公路路基邊坡滑塌類型及路基邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)

尹日娜

摘 要：公路路基邊坡滑塌是常見的病害形式，路基邊坡失穩(wěn)直接威脅著人民財(cái)產(chǎn)安全，并嚴(yán)重影響公路的運(yùn)營(yíng)。通過論述公路路基邊坡的滑塌類型，分析發(fā)生滑塌破壞的原因，依據(jù)破壞因素提出相應(yīng)的防治措施，并通過分析滑塌的力學(xué)特征，進(jìn)行路基邊坡的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：滑坡;抗滑樁;錨索;病害治理

中圖分類號(hào)：U417文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2022）08-0047-03

0 引言

隨著我國(guó)交通體系的發(fā)展和完善，高速公路的建設(shè)逐漸向山區(qū)擴(kuò)展，此時(shí)路基的邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)就十分重要。利用 GIS、ENVI 等數(shù)字處理軟件及其各種數(shù)據(jù)處理方法對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行識(shí)別和分析，利用時(shí)間序列 InSAR技術(shù)對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過建立不同的地質(zhì)地貌模型對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)等，對(duì)滑坡滑動(dòng)區(qū)域、滑面的位置關(guān)系及力學(xué)特性、變形方向和速率等展開滑坡的復(fù)活特征研究，論述公路路基邊坡的滑塌類型，并通過分析其滑塌類型的破壞特征，提出相應(yīng)的防治對(duì)策。

1 公路路基邊坡滑塌的類型

1.1 順層滑坡

順層滑坡是沿已有結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)而形成的滑坡，是指路基在施工完成之后，沿著其所借助的自然結(jié)構(gòu)面或路基回填層內(nèi)部存在形成的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑坡的一種形式。順層滑坡所依賴的結(jié)構(gòu)面主要包括：巖層層面、不整合面、節(jié)理或裂隙面、松散層與基巖的界面，與自然環(huán)境因素和施工過程質(zhì)量管控均有關(guān)系。在公路施工的過程中，由于前期勘察不到位、設(shè)計(jì)不當(dāng)或在施工過程中使用的回填材料，具有較大的含水量，都有可能引起順層滑坡問題的發(fā)生。

順層滑坡可大致分為3種類型：順層滑移破壞、潰屈破壞、彎折崩塌破壞。順層滑移破壞就是指不同的結(jié)構(gòu)面，在分界位置產(chǎn)生的平移，從而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象;潰屈破壞是因分層狀態(tài)下結(jié)構(gòu)間的承載力不同，當(dāng)下部結(jié)構(gòu)不能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)層的承載力時(shí)，較為脆弱的結(jié)構(gòu)面發(fā)生屈服破壞，從而使整個(gè)路基工程出現(xiàn)滑坡問題;彎折崩塌破壞是路基工程中的結(jié)構(gòu)面與水平面呈現(xiàn)較大角度的情況下，自身發(fā)生垂直于結(jié)構(gòu)面的彎折情況結(jié)構(gòu)崩塌問題導(dǎo)致的路基工程滑坡出現(xiàn)。

在這三種順層滑坡情況下，一般以第1種滑坡情況為常見情況，而第3種情況僅在采用的巖層接近垂直的情況下才可能出現(xiàn)。實(shí)際的滑坡事故中，一般先產(chǎn)生順層滑坡，而后主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)擾動(dòng)出現(xiàn)破壞情況。順層滑坡的問題在實(shí)際中較易觀察，對(duì)其進(jìn)行加固和驗(yàn)算也相對(duì)容易。

1.2 切層滑坡

從作用機(jī)理和表現(xiàn)形式上，切層滑坡與順層滑坡正好相反，在其發(fā)生滑坡問題的切面上是縱切于邊坡的各個(gè)結(jié)構(gòu)層，單就各個(gè)結(jié)構(gòu)層為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)層間并不存在發(fā)生滑坡的趨勢(shì)，但相切于結(jié)構(gòu)層方向，因外界擾動(dòng)或其他因素的影響，致使其發(fā)生斷裂滑移的問題，從而導(dǎo)致滑坡問題的出現(xiàn)。一般在進(jìn)行具體分析時(shí)，可將切層滑坡分解為錯(cuò)落與滑動(dòng)兩個(gè)階段。在錯(cuò)落階段下，結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)破壞趨勢(shì)，但該趨勢(shì)的產(chǎn)生仍未超過結(jié)構(gòu)間的相互作用力，此時(shí)可能出現(xiàn)內(nèi)部的巖石破碎，豎向雨水孔洞的形成，縱向薄弱裂痕的產(chǎn)生等破壞形式，但并不會(huì)表現(xiàn)為滑坡事故;當(dāng)外界因素繼續(xù)擾動(dòng)或因環(huán)境的強(qiáng)降雨、臨界位置施工振動(dòng)等情況的產(chǎn)生，會(huì)使錯(cuò)落的程度加劇，最終導(dǎo)致超出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相互作用力，呈現(xiàn)出滑坡的問題。

