巖土工程中邊坡治理技術(shù)研究

燕羽佳

(鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計(jì)研究院,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引 言

我國近年來進(jìn)行了多項(xiàng)邊坡治理類的巖土工程，在邊坡治理的過程中遇到了很多問題，比較典型的就是施工現(xiàn)場附近的土質(zhì)疏松，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，更嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生地面塌陷、山體滑坡等安全事故，因此有關(guān)部門要求在完成施工建設(shè)之后務(wù)必要做好邊坡治理工作。

1 巖土工程邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法

在治理邊坡之前，首先需要分析計(jì)算該邊坡是否牢固穩(wěn)定，然后再針對性地對不穩(wěn)定的邊坡進(jìn)行治理，這樣可以提高邊坡治理的效率和質(zhì)量，否則對邊坡全部治理會浪費(fèi)相當(dāng)多的人力物力資源。而確定邊坡是否穩(wěn)定有很多種方法，本文僅對瑞典條分法進(jìn)行分析[1]。

瑞典條分法可以用如下公式進(jìn)行表示：

Fs=抗滑力矩滑動力矩=MRMs=C×AC→×RW×d

(1)

式中：Fs為邊坡的穩(wěn)定系數(shù)；MR為抗滑力矩；Ms為滑動力矩；R、d等含義如圖1所示。

圖1 邊坡的穩(wěn)定性受力分析圖

圖1中各指標(biāo)意義為：i為邊坡各豎直條塊；Wi為此地的重力；Pi和Pi+1為相鄰兩個邊坡的豎直條塊的法向力；Hi和Hi+1為相鄰兩個邊坡的豎直條塊的切向力；cd的含義為邊坡條件的滑動段；li的含義為邊坡豎直條塊的長度；ci×li為邊坡豎直條塊的黏聚阻力；Ni×tgφ為邊坡豎直條塊的摩擦阻力；Ni為邊坡第i塊豎直條塊的弧段中心。

Hi已知，Pi+1、Hi+1、hi+1、Ni、Ti未知，根據(jù)圖1 受力分析情況可以得到以下聯(lián)立公式：

{∑Fxi=0

∑Fzi=0

∑Mi=0

(2)

根據(jù)圖1中受力分析的各已知、未知量可以得到以下公式：

Ti=Ni×tan φi+ci×liFs

(3)

根據(jù)瑞典條分法受力分析情況，可以得到受力平衡時公式如下：

Ni=Wicosθi

(4)

根據(jù)極限平衡時各受力分析情況，可以得到如下公式：

Ti=TηFs=ci×li×Ni×tg φiFs

(5)

式中：Tη為邊坡的抗剪強(qiáng)度；Fs為邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。

根據(jù)力矩平衡時各受力分析情況，可以得到抗滑力矩的公式如下：

∑TiRi=∑ci×li+NitgφiFs

(6)

根據(jù)邊坡豎直條塊的受力分析情況，可以得到滑動力矩的公式如下：

∑Widi=∑(Wi)

(7)

根據(jù)公式(6)和公式(7)可以在∑=0的條件下聯(lián)立，得到邊坡的穩(wěn)定系數(shù)Fs的公式如下：

Fs=∑(ci×li+Wicosθitg φi)∑Wisinθi

(8)

最后根據(jù)公式(8)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入，即可求出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)判斷該地區(qū)的邊坡是否需要治理。

2 巖土工程邊坡治理技術(shù)

2.1 邊坡坡面防護(hù)治理技術(shù)

邊坡的坡面在巖土工程施工結(jié)束后，部分地區(qū)的邊坡因地質(zhì)結(jié)構(gòu)等原因，穩(wěn)定性被嚴(yán)重破壞，如果未能及時對巖土工程的坡面進(jìn)行保護(hù)，坡面可能在施工過程中或者在施工結(jié)束后發(fā)生路面塌陷，對該地區(qū)施工人員造成傷亡。例如某地施工部門為防止邊坡坡面發(fā)生地質(zhì)塌陷或者山體滑坡等事故，采用如下技術(shù)對斜坡進(jìn)行治理：

2.1.1 常規(guī)防護(hù)治理技術(shù)

對施工及其附件區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)算，如果驗(yàn)算的邊坡穩(wěn)定系數(shù)過低，則可以采用常規(guī)防護(hù)技術(shù)對邊坡進(jìn)行治理：

(1)對邊坡穩(wěn)定系數(shù)過低的區(qū)域噴射混凝土和砂漿，這種防護(hù)治理技術(shù)可以有效對地質(zhì)巖石裂縫多的邊坡進(jìn)行治理，混凝土和砂漿會流入到邊坡坡面裂縫之中，起到坡面巖石土質(zhì)黏合的作用，提高邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以有效降低邊坡發(fā)生塌陷或者滑坡的概率。但是噴射混凝土和砂漿會對邊坡的生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。噴射過多混凝土和砂漿的地區(qū)不利于邊坡植被的生長，混凝土或砂漿結(jié)構(gòu)對植物有一定的抑制作用，因此混凝土和砂漿需要同其他防護(hù)方式一同使用，不能對環(huán)境造成太大的破壞。

