公路边坡稳定性评价方法及滑坡防治措施

公路边坡稳定性评价方法及滑坡防公路边坡稳定性评价方法及滑坡防 治措施治措施 引言 近年来 随着国民经济的飞速发展 村村通公路 工程的 进一步实施 在地形困难路段修建的公路越来越多 受各种条 件的限制 大填 大挖方路段频繁出现 相伴而来出现了较多 的路堤边坡失稳 边坡及路堑边坡坍塌等地质灾难现象 给公 路建设 运营带来巨大的经济损失 因此在公路建设中需要选 用合理的方法评价其边坡稳定性 根据评价结果确定合理的边 坡治理措施进而做到既保证公路运营的安全 又节约投资 由 此看来 稳定性评价的方法显得至关重要 本文对边坡稳定性 评价方法和滑坡防治措施进行研究 为二程技术人员在实际工 程中选用合理的评价方法和防治措施提供参考 1 公路边坡病害的分类 公路边坡病害的分类 边坡病害可分为以下 3 类 1 1 滑坡 滑坡是路基山坡土体或岩体由于长期受地下水 地表水活 动的影响使其结构逐渐失去支撑力 在自重的作用下 整体沿 着一定软弱面向下滑动 滑坡按其引起滑动的力学特性来区分 可分为牵引式和推移式滑坡 牵引式滑坡是下部先滑动 使上 部失去支撑而变形滑动 一般速度较慢 可延续相当长时间 横向张性裂隙发育 表面多呈阶梯状或陡坎状 推移式滑坡是 上部岩土挤压下部岩土体产生变形 滑动速度较快 滑体表面 波状起伏 多见于有堆积分布的斜坡地段 1 2 崩塌 所谓崩塌是整体岩土块脱离母体 忽然从较陡的斜坡上崩 落下来 并顺斜坡猛烈翻转 跳跃 最后堆落在山脚 其具有 突发性 危害较大 与滑坡的区别是崩塌发生急促 破坏体散 开 并有倾倒 翻滚现象 而滑坡体一般总是沿着固定滑动面 整体 缓慢地向下滑动 1 3 剥落 所谓剥落是指边坡表层受风化 在冲刷和重力作用下 不 断沿斜坡滚落 2 边坡稳定性评价依据 在对边坡进行稳定性评价之前 需要搜集工程地质环境资 料 这既是选取边坡稳定性评价方法的依据 也是边坡稳定性 评价的基础性资料 它包括自然地理条件 地层岩性 地质构 造及地震 水文地质条件等 可以通过查阅历史资料 调查访 问及地质勘探获得 2 边坡稳定性分析边坡稳定性分析 边坡稳定性分析主要采用定性与定量相结合的评价方法 根据 2 种方法的评价结果 得出统一结论 确定该边坡的治理 措施 2 1 稳定性定性分析 边坡稳定性定性分析能综合考虑影响边坡稳定性的各种因 素 并可快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价 工 程中主要采用的方法是工程地质分析法 它是边坡稳定性分析 评价的基础 主要从自然条件 作用因素等对比分析滑动与稳 定之间的关系 判定边坡的稳定程度 2 1 1 地貌形态及地质条件对比分析 边坡失稳是在一定地质条件下产生的 它的形成具备一定 的不良地质基础 有其发育阶段的微地貌特征和地表迹象 因 此 可以将需要判定边坡稳定性斜坡的地层 岩性 地质构造 水文地质条件 软弱夹层和滑带土性质等与四周的稳定斜坡 类似地质条件下的稳定斜坡和不稳定斜坡及不同滑动阶段的边 坡进行对比分析 结合地质条件的可能变化 分析判定边坡的 稳定性 将需要评价的边坡与四周尚属稳定斜坡的地貌特征进 行对比 并对当地类似条件下的各个不同发育阶段和不同稳定 程度的边坡在地貌形态上的特点进行对比 大致判定边坡的稳 定程度 2 1 2 影响因素的变化分析 边坡的稳定性受诸多因素的影响 如地壳上升使斜坡变陡 边坡中后部加载 振动 水及风化作用与卸荷膨胀使土体的强 度降低等 这些均可使下滑力增大而稳定性降低 河岸冲刷和 人工切割坡脚破坏了斜坡前部支撑 致使抗滑力减小而导致边 坡稳定性降低 甚至失稳 水文地质条件改善 恶化条件减缓 或消除 边坡滑动后滑动面变缓 滑体重心降低或在边坡前部 抗滑段加载 造成边坡下滑力减小 抗滑力增大而稳定性提高 