高切坡的稳定性分析与施工安全控制技术

2021-05-19丁志刚

科技资讯 2021年4期

丁志刚

摘要：该文介绍了高切坡的破坏模式和扩建道路开挖高切坡时的施工安全控制技术。我国的公路交通基础设施日益完善，扩建道路工程在其中扮演着越来越重要的角色。高切坡的破坏方式和破坏模式类型较多，所以维持高切坡的稳定性是扩建道路开挖既有高切坡工程中的重中之重。在扩建道路开挖既有高切坡的工程中，有效且经济的高切坡开挖施工技术和施工安全控制措施是完成工程的重要保障。

关键词：扩建道路高切坡破坏模式稳定性安全控制技术

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）02（a）-0046-03

Stability Analysis and Construction Safety Control Technology of High Cut Slope

DING Zhigang*

（Zhongjiao Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 101121 China）

Abstract： This paper introduces the failure mode of high-cut slope and the construction safety control technology of the extended road when excavating high-cut slope. China's highway traffic infrastructure is improving day by day， the road expansion project is playing an increasingly important role in it. There are many types of failure modes and modes of high-cut slope， so maintaining the stability of high-cut slope is the most important task in the existing high-cut slope project of road expansion and excavation. In the project of extending the road to excavate the existing high cut slope， the effective and economical high cut slope excavation construction technology and construction safety control measures are the important guarantee to complete the project.

Key Words： Road extension; High cut slope; Failure mode; Stability; Safety control technology

道路的擴建工程设计与新建工程的设计有着比较明显的区别。新建工程有比较明确的设计规范和标准，但是扩建工程在这方面处于缺乏状态，其中包含着大量的、需要我们去进一步探索与研究的技术性问题。开展道路扩建工程的研究是必要的，也是当前形势所需要的。同时，在道路扩建工程中也难免遇到比较复杂的边坡工况，而高切坡就是这种工况之一。高切坡的破坏机理是比较复杂的，因此，对高切坡的稳定性分析存在一定的争议。如陈洪凯等研究者根据岩体的结构面控制性与现场易识性将道路中的高切坡分为3个大类和9个小类，其中的岩土复合型高切坡又分为顺层和切层两个复合型高切坡类型[1]。在实际的工程建设中，高切坡既可能沿着土层内部失稳，也有沿着岩层失稳的可能[2]。所以，在既有高切坡的道路上进行的扩建开挖工程更加复杂，需要工程技术人员对此类工程更加重视且有针对性。在既有高切坡的道路上进行扩建，传统上的施工方法是通过依据一定的坡率，由上往下，一层一层地进行开挖，随后一层一层地进行防护。但是这种方法在边坡坡率过大时，缺点就会变得十分明显。

（1）会引起开挖地工程量过大，特别是在边坡过于高时。

（2）施工过程中安全保障较差。在拓宽扩建道路的时候，一般都只会扩宽1～2个车道，所以宽度不足，从而导致开挖施工的工作平台和运输平台的空间不足，降低了施工的安全性。

（3）在施工过程中，对路边有着较大的安全威胁。在边坡高度过大时，滚石落土时的能量就相应越大，从而导致其弹起时的高度越高、速度越快、落点越远。此时，边坡的防护措施，比如防护网之类的就会失去一定的作用，未施工道路上的行车安全就会受到一定的威胁。

（4）边坡开挖施工的时间较长。对于高切坡的施工来说，为了保证相应的安全，边坡开挖一级后也要对这一级进行相应的防护，所以施工时间就会拉得比较长。

（5）边坡的山体较高时，可能会遇到重新征地的情况。

综上所述，高切坡施工具有较大的风险，不仅在施工过程中存在风险，而且在施工后，由于对土体和岩体进行了扰动，原有边坡稳定性较差，在降雨或地震、人类活动等外部因素作用下极有可能发生失稳，因此，需要加强对高切坡的后期监测和稳定性评价，在施工过程中也要建立优化的施工工艺，确保边坡安全存在。

1 高切坡变形方式

我国地质环境复杂，边坡种类很多，边坡变形破坏形式也多种多样，边坡灾害治理是一个长期的过程，任务重且难度大[3-4]。高切坡有4种不同的变形方式，分别是卸荷回弹、蠕变、表层变形和冲蚀破坏。

