組成成分如土壤及巖石就容易失去力學平衡,造成邊坡失穩(wěn),最后可能引發(fā)嚴重土壤侵蝕或山崩等邊坡破壞,因此一般坡度愈大,邊坡穩(wěn)定度愈低。

2.1.2 地質(zhì)材料因素:邊坡主要由單一或多種地質(zhì)材料所組成,地質(zhì)材料的組成成分包括礦物的種類、組織、膠結(jié)狀況、成巖時間等,其外在的表現(xiàn)則為巖性、土壤種類、力學強度及抗風化能力。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造因素:地質(zhì)構(gòu)造是影響邊坡穩(wěn)定性最主要的因子之一。當巖體中存在不連續(xù)結(jié)構(gòu)面如層面、節(jié)理、劈理、片理、剪裂帶及斷層等,會使巖體成為不連續(xù)或破碎的巖石,降低巖體強度或提高受風化的影響,而此不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的存在也容易發(fā)展成破壞滑動面,提高邊坡的不穩(wěn)定性。一般而言,不同的坡型其穩(wěn)定性由好到壞為斜交坡、逆向坡與順向坡。因此地質(zhì)構(gòu)造的方向性、分布密度、分布大小及性質(zhì)的不同,將對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生相當?shù)挠绊憽?/p>

2.2 誘發(fā)影響因素

2.2.1 環(huán)境因素:由于環(huán)境因子涵蓋范圍較廣,下面主要針對降雨、地下水、風化與侵蝕作用及地震等對邊坡穩(wěn)定性造成的影響,逐一加以介紹。降雨:水是造成邊坡破壞的主要因素之一,由于降雨后易使地表材料軟化降低強度,并增加孔隙水壓,降低邊坡穩(wěn)定。有學者指出對自然邊坡最不利的環(huán)境因素是持續(xù)性的暴雨,易造成坡面侵蝕與坍塌;地下水:地下水對邊坡造成的不利影響包括:水壓作用于垂直裂縫,產(chǎn)生水平推力,使得巖坡或土坡被推向下方;浮力作用于潛在滑動面之上,使得有效正應(yīng)力減小,降低該面的摩擦力;風化及侵蝕作用:邊坡巖石風化后,強度大幅降低,易使護坡作用降低,導致侵蝕量增加,然后新鮮的巖層再次暴露,進一步被風化與侵蝕;地震:地震產(chǎn)生的地表加速度會使邊坡下滑力增加,抵抗力減小,同時地震釋放的水平震波易使缺乏抵抗橫向剪力作用的邊坡發(fā)生破壞。

2.2.2 人為因子:因人為活動造成邊坡失穩(wěn)的影響因素稱為人為因子,如道路開挖、山坡地開發(fā)、爆破、采礦及開墾等。山坡地不當開發(fā):目前山坡地不當使用會造成地形和自然植被的改變,邊坡坡度因挖、填而變陡,加上自然植被亂砍亂伐,導致邊坡失去水土保持的功能,加速邊坡崩塌事故的發(fā)生;不當加載:當邊坡在坡階或坡頂上有不當加載時,將導致下滑力增加,當超過自身及保護設(shè)施所能提供的抵抗力時,將容易形成邊坡破壞;大量挖填方:在坡地開發(fā)中,常將邊溝回填以利開發(fā),而此填方區(qū)若未滾壓密實,土體內(nèi)部會較松散,因此易產(chǎn)生不均勻沉陷或變形。當填方區(qū)上方有建筑物時,將造成龜裂、位移、歪斜或傾倒等災(zāi)害;坡腳不當開挖:坡腳開挖可能使巖體的抗剪強度降低,當受到其它因素觸發(fā),則有立即發(fā)生破壞的可能;邊坡防護不當:一般坡地開發(fā)均需符合水土保持規(guī)范,按規(guī)定進行邊坡生態(tài)防護,或增設(shè)排水系統(tǒng)和擋土設(shè)施等。當這些邊坡防護施設(shè)不當或維護不良時,將會直接影響邊坡的穩(wěn)定性。

