成富貴

（昭通先行道路橋梁工程有限公司，云南 昭通 657099）

0 引言

20 世紀(jì)80 年代之前，我國道路施工中，由于沒有注意土石方施工，造成部分已建成道路存在安全風(fēng)險(xiǎn)，巖石結(jié)構(gòu)應(yīng)用受到人們關(guān)注，但因項(xiàng)目特性限制，公路施工中仍然存在的各種問題，尚需進(jìn)一步研究。因此，本文討論在公路施工中存在的工程問題，并給出相應(yīng)的處理方案。

1 路基穩(wěn)定問題

路基穩(wěn)定包括以下兩個(gè)方面：①路基巖石在承受上部載荷情況下有無損壞，也就是達(dá)到強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)；②在上部荷載作用下，路基巖石有無出現(xiàn)沉陷。路基要達(dá)到一定承載能力，在達(dá)到承載量后，可以不用對(duì)路基沉降進(jìn)行檢測。在達(dá)到規(guī)定的沉降后，承載能力完全符合要求，無須進(jìn)行校核，在此條件下，可以根據(jù)沉降大小進(jìn)行路基設(shè)計(jì)。因此，如何有效控制路基沉降是路基工程建設(shè)重點(diǎn)。在軟土區(qū)，由于路基沉降差較大，容易發(fā)生工程質(zhì)量問題，因此，應(yīng)按照沉降防治規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的工程建設(shè)[1]，不僅可以確保公路安全，而且可以節(jié)約后期道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。根據(jù)沉降控制的設(shè)計(jì)，考慮路基的承載量是否達(dá)到要求。

路基的穩(wěn)定性問題主要從以下3 個(gè)方面進(jìn)行研究。

天然路基巖土體的強(qiáng)度和變形特征分析。對(duì)低承載力低的路基，應(yīng)充分利用其自然地基土的潛能；同時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)土體的工程性質(zhì)也進(jìn)行分析，為以后地基處理提供基礎(chǔ)。

地基處理技術(shù)與地基土處理后的工程特性?？鐪咸粮咛罘铰返痰臄?shù)量日益增多，因此，一般情況下，天然軟黏土地基很難達(dá)到工程的要求。因此，各類基礎(chǔ)處理技術(shù)都在不斷的發(fā)展和改進(jìn)。置換、強(qiáng)夯、擠密、預(yù)壓固結(jié)、注漿膠結(jié)等新工藝的出現(xiàn)與發(fā)展。針對(duì)路堤強(qiáng)度、變形、滲透性等技術(shù)指標(biāo)的需要，對(duì)路基進(jìn)行預(yù)測和評(píng)估，選取適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，并制定相?yīng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

橋梁深基礎(chǔ)及其與地基相互作用的研究。在天然基礎(chǔ)及已處理基礎(chǔ)無法達(dá)到的條件時(shí)，應(yīng)考慮采用樁基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)。地基與周邊土壤相互配合，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的承重起到了很好的支撐作用。因此，既要對(duì)地基的性質(zhì)、地基的性質(zhì)進(jìn)行分析，又要對(duì)兩者之間的相互作用進(jìn)行分析，從而得出合理的設(shè)計(jì)方案。隨著深基坑工程的發(fā)展，基坑的穩(wěn)定性、滲流穩(wěn)定性、基坑支護(hù)、基坑降水、排水等方面都給基坑工程帶來了新的課題。