1.1 卸荷回弹

卸荷的作用会让卸荷面周围的岩体内部应力进行重新分布，这种现象可能会引起局部的应力集中。在回弹变形的时候，也可能会因为差异回弹而在岩体中产生残余应力体系，从而造成岩体不同程度的变形。

1.2 蠕变

坡体的应力因为长期作用而产生的一种持续且缓慢的变形。局部破裂是其中的一种变形方式，同时会生成一些新的破裂面。

1.3 表层变形

这种变形是指高切坡的表面层和强风化岩层在经历了自然破裂并且解体后产生剥落的现象。这种变形影响的范围较浅。

1.4 冲蚀破坏

这种变形是发生在有坡面径流时，松散的土体在其冲蚀的作用下发生的变形破坏。

2 高切坡变形破坏模式

在山区公路的工程中，岩土高切坡的破坏模式一般有4种不同的类型。

2.1 边坡上部土体圆弧形滑动

当边坡的下部分处于稳定状态时，边坡的上部土体可能会发生圆弧形滑动破坏。边坡形态造成的剪应面是边坡滑动面形成的原因，这个剪应面是不受之前形成的软弱面控制的。滑坡发生前，边坡应力最集中的地方在坡脚位置，此时的边坡土体抗剪强度不足以抵消滑坡面产生的剪应力，坡体开始蠕动且进行应力调整，当整个滑动面产生的剪应力都大于土体抗剪强度时，边坡将发生整体滑移。

2.2 边坡上部土体沿岩土边界层滑动

此类破坏一般发生于岩土接触层较陡峭的位置，并且此处的抗剪强度较低，沿接触面的滑动破坏是此时主要的破坏模式[5]。此时，切割土体的是滑坡体的后半部分，滑坡体可看作是刚体。

2.3 边坡沿基岩结构面顺层滑动

在边坡下半部分的坡体处于不稳定状态时，边坡发生整体破坏是沿着软弱面的。此时的边坡下部分坡体控制着边坡的稳定性。边坡上部分的坡体可设为荷载作用于下部分坡体[6]。顺层破坏是整体破坏模式的一种，这种破坏一般发生于岩层产状的结构面于边坡倾向相同时，其破坏影响因素主要受岩层产状三要素（走向、夹角、坡脚）决定，顺层破坏主要由滑坡体自重引起。

2.4 边坡沿基岩结构面倾倒滑动

在逆倾向岩层中发生的倾倒破坏也是整体破坏形式的一种。此类破坏的影响因素为坡脚与岩层结构面倾角组合、岩层厚度、岩土层间结合强度和反倾结构面发育所影响。主要破坏形式为岩层向坡体外部弯折变形并折断而引发的倾倒破坏。

3 施工安全控制技术

考虑到在高切坡开挖时，开挖工程施工具有一定的难度，并且在工程施工安全上也面临着一定的威胁，所以，在扩建道路开挖既有高切坡的工程中就需要一定的施工开挖技术。“垂直开挖”是高切坡开挖技术中的一种技术方案，此技术是将开挖点设置在高切坡的坡角处，这样可以开挖最小量的土体来达到拓宽道路的目的。在开挖的同时也采用相应的强度较高的支护来控制边坡的变形，以保障边坡的安全。这种技术方案不仅可以保持边坡在开挖过程中的稳定性，同时也能控制边坡的变形量在设计范围。边坡应力最集中的地方在于边坡的坡脚位置，同时此处的偏转也最为剧烈，边坡中最容易被破坏的地方。在坡脚处进行开挖时，如果没能控制好，就会造成相应的变形破坏，并且引起边坡上部发生整体性失稳。所以，在对边坡实施开挖时也应该采取一定的施工安全控制措施，在做好边坡稳定性评估的同时进行相应的数值计算分析，从而制订好安全的开挖方案和合理经济的加固措施。