因此 采用工程地质工作的各种手段 如调查 测绘 勘探和 试验等找出引起滑动的主次要因素及其变化趋势 即可定性地 判定边坡的稳定性 2 1 3 滑动迹象及其发展变化分析 滑坡在各个发育阶段反映出各不相同的变形迹象 把握了 这些变形迹象就可以判明断坡当前所处的滑动阶段及发展趋势 如滑体前 后缘地貌的变化 裂缝出现的部位 性质 发育顺 序及贯通情况 泉水及湿地变化情况 滑带及滑体各部分的位 移及破坏情况 边坡岩土破坏发出的声音等等 这些迹象可通 过调查 访问 目测描述和动态观测等获得 这是判定边坡稳 定性的直观而可靠的一种手段 2 2 稳定性定量分析 边坡稳定性定量分析评价是在定性分析评价的基础上 根 据勘察所确定的边坡地质剖面 采用静力平衡理论计算拟评价 边坡的稳定系数 根据计算得的稳定系数来评价边坡的稳定性 目前工程中常用的定量分析评价方法主要是传递系数法 在应用上述方法分析边坡稳定性时土力学指标的取值是非 常重要的部分 也是关键部分 取值的正确与否直接影响到计 算的结果 边坡稳定系数计算所用计算参数主要有滑体重度 滑带土粘聚力及内摩擦角 滑带土力学指标可采用试验 查阅 类似滑带土相关力学指标资料和经验综合取值 3 滑坡防治措施滑坡防治措施 3 1 防治原则 在选择滑坡防治措施前 要具体调查地形 地质和水文条 件 认真研究和确定滑坡的类型及其发展阶段 分析形成滑坡 的主次要因素及彼此的联系 结合公路的重要程度 施工条件 及其他各种情况综合考虑 对于性质复杂的大型滑坡 可以绕 避时应尽量绕避 当绕避有困难或在经济上显著不合理时 应 视滑坡规模 公路与滑坡的相互影响程度 防治费用等条件设 计几种具体方案比选 对于可能忽然发生急剧变形的滑坡 应 采取迅速有效的工程措施 对于滑动缓慢的大型滑坡 宜全面 规划 分期整治 仔细观察每期工程的效果 以采取相应的治 理措施 对于施工及运营中产生的大型滑坡 应慎重做出绕避 方案或局部改移路线和防治措施相结合的方案等 在进行全面 综合比较后决定取舍 对于古滑坡应采取预防措施 避免其复 活或产生新的滑坡 对于性质简单的中小型滑坡 可进行整治 路线不需绕避 但应注重调整路线平 纵面位置 以求整治简 单 工程量小 施工方便 经济合理 路线通过滑坡位置 一 般滑坡上缘或下缘比滑坡中部好 滑坡下缘的路基宜设成路堤 形式以增加抗滑力 滑坡上缘的路基宜设成路堑形式 以减轻 滑体重量 对于窄长而陡峭的滑坡 可采用旱桥通过 滑坡整 治之前 一般应先做好临时排水系统 以减缓滑坡的发展 然 后针对引起滑坡滑动的主要因素 采取相应的措施 3 2 防治措施 3 2 1 排水 地表排水 滑坡体以外的地表水 应予拦截引离 滑坡体 上的地表水要注重防渗 并尽快汇集引出 地下排水 排除滑 坡地下水的工程措施有渗沟 自洞及平孔等 渗沟按其作用不 同可分为支撑渗沟 边坡渗沟及截水沟 3 种 盲洞主要适用于 截排或引排集中于滑面四周埋藏又较深的一层地下水 对于地 面上的其他含水层 可在渗水隧洞顶上设置若干渗井或渗管将 水引入洞内 对于渗水隧洞以下的承压含水层 可在洞的底部 设渗水孔将水引入洞内 平孔主要用于排除滑坡地下水 具有 施工方便 工期较短 节省材料和劳动力的特点 是一种经济 有效的措施 3 2 2 减重 减重是在滑坡后部挖除一定数量的滑体而使滑坡稳定下来 它适用于推动式滑坡或由错落转化的滑坡 并且滑床上陡下缓 滑坡后部及两侧的地层稳定 不致因为刷方引起滑坡向后及向 两侧发展 在一般情况下 滑坡减重只能减小滑体的下滑力 不能改变其下滑的趋势 因此减重常与其他整治措施配合使用 4 2 3 边坡支挡工程 重力式抗滑挡土墙 重力式抗滑挡土墙以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用 下的稳定 它是中国在公路滑坡防治中最常用的一种挡墙形式 