一般切層滑坡在路基工程中較少發(fā)生，滑坡失穩(wěn)必須滿足兩個(gè)條件：一是在路基結(jié)構(gòu)中具有軟質(zhì)巖體，且呈現(xiàn)破碎趨勢(shì)，這樣能夠促使錯(cuò)亂狀態(tài)的形成;二是路基邊坡的臨空位置與地面之間存在較大距離，使其結(jié)構(gòu)之間的相互作用力更易受到重力和外界因素的影響。當(dāng)這兩種情況同時(shí)出現(xiàn)在路基工程中時(shí)，誘因多種外界因素的共同影響則可能出現(xiàn)滑坡的問題。

1.3 坐落型滑坡

坐落型滑坡的作用機(jī)理與上兩種形式截然不同，但在表現(xiàn)形式上也是因下部構(gòu)造無法承擔(dān)荷載所出現(xiàn)的滑坡問題，但其出現(xiàn)問題的形式并不以結(jié)構(gòu)面進(jìn)行區(qū)分，最終直接破壞的位置也與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分層情況不具關(guān)聯(lián)。一般情況下，在同一路基工程的坡體內(nèi)，由于上部的材料具有較大的密度與整體性，而下部填充的軟質(zhì)破碎掩體較多，這種上硬下軟的地層形式在開挖過程中極易發(fā)生滑坡。主要是因?yàn)榈撞咳鄙倭酥瘟α?，系統(tǒng)不穩(wěn)定而出現(xiàn)一系列問題，在開挖過程中使原本脆弱或具有破壞趨勢(shì)的地層出現(xiàn)臨空或擾動(dòng)，最終導(dǎo)致整個(gè)路基工程發(fā)生整體的坐落型坍塌。

坐落型滑坡的成因較復(fù)雜，一般利用自然坡體或涉水坡體施工時(shí)，可能出現(xiàn)此種情況，因?qū)?nèi)部地質(zhì)情況了解得不夠透徹或在水的影響下，下部地質(zhì)自身就處于薄弱狀態(tài)，此時(shí)再進(jìn)行開挖作業(yè)或在外部強(qiáng)震動(dòng)等因素的影響下，則加快了薄弱位置的破壞出現(xiàn)從而導(dǎo)致滑坡問題。若采用爆破施工進(jìn)行路基工程作業(yè)，此種質(zhì)量問題極易發(fā)生。

從破壞后分析與力學(xué)特征上來看坐落型滑坡具有順層滑坡與切層滑坡的部分特點(diǎn)，其滑坡失穩(wěn)也是因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)失去平衡所導(dǎo)致的。在分析過程中，由于坐落型滑坡不具備明顯的共性特征，影響因素也是多種多樣的，在進(jìn)行計(jì)算與分析時(shí)通常綜合順應(yīng)層滑坡與切層滑坡的特點(diǎn)。

2 公路路基邊坡滑塌的主要原因

基于實(shí)際案例分析與資料查找，對(duì)公路路基邊坡滑塌的主要原因進(jìn)行了以下幾點(diǎn)歸納。

2.1 設(shè)計(jì)因素

在公路路基工程設(shè)計(jì)過程中，對(duì)工程自身需求展開分析，而忽略了在路基使用階段可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害問題或自然環(huán)境變化，從而當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生洪水及地下水產(chǎn)生變化時(shí)缺少必要的防護(hù)措施，從而導(dǎo)致邊坡滑塌。

2.2 路基的基底軟土問題

軟土在地基工程中屬于不穩(wěn)定的地質(zhì)情況，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，對(duì)于軟土一般需要進(jìn)行處理。在路基施工的過程中，對(duì)于基底的軟土未進(jìn)行處理或有厚度不均的情況，則在未來使用階段會(huì)造成基底承載力發(fā)生變化，也會(huì)出現(xiàn)滑坡問題。

2.3 換填清淤階段問題

為了保持地基良好的承載能力與使用過程穩(wěn)定性，需要對(duì)淤泥進(jìn)行徹底清理，對(duì)基底換填有足夠強(qiáng)度的材料，并對(duì)換填后基底進(jìn)行承載力試驗(yàn)，以保證基底穩(wěn)定。若對(duì)基底清淤不徹底或換填材料不滿足要求，將會(huì)加大邊坡滑塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 填土過程監(jiān)測(cè)