(2)對存在較大裂縫和風(fēng)化嚴(yán)重的邊坡地區(qū)需要采取灌漿的方式防護(hù)坡面，裂縫多且大的坡面穩(wěn)定性較差，因此不能大規(guī)模地采用混凝土或者砂漿對坡面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，用混凝土或者砂漿修復(fù)結(jié)構(gòu)之后該斜坡也基本很難再有植物生長。應(yīng)該采取灌漿的方式對邊坡裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，然后再使用勾縫技術(shù)，將邊坡的裂縫閉合，這樣則有效地提高邊坡的穩(wěn)定性。

2.1.2 植物防護(hù)治理技術(shù)

對施工及其附件區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)檢測，如果檢測的邊坡穩(wěn)定系數(shù)過低，可以根據(jù)實(shí)際的邊坡情況采用植物防護(hù)治理技術(shù)[2]。

(1)植樹造林。先在穩(wěn)定性較好的地區(qū)栽種樹木，通過植物固化邊坡土質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，然后從邊坡中穩(wěn)定性強(qiáng)的區(qū)域慢慢地栽種到穩(wěn)定性差的區(qū)域，不能直接在穩(wěn)定性差的區(qū)域栽種樹木，防止土壤滑落連同樹木一起帶走。

(2)栽種花草。在風(fēng)化嚴(yán)重的邊坡地區(qū)，直接栽種樹木很難存活，可以選擇栽種大面積的草坪，通過草坪將風(fēng)化邊坡的地質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)固，然后再一步步地栽種其他大型植物。

(3)播撒客土，樹木或者花草在有些地區(qū)的邊坡很難存活生長，因此需要先在邊坡上播撒一定厚度的客土，保證植物存活，再慢慢地將邊坡土壤固化。

2.2 邊坡錨桿加固防護(hù)治理技術(shù)

某地最近開展了一項(xiàng)高速公路邊坡治理工程，在施工過程中需要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散的地區(qū)進(jìn)行加固以防止在施工過程中出現(xiàn)滑坡、塌陷等事故。該段高速公路巖土地層主要為素填土、花崗巖、泥巖，其物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)

使用瑞典條分法驗(yàn)算過程如下：

此地邊坡的坡度比為1∶2，該邊坡土體的重度為20 kN/m3，該邊坡簡要圖形如圖2所示。

圖2 邊坡斜切圖

根據(jù)bishop法可以計(jì)算出滑動圓心位置為O，該斜坡的內(nèi)摩擦角為25°；O點(diǎn)坐標(biāo)為(30.612 m，38.575 m)；圓O的半徑為49.246 m；該斜坡的黏聚力為10 kPa；從圓心O為初始點(diǎn)沿豎直方向做線交于半圓與點(diǎn)V，可以將OV線左側(cè)邊坡等分10份，將OV線右側(cè)邊坡等分16份，每份斜坡條寬度為3 m；邊坡高25 m。則可以用CAD作圖，得到邊坡斜分圖，如圖3所示。

圖3 邊坡等分圖

由圖3可知：∑ci×li=96.64；∑sinθi=667.421；∑cosθitgψ=1 437.847×tan 25°。則可以將數(shù)據(jù)帶入到公式8中得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs的值：

Fs=96.64+1437.847×0.463×2020×667.421=1.072

根據(jù)瑞典條分法，求出該地區(qū)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為Fs=1.072，因此判斷該地區(qū)的邊坡需要治理。在該地區(qū)可以采用錨桿加固的方式防止邊坡水土流失，提高邊坡的穩(wěn)定性。錨桿加固防護(hù)治理技術(shù)的原理是利用錨桿本身的硬度支撐邊坡，防止邊坡上的細(xì)碎巖石在重力作用下沿邊坡向下方滑落，對邊坡的穩(wěn)定性造成破壞。邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)在錨桿的作用下，可以保證邊坡自身穩(wěn)固。

2.3 邊坡支擋防護(hù)治理技術(shù)

邊坡支擋防護(hù)治理技術(shù)有兩種防護(hù)設(shè)施：擋土墻和抗滑樁。

2.3.1 擋土墻

擋土墻應(yīng)該在地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的區(qū)域修建，擋土墻可以防止該地域邊坡的巖石滑落，將邊坡的土質(zhì)資源一同帶走。擋土墻修建之后，可以直接將滑落的邊坡巖石進(jìn)行攔截，防止其帶走坡面的巖土資源。

2.3.2 抗滑樁

修建抗滑樁同樣需要在穩(wěn)定性高的邊坡區(qū)域，原理與擋土墻修建相同。如果將抗滑樁修建在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的邊坡地區(qū)，土質(zhì)會在滑動的同時將防護(hù)設(shè)施一同帶到坡底，所以抗滑樁必須要修建在結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的邊坡地區(qū)?？够瑯锻ㄟ^自己設(shè)施的特點(diǎn)可以對周圍的土壤巖石產(chǎn)生一定的作用力，降低土質(zhì)巖石滑動的概率，提高了抗滑樁附近邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

綜上所述，巖土工程中邊坡治理可以采用坡面治理技術(shù)、錨桿加固治理技術(shù)以及支擋設(shè)施防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同地質(zhì)類型的坡面實(shí)現(xiàn)治理，提高了坡面的穩(wěn)定性，降低了邊坡發(fā)生安全事故的概率。