杜力

（湖北省交通投資集團(tuán)有限公司工程科，湖北 十堰 442000）

0 引言

高速公路邊坡的穩(wěn)定性關(guān)系著高速公路的使用壽命，也影響著人們的出行安全，因此增強(qiáng)高速公路邊坡穩(wěn)定性成為一個(gè)重要課題[1]。在實(shí)踐中，很多因素會(huì)影響到高速公路邊坡的穩(wěn)定性，如自然因素、施工技術(shù)等，施工部門應(yīng)定期開(kāi)展邊坡穩(wěn)定性影響因素分析，及時(shí)采取加固策略，確保高速公路邊坡穩(wěn)固、可靠[2]。

1 高速公路邊坡穩(wěn)定的重要性

邊坡是高速公路常見(jiàn)的地質(zhì)地貌環(huán)境，受自然、人為因素的影響，滑坡、崩塌、泥石流等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致邊坡變形失穩(wěn)，給工程建設(shè)、人們的生命財(cái)產(chǎn)造成損失[3]。同時(shí)，我國(guó)地形地貌復(fù)雜，三分之二的國(guó)土為山地，且處于環(huán)太平洋帶、北半球中緯度環(huán)球?yàn)?zāi)害帶的交匯區(qū)，滑坡、崩塌、地面塌陷、地面沉降、地裂縫災(zāi)害在各省區(qū)普遍存在，給高速公路的建設(shè)和維護(hù)提出了新的要求[4]。加強(qiáng)分析高速公路邊坡穩(wěn)定性影響因素，并采取有效的加固措施，一方面有利于防災(zāi)減災(zāi)，最大限度地減少地質(zhì)災(zāi)害引起的損失，另一方面有助于總結(jié)邊坡失穩(wěn)的規(guī)律和機(jī)制，促進(jìn)邊坡加固技術(shù)的探索和進(jìn)步，并在此基礎(chǔ)上建立切實(shí)可行的加固防災(zāi)模式[5]。

2 高速公路邊坡穩(wěn)定性的影響因素

2.1 施工技術(shù)

高速公路邊坡一般可分為人造邊坡和自然形成的邊坡，邊坡的坡度即坡面與地面的夾角，這一夾角越大則邊坡的穩(wěn)定性越差[6]。在一些地區(qū)高速公路的施工中，受地形、地質(zhì)等因素的影響，邊坡坡度設(shè)計(jì)受限或不合理，給邊坡失穩(wěn)埋下了隱患。另外，邊坡預(yù)防性施工是保持邊坡穩(wěn)定性的重要因素，邊坡加固、防災(zāi)治理等措施是否落實(shí)到位也會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性。

2.2 自然條件

自然地理?xiàng)l件對(duì)高速公路邊坡穩(wěn)定性有明顯影響，不同地區(qū)、不同季節(jié)條件下，高速公路的邊坡穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生明顯區(qū)別，在其中起決定性影響的是邊坡土壤的含水量，在降水充沛、地下水含量較多的地區(qū)，邊坡土層內(nèi)部的摩擦力會(huì)降低，坡體重量增大，進(jìn)而降低邊坡的穩(wěn)定性。

2.3 強(qiáng)度參數(shù)

路基邊坡的強(qiáng)度參數(shù)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。我國(guó)高速公路邊坡大多為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，土質(zhì)強(qiáng)度、土層的黏聚力、摩擦力在很大程度上決定了邊坡的穩(wěn)定性。若土壤內(nèi)混入了大量的水分甚至水分含量過(guò)高，土壤的內(nèi)聚力和摩擦力就會(huì)降低，進(jìn)而降低邊坡穩(wěn)定性。此外，土壤的抗剪強(qiáng)度、是否有凍土層等也會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性。

3 高速公路邊坡加固措施

3.1 錨噴加固

對(duì)高速公路邊坡進(jìn)行錨噴加固，利用土石材料攔截。邊坡失穩(wěn)與土質(zhì)強(qiáng)度、間隔有關(guān)，可采取錨桿、灌漿的方式加固，采用較多的是錨噴支護(hù)，這種方法不但可以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，且在遭遇突發(fā)大規(guī)模崩塌時(shí)可有效減少崩塌面積。電滲、注漿、動(dòng)力固結(jié)也是常用的加固方法，這些方法可以加密土層，改變土質(zhì)強(qiáng)度，從而增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性[7-8]。此外，對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)邊坡落石的高速公路，工作人員也可在失穩(wěn)區(qū)域攔截，針對(duì)失穩(wěn)地點(diǎn)分析翻滾、彈跳等問(wèn)題，并通過(guò)攔石墻、金屬網(wǎng)、落石槽等設(shè)施減少落石的危害。

