城市道路岩质高边坡失稳机理分析及加固措施研究

韩杰 吴炜骏

摘要 针对城市道路中岩质高边坡的变形失稳等问题，结合实际工程分析了岩质高边坡的加固施工方案，通过采取钻孔预埋锚杆加固技术、抗滑桩加固技术以及桩板墙加固技术相结合的方式，解决了城市道路岩质高边坡在强降雨时的加固施工问题，切实提高了道路岩质高边坡的稳定性。结果表明，在岩质高边坡中综合使用锚杆加固技术、抗滑桩加固技术以及桩板墙加固技术，能够有效提升高边坡的稳定性，保障了城市道路的安全稳定运行。

关键词 高边坡；城市道路；失稳机理；抗滑桩；桩板墙；加固措施

中图分类号 U412.37文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0072-03

0 引言

岩质高边坡的失稳机理主要包括岩石内部的因素、地下水作用以及地震作用三个方面。岩石中的节理、断层等构造影响岩石内部的应力状态，地下水作用会增加土体的饱和度，降低土体的强度，从而导致岩质高边坡的破坏[1]。地震作用是指地震波对岩质高边坡的动力作用，使得岩石发生震动，从而引发岩质高边坡的滑动。由于这些因素的影响，岩质高边坡在城市道路工程中存在较高的失稳问题，给周边环境和道路安全带来了潜在风险。为了加强城市道路中岩质高边坡的稳定性，要在对岩质高边坡变形失稳机理开展研究分析的基础上，采取钻孔预埋锚杆加固技术、抗滑桩加固技术及桩板墙加固技术相结合的方式对其进行加固治理。

1 城市道路岩质边坡失稳机理

道路边坡变形失稳由其内部作用表现出来，是边坡岩土体内部成贯通性的破坏面，从而引起岩质边坡中心体的变动。城市道路岩质边坡的变形类型包括：一是滑动，是指岩石质边坡整体发生水平或近水平方向的滑动，常见的滑动类型有平滑滑动、裂隙滑动、剥蚀滑动等；二是塌方，是指岩石质边坡在重力作用下发生破碎和坍塌，形成大块状或块体状的塌方现象；三是崩塌，是指岩石质边坡发生局部破裂和坍塌，形成小块状或碎体状的崩塌现象；四是岩溶，是指边坡岩体中存在溶洞、溶缝等，受水流侵蚀而形成的岩溶地形和岩溶塌陷；五是空隙变形，是指边坡岩体中的裂隙、破碎带等在水流、渗流、重力作用下发生变形，形成裂缝扩展和变形破坏。需要注意的是，道路岩质边坡变形类型的具体表现和原因会受到岩质性质、地质构造、水文地质条件等多种因素的影响。

1.1 岩体内部因素

岩体内部因素是由于道路岩质边坡岩石自身性质和结构，对高边坡稳定性产生的直接影响，岩石强度较高的边坡更稳定，而强度较低的岩石容易发生滑坡崩塌。岩体中存在多个不同方向的节理，容易导致岩体破碎滑动。断层是岩体中的裂缝带，如果边坡受到断层分割，容易导致边坡破坏。岩石的物理特性对边坡稳定性具有重要影响，例如岩石的密度、孔隙度、渗透性等。岩石密度较低、孔隙度较高的岩石容易在受到外部载荷时产生变形破坏[2]。渗透性较高的岩石会增加地下水对边坡的影响，导致边坡产生饱和失稳。当岩石受到风化作用时，更容易受到水的侵蚀，使其强度和稳定性受到影响，容易发生滑动。岩石内部的应力状态对边坡的稳定性至关重要，如果边坡顶部的应力状态是拉应力，则边坡稳定性相对较好；但如果边坡受到的是竖直应力，则边坡稳定性就会受到较大威胁[3]。岩体物理力学根据工程勘察报告得出，具体如表1所示。

