浅析黄土公路边坡灾害处理方法

王运琢

(河北省沧州市交通运输局质监处)

浅析黄土公路边坡灾害处理方法

王运琢

(河北省沧州市交通运输局质监处)

摘 要:通过研究边坡稳定性现状、黄土边坡对公路基础的影响，总结了目前较好的黄土边坡处理方法。

关键词:公路;黄土边坡;边坡治理

1 边坡稳定性研究现状

边坡是人工边坡和自然边坡的统称，同时也包含塌滑体。根据边坡体组成的材料，边坡可分为土质边坡和岩质边坡。土质边坡破坏的形式常为弧面或沿既有面破坏，影响其稳定性的因素主要是由于开挖或天然形成的坡度比较陡，在重力或降雨、地下水、地震等因素作用下而失稳。边坡稳定性分析过程一般步骤为实际边坡——力学模型——数学模型——计算方法——结论。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。近几年来在该领域内取得了很多新的进展，最早人们对边坡的研究是从观察滑坡现象开始的，主要以土体为研究对象，早期的工作是把滑坡作为一种地质现象，仅仅停留在定性和经验性判断。伴随着工业革命而兴起的大规模建设，诱发了大量的滑坡，造成了很大的经济损失，这时人们开始借用一般材料力学中的均质弹性、弹塑性理论对滑坡进行半经验、半理论的研究，其结果大都是定性的。针对边坡破坏模型的研究，提出了刚体力学、弹性及弹塑性、断裂力学、损伤力学和流变力学等多种地质力学模型。在边坡稳定性预测模型的研究中，系统方法、模糊数学、灰色理论、信息论方法以及概率统计等被相继引入，从而形成了优势面分析为中心的边坡稳定性系统模型、以灰色聚类及灰色关联分析为基础的灰色聚类模型、以信息理论及概率统计为基础的信息论模型等多种独具特色的边坡稳定性预测模型。近年来，随着人们对边坡地基稳定性分析现状和边坡破坏机理的研究，在边坡地基承载力方面取得了巨大的成就，在实际工程中，为了经济、合理地在边坡附上修建结构物，确实需要对边坡问题进行深入地研究。

2 黄土边坡对公路基础的影响

随着高速公路深入黄土高原腹地，深挖路堑大量出现，黄土路堑边坡，以纵断面长、横断面宽、坡高极高为其主要特点，挖方量巨大，大面积占用土地。面对如此巨大的工程量，工程师不得不在设计过程中考虑两方面的问题:一是工程安全是否有保证;另一是经济投资是否合理。因此，合理设计黄土路堑边坡坡型、坡度成为黄土高原公路建设的关键技术问题之一。黄土粘聚力高，结构性强，直立性好，因此地貌景观有“黄土喀斯特”之称，高达几十米的陡直土坡甚至土柱随处可见。利用黄土的这一特点，采用“宽台陡坡”的设计坡型，结合排水设施抵抗坡面冲刷，减少挖方量，是目前较成功的设计坡型。但是黄土发育有密集的垂直节理，并具有非饱和性。在黄土边坡开挖卸荷及长期使用过程中，节理向外不断拉张，降雨和农田浇灌导致坡面冲刷，水沿节理下渗，非饱和土强度降低，边坡逐步由稳定向失稳发展。边坡破坏过程是一个难以预知的复杂过程，因此确定边坡综合坡度，如何能更经济且后期发展为滑坡的可能性在工程可接受范围内，成为设计的难题。边坡过陡，为长期稳定留下隐患，边坡过缓，则不经济。目前所采用的主要设计依据是工程地质类比法。现行路基规范推荐的以简化Bishop法为主要计算方法的安全系数设计标准，但由于各种不确定性的影响，其结果往往与自然边坡相差较大，所以应在确定边坡破坏模式的基础上进行，可采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法、有限单元法进行综合评价。实践证明对黄土路堑边坡较为可靠的评价方法还是工程地质类比法，工程地质类比的前提是工程地质条件相似。目前经大量工程的实施，已修建的黄土路堑高边坡已有一定的数量，使用也有一定的历史，对已使用的边坡状况进行调查和研究，用来修正现行的设计标准和计算模型，是黄土边坡稳定性分析有效的解决方案。

3 黄土坡面治理研究

黄土路堑坡面稳定性是指开挖形成的边坡在自然或人为因素影响下，坡面未发生严重的坡面冲蚀、面状剥落等变形破坏，以保证公路的正常运营。为了保持边坡坡面的稳定性，常采用坡面防护措施以避免坡面渐进变形而引起坡体大范围失稳，进而减小坡面水土流失。黄土路堑高边坡坡面防护措施很多，概括起来可以分为工程防护、植物防护和综合防护(工程防护与植物防护相结合)三类。其中工程防护主要是采用护面墙、浆砌片石护面、锚杆喷浆护坡、挂网喷浆护坡等;植物护坡主要有人工植草技术、液压喷播植草技术、植树技术等;综合植物护坡有框架植物护坡、铺网植草护坡、厚层基材喷播植草护坡、土工格室与绿化防护板植草护坡等。以往黄土路堑边坡大多采用浆砌片石、喷射混凝土等传统的“灰色”防护措施，其在坡面防护初期，对防止坡面侵蚀方面效果很好，作用非常显著。然而，随着时间推移，由于工程材料如混凝土的风化老化，其效果会越来越差，甚至造成破坏。同时，破坏了当地自然环境的协调，且其后期整治费用很高。随着人们对环境意识的不断增强，要求公路建设的同时，必须保护周边生态环境，尤其是在生态环境脆弱，水土流失严重的黄土地区。伴随着国家可持续发展战略和山川秀美工程的提出，修建经济效益与生态环境保护相协调的“生态型”高等级公路已是大势所趋。因此恢复和重建道路边坡两旁的自然生态植被尤为突出。植树护坡主要依靠坡面树木的地下根系及地上茎叶的作用保护坡面不受冲刷侵蚀，其作用可概括为根系的力学效应和茎叶的水文效应两个方面。其根系的力学效应，改变了土的力学性能，提高了土体的抗剪强度，从而增强边坡土体的抗剪强度，减小水土流失和边坡病害的发生。水文效应通过茎叶对雨水的截留、叶面分流、茎叶的篱笆作用和落叶水文效应，减少了直接冲刷坡面土体和减少坡面上方来水来沙量，减缓了坡面的冲刷量。目前，植物防护技术最先进的当属日本，而我国干旱的黄土地区路堑高边坡的植物防护技术研究仍处于探索阶段。近年来，许多水土保持界和业内人士对公路黄土路堑边坡植物防护作了大量的研究工作。高速公路边坡采用坡面平台植树和厚层基材喷播植草技术，以及采用新型的土工格室生态护坡和绿化板生态护坡技术在黄延高速公路的成功应用，这些坡面防护措施都为黄土路堑高边坡坡面稳定性提供了有力的保证。

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［1］张天宝.土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计［M］.成都:成都科技大学出版社.

［2］钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算(第二版)［M］.北京:中国水利水电出版社.

［3］周欣华党进谦李靖.黄土边坡及其稳定性分析图简介［M］.

［4］林崇义.黄土的结构特性［D］.中国科学院土木建筑研究所土力学研究室.

中图分类号:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0051-01

收稿日期:2011-03-07

作者简介:王运琢(1964-)，男，河北省肃宁人，工程师。