2 邊坡穩(wěn)定問題及解決措施

跨越山嶺地區(qū)的公路，其邊坡容易出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，如果使用支撐式圍擋結(jié)構(gòu)，則其圍擋結(jié)構(gòu)要承受邊坡巖土的重力荷載。通常情況下，邊坡本身具備維持穩(wěn)定性的能力，大部分自然邊坡在演變的過程中能夠適應(yīng)各種自然因素而保持穩(wěn)定狀態(tài)。但是，在實(shí)際施工中，邊坡穩(wěn)定問題仍然很嚴(yán)重，這主要是因?yàn)槭┕な蛊履_受到侵蝕、坡體荷載過大，使邊坡原有平衡狀況受到嚴(yán)重影響。另外，受地形因素制約，邊坡開挖不能只以其穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)來確定邊坡的坡型，如果斜坡斜率過低，則剝石量大幅增加，占用面積增大，因此必須采取斜坡支護(hù)。在城市的公路建設(shè)中，通常要設(shè)計(jì)深基坑邊坡。由于受到基坑基礎(chǔ)的和周邊建筑的限制，無法按照穩(wěn)定坡角進(jìn)行放坡，大多數(shù)采取治理邊坡+支護(hù)的方法。在邊坡不穩(wěn)定的情況下，采用支撐式圍擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，加固后進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估[2]。

邊坡穩(wěn)定性評(píng)估涉及強(qiáng)度、變形，還要根據(jù)工程特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮邊坡的其他影響因素。例如，公路路堤邊坡其變形、承載力等均需達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)；而在路塹邊坡附近無建筑物的情況下，僅需進(jìn)行強(qiáng)度穩(wěn)定分析即可。

邊坡的破壞類型分為崩塌和滑坡兩種情況分別如圖1、圖2 所示。崩塌規(guī)模不大，崩塌多發(fā)生在邊坡的陡崖地帶，由于雨水過多，會(huì)滲透到峭壁中的裂隙中，增加巖層重量，減小巖層之間摩擦力，破壞原有穩(wěn)定性。崩塌的主要類型有落石、坍陷等。大規(guī)模崩塌可以摧毀鐵路、公路、隧道、橋梁等，堵塞交通、毀壞車輛，對(duì)水源產(chǎn)生不利影響，造成污染，危害人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全?；率枪饭こ讨凶畛Ｒ姷倪吰缕茐男问剑捎谧匀蛔饔煤腿祟惢顒?dòng)，導(dǎo)致公路邊坡穩(wěn)定性遭到破壞，在成邊坡土石方大規(guī)模坍塌。因此，對(duì)公路邊坡的穩(wěn)定評(píng)估主要是以其潛在滑坡、崩塌為重點(diǎn)，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的滑移面進(jìn)行評(píng)估。事實(shí)上，相同條件下由于諸多因素影響，滑移面的穩(wěn)定性明顯低于正常邊坡，因而，施工引起的滑坡復(fù)發(fā)的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新滑坡[3]。

圖1 公路邊坡崩塌

圖2 公路邊坡滑坡

另外，泥石流也是常見的邊坡破壞類型。泥石流是一種含有大量泥沙、石塊等固體物質(zhì)，在山地地形，伴隨著暴雨突然爆發(fā)，具有強(qiáng)大的破壞力，可以沖毀路基、路面。

防止崩塌和滑坡的主要方法是通過減少荷載、增加支撐、加強(qiáng)錨固等手段來實(shí)現(xiàn)邊坡固化強(qiáng)化減載，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排澇工程的布置。泥石流的主要防范措施是在工程設(shè)計(jì)和施工中設(shè)計(jì)、實(shí)施合理、高效的防滲排水體系，并對(duì)現(xiàn)有的孔隙、塌方等進(jìn)行封堵，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止雨水和地表水的滲透。因此，在設(shè)計(jì)、施工時(shí)，應(yīng)盡量避免采用不合理的陡坡，以保持山體的穩(wěn)定性、保持巖體的平衡，并盡量避免采用大爆破，以降低滑坡發(fā)生可能性。在現(xiàn)有的遮蔽、減載、支撐、加固、護(hù)墻護(hù)坡、疏浚排水等方面，積極開展有關(guān)技術(shù)開發(fā)，并設(shè)計(jì)出科學(xué)、高效、經(jīng)濟(jì)的施工方法。泥石流的防治工程有跨越工程、穿越工程、攔阻工程、排導(dǎo)工程、防護(hù)工程等。泥石流區(qū)的有關(guān)設(shè)施、地質(zhì)環(huán)境等都要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以防止泥石流災(zāi)害。在具體的項(xiàng)目中，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。