3.2 防護(hù)措施

工作人員應(yīng)從高速公路所在區(qū)域的自然地理環(huán)境出發(fā)，詳細(xì)分析土層厚度、氣候環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，選擇科學(xué)的施工技術(shù)和材料，擬定施工計(jì)劃，并按計(jì)劃逐步完成坡度建設(shè)與加固。例如，可以采用錨桿支護(hù)、修建防護(hù)欄、水泥砂漿抹面等方式來(lái)預(yù)防邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)。在邊坡加固中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定設(shè)置黏土墊層，預(yù)防地表水入侵，建好排水溝槽，及時(shí)排出地表水，減少邊坡土質(zhì)流沙，預(yù)防邊坡強(qiáng)度弱化。

在采取防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)邊坡加固風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。針對(duì)不同地區(qū)、不同性質(zhì)的邊坡，應(yīng)采取不同的加固方法，設(shè)計(jì)人員應(yīng)仔細(xì)計(jì)算邊坡的承載力等，并確保控制到位；

（2）工作人員要建立邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，設(shè)計(jì)突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案，將邊坡失穩(wěn)造成的危害降到最低[9-10]。

3.3 鋼軌抗滑樁

抗滑樁是邊坡治理的常見(jiàn)方案，其中全埋式鋼軌抗滑樁是一種新型抗滑樁，具有單樁施工簡(jiǎn)單，群樁抗滑能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)[11-12]。在高速公路邊坡加固中采用鋼軌抗滑樁，步驟如下：

（1）鋼軌加工。按照設(shè)計(jì)圖加工，長(zhǎng)度12.5m 以上的鋼軌需接長(zhǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊接，焊接后需進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)；

（2）鉆孔放線，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確放線，控制好孔位誤差，否則有可能出現(xiàn)群樁連接鋼筋、拉緊裝置不能連接的問(wèn)題；

（3）鉆機(jī)鉆孔，一般采用潛孔鉆機(jī)或牙輪鉆機(jī)，從一側(cè)推進(jìn)，鉆孔后做好防護(hù)，避免雜物、灰塵掉入孔內(nèi)；

（4）安裝鋼軌，一般采用吊車作業(yè)，鋼軌進(jìn)入孔內(nèi)后先進(jìn)行微調(diào)固定，確保位置精確；

（5）注入水泥砂漿，一般采用M20 水泥砂漿，用注漿泵注入；

（6）連接群樁，水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，連接樁頂，先安裝鋼筋拉桿，再安裝拉緊裝置；

（7）鋪層施工，可采用單層或雙層鋪層，施工完畢后進(jìn)行鋪層養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到目標(biāo)值后即可開(kāi)放交通。

3.4 綠化施工

良好的植被覆蓋具有穩(wěn)固土層的作用，做好綠化工作也能增加邊坡強(qiáng)度。工作人員應(yīng)對(duì)高速公路沿線進(jìn)行植被覆蓋規(guī)劃，因地制宜選擇合適的樹(shù)種，做好種植管理。

4 某區(qū)段高速公路邊坡穩(wěn)定性案例分析

某高速公路開(kāi)挖總長(zhǎng)度34.56km，在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，典型路塹路段樁號(hào)K11+920—K12+090 的路段，最大開(kāi)挖深度18.0m?，F(xiàn)分析該路段邊坡穩(wěn)定性，并提出優(yōu)化措施，以提高施工的穩(wěn)定性和安全性。