3 公路邊坡穩(wěn)定性分析評價方法

3.1 土體穩(wěn)定極限平衡法。在工程實踐中,主要根據(jù)邊坡破壞滑動面的形態(tài)來選擇極限平衡法,常常假定滑動面為圓弧形,由此建立土體的作用力與土體強度之間的平衡條件,進行邊坡穩(wěn)定性評價。對于粘性土質(zhì)邊坡可采用剛體極限平衡理論中的圓弧法來分析;對于無粘性土邊坡可采用相應(yīng)的折線法;對于巖質(zhì)邊坡,則常采用剛性塊體穩(wěn)定分析法。極限平衡方法最顯著的優(yōu)點是具有較為嚴密的理論基礎(chǔ),能為使用者提供一個清晰的破壞模式物理圖形,和一個實用的穩(wěn)定性指標。

3.2 有限元(FEM)法。 變形介質(zhì)邊坡的有限元法。該法適用于大部分土質(zhì)邊坡及軟弱巖體邊坡問題,變形邊坡自身的彈性變形、塑性變形或流變變形較大,使變形體在后緣張開、前緣壓縮隆起,此時,剛體平衡假設(shè)下的分析法不再適用;邊坡大變形的有限元法。此法適用于地震、爆破等動荷載作用下邊坡的穩(wěn)定性分析及其滑速、涌浪分析,還應(yīng)采用有限元動力大位移模型分析。

3.3 其它評估方法。除了上述的評估方法以外,現(xiàn)在用于邊坡穩(wěn)定性評估的方法還有可靠性方法、模糊數(shù)學方法、統(tǒng)計分析方法、灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。這些方法是將調(diào)查所得資料借助現(xiàn)有的統(tǒng)計分析軟件和編程軟件,加以計算得出分類評估的標準,從而對邊坡穩(wěn)定性進行評估。

4 公路邊坡失穩(wěn)的防治措施

邊坡失穩(wěn)的防治應(yīng)以治本為主,即通過采取地表排水、地下排水、坡體防護、坡頂清方、坡腳加載、固化等工程措施。目的是增強邊坡的自身穩(wěn)定性,邊坡土體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性是引起邊坡失穩(wěn)的內(nèi)因,而水尤其是大氣強降水和連續(xù)降水是邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素即外因。所以采取工程防治措施時,應(yīng)以截、排地表和地下水以及坡體防護為主,必要時采取適當?shù)闹醴雷o工程。

4.1 排水措施

截排水工程。截排水工程包括地面排水工程和地下排水工程。地面排水工程主要是攔截邊坡以外的地面水及排除邊坡范圍內(nèi)的地表水。地面排水溝均應(yīng)采用砂漿砌筑,以防止?jié)B漏和沖刷。地下排水工程多采用盲溝,其對防治邊坡失穩(wěn)以及其他類型的路基病害有良好的效果。邊坡滲溝能有效地排引邊坡內(nèi)部的層間水及地表滲水。

4.2 邊坡防護工程。坡面植草可以改善坡面土體固著力并防止表面沖刷。草皮應(yīng)盡早鋪種,盡量選擇在草皮極易成活的季節(jié)種植。采用滿鋪漿砌片石或骨架式漿砌片石構(gòu)筑物時,一定要在骨架內(nèi)種植草皮等保護坡體的方式,也可以采用其他類型的骨架護坡,但骨架內(nèi)填土應(yīng)夯擊密實,以防止邊坡被沖刷,產(chǎn)生滲漏。

4.3 支擋工程。對邊坡坡腳及邊坡內(nèi)部發(fā)生的坍塌,當坍塌體較厚,人為清方困難且可能引起坍塌范圍擴大的地段,可視滑體的推力大小等因素分別采用漿砌片石擋土墻、抗滑樁、錨桿、錨索地梁或錨管注漿等支擋工程類型,以恢復(fù)邊坡平衡,杜絕坍塌發(fā)生。

結(jié)語

要搞好公路建設(shè)和環(huán)境保護,確保公路邊坡穩(wěn)定、安全,要深入了解公路邊坡失穩(wěn)的影響因素(諸如土質(zhì)、水文、氣候等),正確地評價公路邊坡穩(wěn)定性,靈活采用不同的公路邊坡防治措施,加強公路邊坡設(shè)計和施工管理,才能保證公路安全運行和避免坍塌事故的發(fā)生。

參考文獻

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作者簡介:黃敏(1980-),女,本科,助理工程師,從事市政道路工程設(shè)計。