為了確保工程的穩(wěn)定性，在進(jìn)行填土的過程中，需要對(duì)沉降和位移情況展開觀測(cè)。若觀測(cè)過于形式化或觀測(cè)工作與實(shí)際情況不符，對(duì)于早期問題并未進(jìn)行干預(yù)和修正，或者因?yàn)樘钔吝^程開展過快，對(duì)相關(guān)問題監(jiān)測(cè)不到位，都有可能缺少必要的防護(hù)措施，導(dǎo)致出現(xiàn)邊坡滑塌的情況。

2.5 路基填筑層有效寬度不夠

路基填筑層需具有一定的寬度才能夠保持路基結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，同時(shí)也有著較強(qiáng)的抗災(zāi)害能力，在外界環(huán)境侵?jǐn)_下仍能保持穩(wěn)定。若路基填筑層的寬度不達(dá)標(biāo)或進(jìn)行了后期的二次填補(bǔ)工作，都將影響路基邊坡的穩(wěn)定性能致使帶來一系列質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2.6 路基頂面排水不暢

路基頂面需要設(shè)置排水措施，且排水措施能夠滿足排水需求，能減少地下水和自然降水對(duì)路基工程的影響。若路基頂面未設(shè)置或排水不暢，在地下水位變化或強(qiáng)降水天氣，水的滲流作用加大路基邊坡的主動(dòng)土壓力，并因滲流作用使土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致路基邊坡失穩(wěn)。

2.7 未分層填筑

為了保持路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，當(dāng)縱坡坡度過大時(shí)，需采用分層填筑的形式，將有助于控制穩(wěn)定的質(zhì)量，同時(shí)能夠施工相關(guān)的防護(hù)措施，對(duì)質(zhì)量展開觀測(cè)。當(dāng)縱坡坡度大于12%且未進(jìn)行分層填筑時(shí)，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量隱患的存在，從而出現(xiàn)邊坡滑塌的情況。

2.8 路堤填料透水性較差

對(duì)于路堤材料，要具有一定的透水需求，能夠減少水對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的影響，同時(shí)有助于在水環(huán)境發(fā)生變化時(shí)減少性能損失。若使用透水性較差的填料填筑路堤同時(shí)處理不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)相關(guān)問題。

2.9 植被情況

為了保持路基工程的質(zhì)量穩(wěn)定性，一般會(huì)在路基頂面和邊坡位置種植植被，而不合理的植被種植也可能出現(xiàn)適得其反的情況。因?yàn)橹脖桓涤绊懟蛑脖蛔陨聿痪邆涔掏聊芰?，或植被之間產(chǎn)生的連接較為緊密，都有可能使路基邊坡的內(nèi)部土質(zhì)出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，從而發(fā)生路基的滑坡問題。

3 公路路基邊坡滑塌的治理分析

3.1 順層滑坡的治理

順層滑坡在治理時(shí)的主要思路就是加強(qiáng)各結(jié)構(gòu)層之間的連接能力，采用錨索、樁工程作為加固措施，能夠在各結(jié)構(gòu)層之間起到固定和連接作用。樁工程加固可應(yīng)用于臨空面較低、嵌固段地基較好的位置，樁間距控制在18 m為宜。錨索應(yīng)用于結(jié)構(gòu)較差的情況，通過張拉作用，使順層滑坡問題得以緩解。

3.2 切層滑坡的治理

切層滑坡治理的關(guān)鍵是下部支擋、上部加固，使下部的承載能力得以加強(qiáng)，上部的下滑趨勢(shì)得以消減。支擋和加固的形式具有多種，如上部采用條形錨座、井字形格架的形式，下部采用擋土墻。這種治理思路無需探究發(fā)生切層滑坡的具體位置和誘導(dǎo)因素，通過增加下部承載力減少上部的破壞趨勢(shì)來解決切成滑坡的問題。

3.3 坐落型滑坡的治理

坐落型滑坡的解決思路主要是清除邊坡表面的松散體，輔以抗滑樁、重力式擋墻進(jìn)行支擋，這樣能夠使整個(gè)系統(tǒng)趨于平衡狀態(tài)，降低滑坡發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。若為涉水工程，也可在坐落面設(shè)置相應(yīng)的截排水設(shè)施，消減水位變化對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。

4 公路路基邊坡的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

4.1 抗滑樁設(shè)計(jì)

抗滑樁就是通過在路基工程中設(shè)置樁的形式來防止滑坡問題的產(chǎn)生，樁工程在路基工程的防滑坡中起到的作用是多樣化的。通過樁的加設(shè)，來提高整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的承載力，避免因承載力過低出現(xiàn)的滑坡問題;樁的應(yīng)用對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到增強(qiáng)作用，可類比將不同結(jié)構(gòu)面的承力層連接為一體;樁在整個(gè)系統(tǒng)中起框架作用，在這種因素下能夠使路基在外界因素影響下不易發(fā)生破壞。

