山区高速公路边坡滑坡治理技术探讨

田晓蓉

(长江职业学院，湖北 武汉 430223)

1 引言

随着近年来我国高速公路基础建设的进一步发展和高速公路网的进一步完善,山区高速公路的建设越来越多。我国山区高速公路总体地形起伏大,沟壑纵横,地质生态条件复杂,灾害多发。山区公路的施工不可避免地会对公路边坡进行大量的挖掘回填,破坏了边坡的地质自然生态平衡条件,从而直接造成了边坡的失稳和发生滑坡。公路滑坡地质灾害是我国山区公路地质工程建设中最常见、危害最大的一种地质自然灾害,由于其地质灾害产生的条件、影响的因素和破坏条件发生机理的高度复杂性和多变性,已经发展成为了世界上主要的公路地质自然灾害工程防治问题之一。因此,研究公路滑坡的地质形态成因和其行为的特征,将被认为有助于尽快采取有效的公路地质工程防治措施,避免了滑坡的地质灾害发生或大大减少了滑坡后的经济损失。本文简要介绍了公路滑坡的地质形态及其特征、滑坡的成因及其防治滑坡的措施[1～3]。

2 边坡分类及其危害

“边坡”一词又称“斜坡”(slopes),是一种泛指分布在地表上所有的具有开阔边坡表面的天然地质体。按照人工边坡的类型大致可以细分为天然岩质人工边坡和天然土质边坡、天然边坡和人工边坡、工程边坡和非天然工程边坡。根据人工边坡的类型和稳定性,边坡大致可以划分为稳定人工边坡、可能不稳定人工边坡和不稳定人工边坡。在山区高速公路施工建设的过程中,不可避免地要求人工挖掘和充填大量的路基,形成大量稳定人工的边坡。在这些稳定人工边坡的应力状态形成和过程中,岩土体的初始应力处理状态随人工边坡变形的过程而发生变化,从而对岩土体产生初始应力重分布和初始应力集中效应。有的人工边坡自应力调整后稳定,有的人工边坡经过多次应力集中调整后仍然达不到平衡,不稳定人工边坡主要是由于崩塌或者滑坡过程所形成的。对于不稳定的山区公路和人工边坡,必须及时采取一定的工程应力处理措施使其调整成为稳定的边坡[4]。

高边坡病害主要可以大致分为三类:①滑坡。运动型滑坡主要是由于斜坡部分的岩土自然向下运动形成的。根据运动型滑坡的流体力学和物理特性,滑坡一般可以大致分为两种牵引型滑坡和推力型的滑坡。第一种牵引型的滑坡主要是由于滑坡下部的第一次滑动,导致滑坡上部的第二次滑动失去了支撑和发生变形,一般滑坡速度较慢,易出现侧向拉伸裂缝。推力型的滑坡主要是由于上部的岩土堆积体挤压下部的岩土变形引起的,一般滑坡速度较快,多见于有岩土堆积体分布的斜坡地段。在高速公路的建设中,如果由于堆积体的设计或施工不当,改变了高速公路原有岩土和边坡的平衡和流动状态,可能很容易造成新的堆积体滑坡或者无法复活旧的滑坡。②堆积体崩塌。推力型所谓堆积体崩塌,是指整个岩土块体由于脱离母体突然从一个陡坡上摔下来,并沿着堆积体的斜坡猛力地翻转、跳跃,最后脱离母体堆在山脚下。它的危害具有突发性,危害大。③风化和剥落。边坡的表面风化,在土壤侵蚀和重力的作用下不断向下剥落和滚动[5]。

3 山区高速公路常见滑坡机理分析

山区工程和高速公路的建设中,天然高速公路边坡蠕滑松散岩体的发育较深,是高速公路工程边坡开挖和变形的一个重要敏感部位。施工期间,当天然边坡岩体开挖至主要敏感部位时,边坡的变形性岩体数量突然减少或增大,且坡脚变形量具有非常强的牵引力。加固后,坡脚的变形逐渐停止,经过长一段时间的磨合和压实,由下部延伸至上的坡脚变形逐渐完全停止,边坡稳定。模型试验结果表明,在岩体自重、开挖卸荷和地下水等多种因素的相互作用影响下,边坡露天面上部的变形速度大于下部,坡脚地面变形大于深部,变形速度随裂隙和深度的增加而变形加快,沿裂隙和夹层间及反倾向压缩的节理裂隙出现相对明显的错位,坡脚地面裂隙和夹层间反倾向压缩;裂隙间和地下水压力的增加后变形速度加快。据临床调查,云贵高原地区发生山体滑坡的成因大致可归纳为以下几点。

(1)从山体地质构造上分析来看,山体多为古老的滑坡体,由变质砂岩、泥岩组成,透水性好,下伏基岩风化严重,倾角大,在边坡滑体结构表面和边坡岩体结构表面之间分别形成了软弱的岩体和润滑面,在重力的作用下沿软弱面方向下滑。另外,由于岩体和结构润滑面的相互组合,将这些边坡较陡的岩体切割成不同的大小、形状的单元块体。如果是边坡较陡,在岩体重力和地下水的相互作用下,块体之间的相对位移会直接导致山体滑坡。