3.1 既有高切破的调查与评估

在对既有高切坡的道路进行开挖时，应该首先对该处的项目资料进行收集并且进行现状调查。在资料收集方面，应该着重收集此处高切坡的设计方案、施工情况和历年的监测数据，以了解到边坡的变形历史。在对边坡的现状调查方面，应该着重于边坡的外观完好程度、边坡的防护措施是否完整、地下水是否有出露情况。调绘为调查的主要手段，必要时，也可采取勘探和测试等手段。如果原边坡是施加了加固工程的，那此时的调查重点应该着重于加固工程和必要的位移、应力测试工作。根據既有边坡的调查数据，对其稳定性进行评估，必要时可加上数值计算进行分析。如果边坡的稳定性较差，应对其进行加固强化措施再进行后面工序。

3.2 预支护措施

在开挖原有边坡的坡脚时，坡脚处会产生一定的位移。这些位移一定会影响到现有的边坡的上部。位移过大的情况下，必然会使原有的边坡变形和失去稳定性，所以必须事先使用一定的保护措施，对边坡的坡脚进行一定的加固。考虑到在现有的边坡上施工，结合作业平台和边坡的地质情况，一般采取以下预备保护措施。

（1）微型桩支护，在掘进平台上，以一定的间隔布置成2～3列，桩顶与整体相连。微型桩使用地质钻机或锚固工程钻机，开口孔径一般为150～250mm，孔中插入无缝钢管或钢筋，并注入水泥砂浆[7]。

（2）加强锚固工程，主要是在代开挖的上一级斜坡上设置预应力固架，通过预应力形成压缩应力带，改善边坡的应力场。

3.3 分级开挖与支护

在对既有高切坡的坡脚进行开挖时，应该是分布进行开挖，然后分级进行支护。分阶段开挖[8-9]的高度和次数要综合考虑地质条件、边坡高度等因素后再确定。如果按分级开挖、开挖时的高度过高，那么很容易使边坡发生失稳。如果高度过小，开挖的次数就会增加，施工时间就会延长，成本就会提高。在对边坡进行分级开挖时，应当立即予以支护。支护措施包括临时性支护和永久性支护措施。临时性的支护措施一般是采用土钉墙进行密封。这一点在南方多雨地区尤为重要，可有效防止边坡坡面松动、雨水侵蚀等造成的破坏。现阶段，采用预应力锚索支护也成为高切坡防护的重点和重要措施，它不仅能保障边坡的稳定性还能降低成本，具有较好的应用前景。采用这种方法对边坡进行加固时要严格按照图纸施工，在施工过程中注意脚手架的安放，控制一定的误差范围，在钻孔过程中不能加水，要采取干钻，钻孔深度为500mm以上，施工人员必须对地层进行详细勘探掌握基本情况，避免出现土层坍塌[10]。

4 结语

在扩建道路开挖高切坡的工程中，应采用合理、安全、经济、有效的开挖技术，以保证高切坡在开挖施工过程中的稳定性。同时，也应该根据高切坡的现场实际情况采取适当的安全控制技术，例如分级开挖、分级防护、选取合适的开挖高度、分级支护等，以保障工程安全有效地完成。

参考文献

[1] 陈洪凯，杨世胜，叶四桥，等.公路高切坡分类及其破坏模式[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2007，26（5）：92-96.

[2] 罗元华，伍法权.三峡水库区岩土体高切坡的基本特点与防灾方法[J].中国地质灾害与防治学报， 2004，15（5）：115-118.

[3] 李进.公路路堑边坡滑坡勘察治理核心思路[J].科技创新导报，2020，17（15）：37-38.

[4] 郭翔.软岩边坡加固治理技术措施分析[J].科技创新导报，2019，16（18）：68，73.

[5] 刘庆.重庆开县临港工业园高切坡治理工程支护设计优化调整[J].江西建材，2017（15）：13-14.

[6] 朱文炜，任旭华，张继勋.强度折减法与重度增加法对边坡稳定安全系数的影响[J].水电能源科学，2019，37（1）：127-131.

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[8] 张焱.岩质高切坡破坏特性分析[J].山西建筑， 2018，44（31）：79-80.

[9] 柯峰.双基坑开挖施工技术应用研究[J].科技创新导报，2020，17（9）：44-45.