1.2 岩体外部因素

外部因素是指岩体长期在自重应力和外部突变因素的共同作用下，岩质高边坡沿岩体内部的软弱结构面而发生的整体滑动或滚动现象，还会因地质构造运动、风化、边坡施工等，在岩体内产生不同程度的破裂和错位，这些变形特征由小变大、由少变多，经过长期或短暂的组合，逐步发展为岩质高边坡的失稳。在高陡的岩质边坡前缘，被破裂面切割的岩块与母体分离，向前翻滚而下的现象称为崩塌，崩塌形成的原因主要是岩体存在与坡面平行的外倾破裂面，当结构面岩体向外的倾覆力大于抗倾覆力时，岩体会沿破裂面整体脱落，造成岩质高边坡崩塌。同时，降雨会造成岩体自重增加，使倾覆力增大而造成邊坡失稳，降雨充填在岩体裂隙，对裂隙面外岩体施加静水压力或动水压力，使岩体含水量趋于饱和，加重了高边坡的动态荷载[4]。地震是另一个影响岩体稳定的重要外部因素，地震引起边坡体振动，产生的振动波会对高边坡施加剪切力，会触发或加剧高边坡上的滑动面、节理和断层活动，增加了高边坡的失稳风险。最后，人为活动也是影响岩质高边坡稳定性的重要因素，例如坡顶堆载、开挖坡脚、爆破振动等都会造成岩质边坡的崩塌。

2 岩质高边坡加固措施

基于城市道路岩质高边坡失稳机理的特殊性和工程实际情况，通过勘察不同岩质高边坡的特征并结合工程实际情况，主要采取以下几种岩质高边坡治理方式开展施工。

2.1 钻孔预埋锚杆加固技术

锚杆加固的原理是通过锚杆与岩石间的摩擦和黏结力来增加岩体的抗剪强度和整体稳定性。岩石钻孔的深度一般在20～40 m直径范围内，在钻孔孔道内插入锚杆，在锚杆与岩石间注入灌浆材料并施加预先确定的拉力，使锚杆与岩石形成紧密的摩擦和黏结，从而增加边坡的抗滑能力[5]。在边坡内施工钻孔时，要求钻孔的直径和间距要根据边坡实际情况和设计要求确定，避免扩大孔口而影响边坡的整体稳定性。将锚杆插入钻孔中并保持一定的倾斜角度，以增加岩体与锚杆间的摩擦力，锚杆的长度要根据边坡高度和设计要求确定。在锚杆与岩石间注入高强度灌浆材料，并将锚杆与岩石牢固固定，在注浆固化后对锚杆施加预先确定的拉力，切实保证边坡的稳定。锚杆加固技术原理如图1所示。

2.2 抗滑桩加固体系

抗滑桩加固是通过桩基与岩石间的摩擦力、土体反力和桩身与土体间的扭矩传递，使边坡达到抗滑的能力。通过将桩基置入岩体层或稳定土层中，使抗滑桩与岩体形成整体，从而提高边坡的稳定性。其中，混凝土梁或钢筋混凝土梁的设置要通过连接桩基传递与岩体间的受力，要求先在边坡底部或边坡外侧进行桩基钻孔，再将桩基插入钻孔中，如果需要加强与岩体间的摩擦力，可在桩基外包裹钢筋，最后再将混凝土浇筑至桩基孔道，起到固定梁的位置并增加整体抗滑能力的作用[6]。

2.3 碎石防护加固技术

根据城市道路岩质高边坡的具体地质、地形特征，由于岩石的自然脱落、边坡缺乏防护以及人为施工不当等情况，会导致高边坡产生滑动或坍塌等事故。针对岩质高边坡中所含有的大量碎石滑落等问题，主要采取SNS（Soft Net System，柔性网系统）进行防护加固施工，SNS技术是一种应用广泛的高边坡碎石防护加固技术，主要分为主动防护系统和被动防护系统，用于崩塌落石频率高、区域集中的高陡边坡碎石防治加固。柔性网系统是一种栅栏式挡石网系统，保护系统的网状材料主要是钢丝绳，由钢丝网、减压环、支撑绳和钢柱组成，具有很高的柔韧性，可以分散岩质高边坡中岩石滑落所产生的能量。施工过程中，网格尺寸以及支撑绳、锚杆和支撑钢柱的深度应根据高边坡的具体高度确定，利用钢丝绳网覆盖潜在崩塌岩体的边坡，能够使崩塌岩石沿着边坡滚下或滑下，使其不会在坡脚外产生剧烈跳跃。如果受到石块的冲击，钢丝绳的承载力会降低，冲击力会传递到钢柱上，降低从高边坡滑落的碎石产生的冲击力，也减小了对自身的损伤，有效防止了高边坡的坍塌和失稳。