3 圍巖穩(wěn)定性問題

公路隧道工程中，巖石初始受力狀況會(huì)發(fā)生變化，引起圍巖變形。當(dāng)隧道掘進(jìn)后，洞室圍巖應(yīng)力發(fā)生形變，當(dāng)某個(gè)方向的應(yīng)力大于巖石抗壓或抗剪強(qiáng)度時(shí)，圍巖會(huì)出現(xiàn)斷裂。圍巖應(yīng)力與圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)、圍巖的物性、圍巖結(jié)構(gòu)類型、洞室剖面形態(tài)和大小、地下水、巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)展?fàn)顩r等因素密切相關(guān)。受巖層構(gòu)造、各種不確定因素影響，巖層中的再分配應(yīng)力難以通過理論公式進(jìn)行精確計(jì)算。當(dāng)前工程中，圍巖穩(wěn)定性評(píng)估主要是針對(duì)圍巖分級(jí)定性評(píng)估。例如，分散構(gòu)造、破碎結(jié)構(gòu)圍巖，可用普通崩塌拱法進(jìn)行分析；較為完整的圍巖可以應(yīng)用彈性力學(xué)法進(jìn)行分析；對(duì)具有較強(qiáng)塊狀構(gòu)造的圍巖，可以應(yīng)用塊體極限均衡法進(jìn)行分析。

巖土對(duì)建筑物的承載力是影響穩(wěn)定性的重要因素[4]。圍巖本身具有承重性能，在圍巖等級(jí)較高的情況下，圍巖本身能夠達(dá)到穩(wěn)定條件，無須支撐；當(dāng)圍巖類型較差時(shí)，需要用支撐構(gòu)件來支撐。在道路建設(shè)中其支撐體系設(shè)計(jì)要求比較高，并且項(xiàng)目多位于山地，其深度比較大，通常不會(huì)對(duì)地面造成影響。

地下洞室本身不存在圍巖體變形，但由于變形量、應(yīng)力均呈現(xiàn)非線性關(guān)系。隧洞施工后，洞室周圍巖石壓力逐漸增大，洞室內(nèi)切向壓力集中，徑向變形增大，導(dǎo)致洞室內(nèi)應(yīng)力釋放。若巖層構(gòu)造疏松、巖層較軟，則會(huì)產(chǎn)生徑向變形。若將其釋放，使圍巖松軟，內(nèi)部裂縫擴(kuò)大，承受較大壓力，造成大面積崩塌。當(dāng)巖層結(jié)構(gòu)完好、巖層較硬時(shí)，在巖體處形成切應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力集中區(qū)會(huì)隨著洞室半徑增加逐漸解除，形成由洞室外側(cè)逐漸形成的松動(dòng)區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、自然應(yīng)力區(qū)。松動(dòng)區(qū)面積隨半徑增加而擴(kuò)展，造成裂縫擴(kuò)展，削弱巖石力學(xué)性能。針對(duì)上述情況，合理確定支撐時(shí)機(jī)，按照控制位移支撐，這樣不僅可以減少圍巖應(yīng)力，還能保證巖石強(qiáng)度[5]。