對(duì)于抗滑樁的設(shè)計(jì)需考慮多種問題，如樁類型的選取，采取混凝土管樁深度施工貫穿整個(gè)路基工程的加固形式是較為常用的，這種施工形式會(huì)大大增加路基工程的施工成本，所以能收獲較好的預(yù)期效果，但在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)有較多其他條件的約束。在路基工程的回填層采用金屬樁通過敲擊施工的形式也是加固方法之一，通過樁工程的干預(yù)，增強(qiáng)上方土體與下方巖層的穩(wěn)定性。

錨索抗滑樁是一種效果明顯，防護(hù)角度全面的抗滑樁形式，除一般樁的加固之外，在樁頭位置張拉預(yù)應(yīng)力錨索，用來抵抗路基邊坡內(nèi)部的應(yīng)力，從而規(guī)避質(zhì)量問題的產(chǎn)生。在應(yīng)用該方案進(jìn)行邊坡加固時(shí)，需進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，明確所需要的應(yīng)力和加固需求，從而確定樁的尺寸長(zhǎng)度、設(shè)置間距、預(yù)應(yīng)力數(shù)值等指標(biāo)。

4.2 防護(hù)設(shè)計(jì)

防護(hù)工程分為坡面防護(hù)與支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)兩大類。坡面防護(hù)就是利用一系列措施使邊坡坡面位置穩(wěn)定性加強(qiáng)，當(dāng)前的應(yīng)用形式呈現(xiàn)多樣化狀態(tài)，且隨著技術(shù)的發(fā)展可用于路基邊坡防護(hù)的新型技術(shù)仍在不斷增多。傳統(tǒng)的坡面防護(hù)形式，以抹灰或噴漿為主，采用細(xì)石混凝土、水泥砂漿或其他有機(jī)聚合砂漿對(duì)坡面進(jìn)行整體施工，使其形成具有一定承載力與防護(hù)作用的剛性防護(hù)層，能夠減少內(nèi)部變形和外部因素影響;與該原理類似的也有漿砌片石護(hù)墻，采用砂漿與石材在邊坡位置砌筑防護(hù)墻;防護(hù)網(wǎng)護(hù)坡就是沿著路基坡面整體張拉金屬材質(zhì)的防護(hù)網(wǎng)。通過此類措施，能夠減少因外界因素是風(fēng)化和碎石散落等情況的發(fā)生。

支擋結(jié)構(gòu)就是通過多種措施對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)和擋掩，起到防護(hù)功能的結(jié)構(gòu)，在廣義上可將前文中所提及的抗滑樁歸納到此類結(jié)構(gòu)之中。此外常見的支擋結(jié)構(gòu)還有擋土墻的形式，在邊坡底部砌筑一兩堵墻，能夠防止邊坡滑移。防護(hù)工程在路基坡面防護(hù)中進(jìn)行應(yīng)用能夠取得較為完善的效果，但工程防護(hù)措施的大量應(yīng)用，對(duì)路基工程整體而言并不是最優(yōu)解決方案，不僅工程成本高昂，且對(duì)生態(tài)自然造成的破壞影響較大，同時(shí)還需較高的后期治理與維護(hù)費(fèi)用。

在防護(hù)過程中可采用植物群落固坡的形式，通過在路基工程邊坡位置種植植物，不僅能夠起到固化土壤的作用，同時(shí)還能降低在自然災(zāi)害下的影響，也能避免結(jié)構(gòu)對(duì)水位變化的敏感性。但僅采用植物固坡的方式防護(hù)效果有一定的限度，不能對(duì)深層土壤和巖層起到固定的作用，對(duì)于順坡滑移情況也無法避免，同時(shí)對(duì)于較為陡峭的路基邊坡而言，直接種植植物也會(huì)出現(xiàn)難以生長(zhǎng)的情況。

在此背景下，路基工程的邊坡防護(hù)工作應(yīng)采用工程形式與植物固坡措施相結(jié)合的形式，利用工程形式來達(dá)到加固路基邊坡的目的，而植物措施的引用，不僅在景觀方面能得到顯著提升，同時(shí)也可降低工程措施的維護(hù)成本。

5 結(jié)語

公路路基邊坡滑塌是一種較為常見的病害形式，也會(huì)影響公路工程的正常使用。對(duì)路基邊坡常見的病態(tài)形式及成因進(jìn)行分析，并由病害形成機(jī)理與主要成因的角度來提出相關(guān)的防護(hù)思路。在公路工程的建設(shè)中必須注重路基病害的防治，這也是保障整個(gè)道路工程穩(wěn)定安全使用的重要因素。通過抗滑樁、工程防護(hù)、植被防護(hù)等多種形式，能夠降低路基邊坡滑塌風(fēng)險(xiǎn)，提高工程質(zhì)量。

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