4.1 工程地質(zhì)條件

（1）地質(zhì)條件。采用鉆探、原位測(cè)試、工程地質(zhì)測(cè)繪、微分電測(cè)深等方式調(diào)查該路段路塹邊坡的巖土體特征、滑動(dòng)面位置等。①地理?xiàng)l件。該路段是典型的丘陵地貌，地表起伏大，原始地面高程288.30～322.50m，山體坡度10～26°，局部有基巖裸露，植被覆蓋稀疏。②巖性條件。調(diào)查表明，露出的地層主要是砂巖、泥巖。③水文條件。無(wú)地表水體發(fā)育，暴雨季節(jié)可形成地表徑流，地表水向低洼處排泄，也可沿裂隙滲入滑坡體內(nèi)；④地質(zhì)構(gòu)造。路塹邊坡及外圍有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，約在泥盆晚期～三疊晚期，至侏羅早期時(shí)出現(xiàn)明顯的沉降運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造特殊。

（2）水質(zhì)條件。以3 處鉆孔獲取地下水樣本并進(jìn)行化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)該處地下水對(duì)鋼筋混凝土、鋼筋有輕微腐蝕性。

（3）巖土物理力學(xué)性質(zhì)。共獲取擾動(dòng)土樣3 件，原狀土樣6 件，進(jìn)行巖土物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行15次標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)。

4.2 模型模擬

在勘察的基礎(chǔ)上，利用FLAC 軟件建立路塹邊坡有限元模型：

（1）該開(kāi)挖工程屬于淺挖邊坡，建模時(shí)主要考慮坡體自重；

（2）對(duì)邊坡左右邊界、固定水平自由度，進(jìn)行滑動(dòng)約束，釋放垂直自由度，固定約束底部，演示坡體的自由滑動(dòng)過(guò)程；

（3）采用摩爾－庫(kù)倫模型，各材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 材料特性

4.3 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

通過(guò)上述分析可看出，諸多因素會(huì)影響該路段邊坡的穩(wěn)定性，現(xiàn)將各因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的總結(jié)如下：

（1）黏聚力。根據(jù)模型數(shù)值分析黏聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，隨著黏聚力的增強(qiáng)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸增加，但增幅逐漸放緩。

（2）內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角的變化也會(huì)使邊坡穩(wěn)定性出現(xiàn)相應(yīng)變化，當(dāng)內(nèi)摩擦角從13°上升到38°時(shí)，邊坡穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。

（3）巖體密度。通過(guò)改變巖體密度，計(jì)算巖體密度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，得出巖體密度與邊坡穩(wěn)定性成反比關(guān)系，隨著巖體密度的增大，邊坡穩(wěn)定性逐漸降低，這提示在進(jìn)入雨季后，工作人員需對(duì)該路段邊坡進(jìn)行排水，避免雨水滲入。

（4）巖體抗拉強(qiáng)度。通過(guò)改變巖體抗拉強(qiáng)度，計(jì)算巖體抗拉強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，得出巖體抗拉強(qiáng)度與邊坡穩(wěn)定性在一定區(qū)間內(nèi)呈正比關(guān)系，當(dāng)巖體抗拉強(qiáng)度在2.8MPa以下時(shí)，隨著巖體抗拉強(qiáng)度的增大，邊坡穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。但當(dāng)巖體抗拉強(qiáng)度在2.8MPa 以上時(shí)，隨著巖體抗拉強(qiáng)度的增大，邊坡穩(wěn)定性不再產(chǎn)生變化。

（5）水位線。在模型內(nèi)設(shè)置水位標(biāo)準(zhǔn)線，建立不同水位線條件下的模型，發(fā)現(xiàn)水位線越高邊坡越容易破壞，當(dāng)水位線在4m 以上時(shí)，邊坡穩(wěn)定性明顯下降，表明水位線達(dá)到一定高度會(huì)降低邊坡穩(wěn)定性，凸顯了防水排水管理的重要性。

通過(guò)以上分析可見(jiàn)，不同因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性均有一定的影響，為了明確這些因素的敏感性，現(xiàn)采用一元化的單位對(duì)不同因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用參數(shù)敏感度分析得出結(jié)論。

穩(wěn)定性系數(shù)Fs=f(x1,x2,...xn)，第i個(gè)影響參數(shù)的敏感度Si

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，發(fā)現(xiàn)內(nèi)摩擦角的敏感性最強(qiáng)，其次為密度和黏聚力。抗拉強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的敏感性最小。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路邊坡穩(wěn)定性極為重要，在施工和日常維護(hù)中，工作人員應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，及時(shí)采取加固措施，將邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，確保高速公路的安全運(yùn)行。