2.4 桩板墙加固技术

桩板墙加固是通过桩基和桩板墙的结构形式，在岩质高边坡表面或内部形成墙体的支撑和抗滑作用。桩基结构通过垂直排列的方式深入岩体稳定层，依靠岩石的地基应力实现稳定的效果。水泥土垫层的作用是将相邻桩基进行连接，形成整体的墙体结构，增强边坡的整体刚度和抗滑性能。根据设计要求，在边坡表面或内部进行桩基打桩过程中，一般采用现浇桩或预制桩的形式进行，打桩深度应超过边坡的不稳定层或者达到稳定岩体层的位置[7]。在相邻桩基之间进行水泥土垫层的施工时，水泥土垫层的材料可以采用混凝土或水泥土等，水泥土垫层施工完成后即进行钢筋绑扎，钢筋布置要保证桩板墙的承载能力和整体稳定性。梁与桩基连接过程中，要采取预留孔的方式将梁体与桩基牢固连接，增强整体的刚度和抗滑性能。上述施工完成后应及时对桩板墙加固效果进行检测，主要包括对桩基、水泥土垫层、钢筋、梁体等的施工质量检查，确保加固工程达到设计标准。岩质高边坡的加固施工要综合考虑边坡的地质结构和环境条件等因素，通过排水措施、护坡结构、防护覆盖层以及岩体加固等手段，进一步提高岩质高边坡的稳定性，减少地质灾害发生的风险。

3 实际工程案例分析

选择山东省烟台市某城市道路作为研究对象，首先对岩质高边坡进行表面勘查，主要勘查坡体外形和周围水文地质等情况。经测量该城市道路全长400 m，岩质高边坡高度为10 m，该路段周围未见地表水，岩层主要由粉质黏土和沉积岩构成，表面覆盖了一层填土层。根据道路交通工程相关规定，该高边坡安全等级属于一级。由于该路段岩层承载能力有限且边坡高度较高，施工方案拟采取桩板墙加固、锚杆加固以及抗滑桩加固相结合的工艺进行加固施工。通过埋设锚杆将岩石与地下岩层相连接，抗滑桩选择直立桩形式埋设在岩体内部或者岩体边坡下部，通过钢筋混凝土桩的阻力作用增加岩体的稳定性，桩板墙采用倾斜形式将桩和板埋入岩体中，从而形成具有抗剪性和抗滑能力的整体加固结构。计算模型如图2所示。

由于道路所处地区降雨量较为频繁，需要对不同降雨强度时加固前和加固后的岩质高边坡进行安全系数检测，其对应的安全系数如表2所示。

由表2可知，边坡加固前、后的安全系数随着降雨量的增加而减少，当降雨量为50 mm/d和100 mm/d时，根据相关边坡工程技术规范，加固前、后的安全等级评为一级。当降雨量为250 mm/d时，加固前的安全等级降为三级，而加固后的安全等级则仍为一级。当降雨量为350 mm/d时，加固前的安全等级已经为三级，而加固后的边坡仍为一级，加固后的高边坡在不同降雨量时都能处于稳定状态。勘测结果表明，通过锚杆加固、抗滑桩加固和桩板墙加固相结合的施工技术，有效发挥了各类加固措施的优势，切实提升了岩质高边坡的抗滑性能、抗剪強度和整体稳定性。

4 结束语

岩质高边坡的失稳会给道路安全带来巨大风险，该文结合烟台市某城市道路作为研究对象，对城市道路岩质高边坡的内部和外部失稳机理进行了勘察分析，通过锚杆加固技术、抗滑桩加固技术和桩板墙加固技术相结合的施工方式对城市道路岩质高边坡进行加固处理。检测结果显示，加固后的城市道路高边坡在不同降雨量大小时都能处于稳定状态，可以为同类城市道路岩质高边坡的维修加固施工提供一定参考借鉴。

参考文献

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[3]周俊雄， 魏继红， 刘刚， 等. 镇江市某岩质边坡稳定性评价及其治理措施研究[J]. 甘肃科学学报， 2023（1）： 87-92.

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[7]陈晓年， 肖卓尔. 有限差分强度折减法在岩质高边坡加固中的应用[J]. 水电能源科学， 2022（11）： 159-162.

收稿日期：2023-11-14

作者简介：韩杰（1970—），男，本科，高级工程师，研究方向：工程管理。