西部山区公路边坡失稳研究与治理方案

2010-08-15仇义中

山西建筑 2010年8期

仇义中

在我国西部地区,尤其是西南地区,青藏高原隆起造成了其周边特殊的地形地貌条件、构造条件,强烈的新构造运动和特殊的气候环境,为崩塌、滑坡和泥石流的发生提供了条件。地理地质条件的复杂性和区域巨大的差异性,使得地质灾害引起的问题越来越严重和复杂。对公路边坡进行研究,制订相应的处治措施,具有十分重要的意义。

1 公路边坡特点

根据对不同类型边坡变形破坏机制的分析,进行滑坡(边坡)稳定性分析,提出治理方案,取得了明显的效果。但值得注意的是,这些研究多是针对水电工程和大型滑坡工程进行,公路边坡与水电边坡有着较大差别[1],主要在于：第一,水电边坡规模大,但灾害点少;公路边坡规模比水电边坡小,但为线性工程,点多面广。第二,水电边坡地质资料丰富、详细,地质信息较完备;公路边坡地质资料则较少,地质信息很不完备,且地形、地质条件差异大,边坡条件复杂多样。因此,上述边坡变形破坏机制研究成果就不一定适合于公路边坡,其研究方法和研究手段也不一定适合公路边坡。如何根据公路的特点,研究总结边坡变形破坏机制、探索边坡变形破坏机制的研究方法,将是边坡加固研究的重点。

2 公路边坡调查研究方法

对于公路边坡的研究思路,可以参照以下程序进行：现场调查与试验→调查资料的整理与分析→典型边坡物理模型试验→边坡稳定与变形模拟试验→边坡破坏机制分析与加固处治。

根据研究的需要,可以选择典型路线进行边坡的地质及工程调查,并对边坡的破坏形式进行分类,同时对所采取的加固处治措施进行效果评价;根据国内外情况及调查报告和调查结论,找出存在的问题,制定解决课题研究问题的有效手段。其调查内容和调查方法如下[2]：1)查阅工程设计文件,了解并掌握其设计原则和锚杆、锚索、抗滑桩的具体布置情况,设计中对锚杆、锚索的使用形式;2)对治理后的边坡进行野外调查,初步了解边坡的地质条件、边坡类型、物质组成、主要工程问题、诱发因素、工程处治措施、治理效果等;3)查阅工程竣工资料,并与设计图纸进行对比,分析设计与施工的差异,找出差异原因;4)了解边坡治理前的地质勘察工作和设计中方案的分析和设计参数的选取,稳定性的计算方法等。

3 公路边坡失稳的诱发因素分析

3.1 边坡失稳的外部因素

引起边坡失稳的外部因素有以下几个方面：降雨时的渗水浸泡,地下水位升高,引起的岩石力学强度指标降低;边坡开挖或超挖改变了边坡形态,破坏了原岩体的力学平衡条件,又未能及时加固补强;人类活动的影响,包括施工用水、动荷载、爆破扰动、生态环境的破坏以及地震影响等;施工过程中,临时性附加荷载增大。

据统计,引起边坡失稳的主要外部因素为工程开挖和地下水,二者引起的边坡失稳占90%以上。而堆载和雨水冲刷所占比例较少。因此,要进行合理的边坡开挖,边坡开挖过程中和边坡形成后,应采取有效的防水和排水措施。

3.2 边坡失稳的主要内因

影响边坡失稳的内部因素主要有以下几个方面：1)在一定深度范围内存在软弱结构面。其抗剪强度较小,当底部开挖后支承力减小,加之水的作用降低了滑动面的抗剪强度,因而容易造成边坡失稳。2)开挖过程中由于应力重新调整,其变形可能危及公路路基或建筑物的安全。3)虽然边坡开挖后,岩体质量较好,尚未进入塑性状态,但围岩总要产生一定量位移,这也将影响建筑物的正常使用。

总之,导致边坡失稳的原因是多方面的,边坡的环境地质条件是其主要内因,对稳定性问题认识不足、边坡设计不合理、加固措施和施工工艺不当、施工质量得不到可靠保证则是其主要外因。

4 公路边坡加固方式

边坡加固的具体措施很多,总体上可归为如下三类[2]：1)直接加固法：包括挡墙及护坡、抗滑桩、滑动面混凝土栓塞、锚杆及预应力锚索。在直接加固法一类技术措施中,锚杆、锚索最具发展潜力。目前,尽管已对岩土锚固机理及其设计方法进行了多方面的研究,但仍有很大问题有待解决,主要表现在：a.锚固段的受力情况及应力分布;b.群锚的相互作用;c.锚固体系的合理布置等。2)间接加固法：包括边坡中用巷道及钻孔疏干、地面截水排水防水、削坡减载卸荷。3)特殊加固法：包括麻面爆破、压力灌浆等。在特殊加固法中,压力灌浆发展十分迅速,发达国家对灌浆技术的开发研究十分重视,并已经达到了相当高的水平。

统计表明,西部山区公路边坡主要采取以下治理措施：1)改变边坡几何形态,提高边坡的稳定性。主要包括：消减推动滑坡区的物质,对于岩质边坡大多在边坡的中上部放缓边坡,而滑坡体多是消减滑面陡倾区的边坡岩土体;反压增强滑坡稳定区的物质;减缓边坡的总体坡度。2)边坡地表排水。有效的排出边坡的地表水以防止降雨入渗增加坡体的重量和使边坡岩土体弱化,采用的方式是在坡体中和坡体外围修建排水沟;排出坡体内部的地下水,一般采取水平或垂直的排水钻孔、盲沟等。3)支挡结构物。采用的支挡结构物有重力式挡土墙、抗滑桩、现浇混凝土连续墙、加筋土挡墙、岩石坡面防护网等。4)边坡内部加强。采用内部加强的主要措施有岩石锚固、土锚钉、预应力锚索、灌浆等。

公路边坡治理的措施很多,但针对某一具体的边坡整治,如何选择合理而有效的技术措施,是整治工程能否达到预期目的的关键。而在众多的边坡处理措施中,使用最多、最常见的是边坡锚固措施,在这些工程中之所以采用这些加固措施是由工程的特点和锚固的特点共同决定的。由于边坡的有效整治既要基于对边坡的稳定性、失稳滑坡形成条件、发生原因、变形破坏机制、几何边界条件(可能的滑动面、滑动面的埋深和形状)和运动过程稳定性现状等的正确认识,又要通过各种可能采用的整治方案的技术经济比选之后确定是绕避或治理,所以大型边坡整治工程的实施一般经过勘察、设计、施工、维护(监测效果)等阶段,逐步查明原因、机制,选择可能方案,论证各种方案的可行性并选定处理方案,施工并监测治理效果[2,3]。地质勘察资料的准确性、设计方法的正确性、施工技术的可靠性、使用维护的合理性,是减少灾害诱因、保证治理效果的必要条件。同时,由于边坡本身有许多不确定性因素,所以设计应有一定的灵活性,给监测和施工验证后修改设计留有余地。