(2)路堑的开挖过程破坏了路堑滑坡体抗滑段与滑动段之间的相对平衡,导致路堑滑坡体失稳。

(3)受雨季影响,连日来的强降雨使本已丰富的地下水更加饱满,使软弱面的侧向渗流骤增,加速了滑坡运动的速度。

4 山区高速公路边坡治理方案

当一个边坡防治工程处于危险或不稳定的状态时,必须立即采取综合工程防治措施对其工程进行应急处理,以有效保证其的稳定性。我国工程界将边坡的治理和技术概括为"斩首、削腰、压脚、排水"八个关键字。边坡的具体措施主要包括开挖、削坡、减轻荷载、压脚、抗水排水、改变边坡土质、支挡、加固边坡建筑物等。在实际的问题中,应根据其具体情况及时采取相应的综合工程防治的措施,使边坡防治工程简单、可靠、有效[6，7]。

4.1 边坡控水

水是边坡失稳的重要因素之一。特别是南方沿海地区,降雨特别多,降雨对公路边坡的破坏也非常多。岩土含水量过大,会使岩土重力增大(滑动力增大),强度降低,影响边坡稳定性。边坡控水的任务主要是将降落在边坡内的地下岩土含水量和浓度降低到一定的范围内。排水包括地下坡面排水和坡内排水两个大部分。其中坡面的排水主要是指从坡底排除了地表水,防止地表的降水直接渗入边坡。地下坡面的排水主要是设置地下截水沟、排水沟和边沟,以便尽快从坡体内排出地表水和降落在坡面上的岩土积水。边坡的防水一般情况可分为采用聚合物砂浆砌石、绿化植被护坡,既能有效防止地下雨水直接渗入地下坡体,又同时能有效防止地下雨水的侵蚀。为了降低地下水位或有效排除地下在坡体内游离的岩土积水,可在坡体内直接设置聚合物排水管。在边坡的沟槽内可直接采用大块石填筑,沟壁的底部设置了反滤层,并在沟上绑扎大块土工布。最常用的边坡排水处理措施之一就是安装边坡排水管。对于一些边坡土质松软、地下渗水较多的边坡,可以直接采用聚合物透水软管。聚合物透水软管主要是一种采用钢丝骨架的新型聚合物透水软管,具有一定的边坡排水强度。通过将聚合物透水软管直接插入降落在边坡的岩土界面,可以快速地排出降落在边坡内的岩土积水。

4.2 减载

边坡滑动力失稳的一个直接原因主要是沿软弱边坡的滑动力自重大于其抗滑力。边坡的自重和滑动力主要来源是沿软弱边坡自重,因此施工应首先考虑部分软弱边坡的支护和拆除,以有效减小滑动力,然后再综合考虑边坡支护措施。边坡卸荷时一般坡角应小于临界卸荷时的坡角。为更好地便于边坡的施工,减小临界坡角,可考虑设置合适的边坡施工平台,分段减载进行削坡。路堑施工边坡时,应特别注意正确的边坡施工方法和顺序,一般都是自上而下。

4.3 搭设支撑结构

如果减载后边坡仍有较大的滑动力,可以考虑设置支护结构。支护结构设计时应准确计算滑坡推力,按经济合理的设计原则进行边坡处理。常见的预应力支护结构主要有抗滑桩和挡土墙、预应力锚杆支护结构、抗滑桩和土钉锚索支护结构。这些预应力支护结构已成功广泛应用于高速公路两侧边坡的治理,抗滑桩和土钉预应力锚索也在国内得到广泛应用。

4.4 监测与信息化建设

边坡体及其支护工程主体结构在各种力和自然条件等因素的作用和影响下,其日常工作管理行为和异常工况随时都在发生变化,如果不及时地掌握其异常情况,任由其恶性地发展,后果有时候可能就会严重得多。但如果我们能充分利用必要的有效气象观测手段对公路边坡工程主体结构进行了信息化的建设,及时发现其问题,通过及时采取有效的手段和措施,可以有效避免自然灾害的频繁发生,保证了公路边坡体及支护工程的正常、快速地施工。

5 结语

公路的边坡和滑坡的治理工作是一项复杂的系统工程。一些在国内新建的高速公路边坡滑坡建设项目由于边坡的问题,延误了设计的工期,增加了工程投资。此外,一些已经在国内建成的高速公路也受到了山体滑坡的影响,甚至可能造成交通中断,需要巨额的处理费用。为了能够更好地有效治理高速公路的边坡和滑坡,首先要充分关注公路边坡,主要考虑公路边坡和滑坡的治理工程和地质环境条件。公路滑坡一般都是处在工程地质环境条件差、施工管理条件差、难度大的危险地段。因此在施工前必须根据安全方案设计的内容和现场的具体情况,制定详细的安全施工方案进行组织和设计,同时制定应有应急的安全预案,以防施工中发生重大安全事故。施工前应在边坡上设置观测点,监测和观察边坡的变形和趋势,为边坡施工管理人员提供安全的信息,以便及时进行妥善处理,确保了施工和边坡加固工程安全,确保了施工及边坡加固工程的安全。尽量采用新材料和先进的施工边坡加固设备,在短的时间内基

本完成了边坡施工和加固的任务,使得边坡尽快完全加固稳定,达到施工的预期加固目的。只有这样,才能更有效地准确控制边坡和滑坡的各种自然危害,减少自然灾害性和突发事件的同时发生。山区高速公路的边坡滑坡自然灾害治理实施时应根据其工程和地质的条件,注意其安全性、实施的各种可能性、技术和经济的合理性和对环境的保护。