4 滲透穩(wěn)定問題

地下水對(duì)巖土工程的作用有3 個(gè)方面：①土體特性發(fā)生變化；②靜態(tài)水壓運(yùn)用；③動(dòng)壓影響。

地下水對(duì)各類巖石均有軟化作用，由于性質(zhì)差異，作用機(jī)制及效果不盡相同。巖鹽、石膏巖、芒硝、鹽漬土等可溶巖土以溶蝕作用為主，而地下水可將其可溶解的物質(zhì)溶解遷移，導(dǎo)致巖土微粒失去黏合力，導(dǎo)致巖土體強(qiáng)度下降；泥質(zhì)砂、泥巖等以泥質(zhì)膠結(jié)為主的巖石，在水中形成水軟化作用，膠結(jié)物遇水后黏結(jié)力變差，巖體強(qiáng)度下降；而石灰質(zhì)、硅結(jié)合砂巖、塊狀巖、變質(zhì)巖在水中軟化率較小，這類巖不論是膠結(jié)體或其礦物質(zhì)粒子均不受水分影響，對(duì)其力學(xué)性能作用較小；而相似物質(zhì)組成的片巖，如頁巖、絹云母片巖、板巖等，因滲透入地下水發(fā)揮潤滑功能，表現(xiàn)出明顯的各向異性，強(qiáng)度大幅削弱。

在經(jīng)過篩選的粗顆粒土壤中，地下水作用較小，例如漂石、卵石、砂礫等；如果粗顆粒土壤中含較小的黏質(zhì)土壤，如坡積、洪積的塊石、碎石、角礫石等，則會(huì)受到地下水的影響，導(dǎo)致顆粒之間支承能力下降。砂質(zhì)土壤中的沙粒具有親水能力[6]，在不同的情況下，顆粒之間的咬合力和摩擦系數(shù)都會(huì)減小，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降。由于土壤水分含量的不同，水對(duì)土壤的影響較大，在水分含量小于塑限的情況下，顆粒之間形成較好的黏附性，土壤處于固體狀態(tài)；在水分含量大于塑限時(shí)，顆粒間以弱的黏附水連接，表現(xiàn)為塑性，強(qiáng)度低；水分含量大于液體限制時(shí)，顆粒間存在游離水，土壤失去其強(qiáng)度。在黏土與非黏土的混合狀態(tài)下，地下水是以毛細(xì)水的形態(tài)出現(xiàn)，具有較強(qiáng)的連接能力，但常常對(duì)施工造成不良的后果。

根據(jù)等效應(yīng)力理論，巖石的整體應(yīng)力值與孔隙水壓的總和相等，而巖石的變形和強(qiáng)度均由有效應(yīng)力引起，當(dāng)內(nèi)荷載增加時(shí)，則相應(yīng)地減小有效應(yīng)力，使巖石的強(qiáng)度下降?？讐簻p小，土壤中的有效應(yīng)力增加，加固土的固結(jié)變形和增加巖石的抗剪能力。在實(shí)際工程中，測量到的土壤中的孔壓與其對(duì)應(yīng)的靜水壓相當(dāng)[7]。在此基礎(chǔ)上，利用有效應(yīng)力分析方法進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。而在黏性土壤中，測量到孔隙水壓比對(duì)應(yīng)孔隙水壓要低，這主要是因?yàn)轲ね林械乃种饕且责ぶ问匠霈F(xiàn)，水分被土壤顆粒的表面能所約束。由于靜態(tài)水壓不能沿孔隙自由地傳播，通常將其應(yīng)用于全應(yīng)力計(jì)算中。在路基、邊坡和隧道工程中靜壓對(duì)施工的作用和危害性都有其特殊性：邊坡上的孔隙水壓增加下滑力，降低邊坡的抗滑能力[8]；在開挖隧道時(shí)，由于圍巖體內(nèi)的靜水流壓強(qiáng)，導(dǎo)致圍巖體的圍巖壓力增加，穩(wěn)定性狀況嚴(yán)重下降，出現(xiàn)突水、涌流等問題。動(dòng)水壓力是指巖土中的巖土在滲透作用下所形成的滲透能力。地下水在水流中沿著水流方向存在著水頭下降或水力梯度，水流的運(yùn)動(dòng)壓力與水流的梯度成正比。在斜坡上，動(dòng)水壓可以增加滑坡的動(dòng)力，增加發(fā)生滑坡的概率[9]。

5 結(jié)語

總而言之，對(duì)公路施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析是非常必要的。在新時(shí)期，我國的公路建設(shè)單位要想提整體水平，就需要對(duì)這些問題進(jìn)行深入的剖析，并提出有針對(duì)性的對(duì)策。