重力式抗滑挡土墙的墙背坡度一般采用 1 0 25 墙后常设卸 荷平台 墙基一般做成倒坡或台阶形 墙高和基础的埋深必须 按地基的性质 承载力的要求 地形和水文地质等条件 通过 验算来确定 此外 为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂 应根据地质条件的变化和墙高 墙身断面的变化而设置沉降缝 和伸缩缝 抗滑桩 抗滑桩是穿过滑体深入滑床以下稳定部分以固定滑体的一 种桩柱 多根抗滑桩组成的桩群共同支撑滑体的下滑力 阻止 其滑动 同抗滑挡墙相比 抗滑桩的抗滑能力大 施工较复杂 但效果显著 因而被广泛应用 抗滑桩在滑坡治理中是造价最 大的工程项目 因此优化设计显得尤为重要 从理论上应该采 用优化论数学模型 由于桩结构计算和约束条件数学表达模型 过于复杂 目前国内外尚无这方面的科研成果和程序 可行的 做法是根据经验初步拟定桩结构尺寸 不断试算 验算最终通 过 预应力锚固 预应力锚固是近十多年发展起来的边坡加固的一种新型防 护工程措施 在公路滑坡防治中也有许多成功的工程实例 它 对岩质陡坡和危岩的加固 滑移面埋深浅的岩质滑坡加固效果 很好 也可以用于强风化岩质陡边坡加固喷锚护壁 预应力锚 固岩体边坡的优 越性在于能为节理岩体边坡 断层 软弱带等提供一种强 有力的 主动 支护手段 预应力锚固经常与抗滑桩结合使用 形成预应力锚索抗滑桩 由于在桩上增加了预应力锚索 使桩 的埋深变浅 断面变小 可以节省材料和投资 经济效益显著 3 2 4 坡面防护工程 在对山区公路滑坡采取适当的工程措施整治之后 仍有可 能有松散的岩体进入线路 因此还有必要采取防护措施加以保 护 在坡面植草防治坡面表层被水冲刷侵蚀 土层流失和风化 作用 是最简便 最经济的护坡措施 适用于土质和风化基岩 或失水易于干裂的半岩土边坡 另外也可以采用构筑物护坡 常用的构筑物护坡工程及其适用条件简述如下 干砌石及混凝 土砌块护坡 适用于坡度缓于 1 1 高度 3m 以下 有涌水情 况的边坡 涌水大的地方应设置反滤层或暗沟 格状框条护坡 这种护坡措施是将边坡分割成格状 起防止表层滑动的作用 框格内可用植被防护 锚喷护坡 在坡面上按一定间距 行距和一定的角度 深 度 设置一定数量的锚杆 而后布上钢筋网 喷射混凝土 形 成锚杆与薄壁钢筋混凝土联合作用的护坡体系 4 工程实例工程实例 4 1 概况 某二级公路 k76 870 k78 040 段左侧边坡为剥蚀丘陵地貌 最高地面高程为 172m 最低地面高程为 149m 相对高差为 23m 地形起伏不大 坡度为 20 30 该边坡平面形态呈半圆 弧形 边坡主轴与路线呈 86 20 夹角 边坡主轴长约 40 5m 边坡前缘最宽处为 119 1m 边坡上段表面覆盖有一 层约 2m 厚的亚粘土 滑体最厚处有 13 85m 边坡滑向为 32 边坡后缘距路基中线约 52m 边坡周边范围内裂缝发育 见多 条宽约 10 50cm 的裂缝并不断发展 形成 2 个边坡台阶 边坡 体积约 28000m3 属中型边坡 5 2 稳定性定性分析 对该公路边坡采用工程地质法进行稳定性分析 根据边坡 周边范围内裂缝发育 见多条宽约 10 50cm 的裂缝 形成 2 个 边坡台阶的特征 判定该边坡处于不稳定状态 4 3 稳定性定量分析 根据边坡的地质情况和边坡特征 选取 1 一 1 2 2 断面 采用传递系数法进行稳定性系数计算 由计算可知其处于不稳定状态 4 4 工程措施 4 4 1 抗滑锚索 该方案先进科学 近年来国内采用较多 效果很好 由于 孔径小 对岩质边坡易于施工 缺点是需要大量的设备同时施 工 而且必须具备有施工平台 以便钻机就位 4 4 2 抗滑桩 该方案较为传统 可靠 使用历史悠久 效果极佳 所需 施工机具少 主要靠人工开挖 可同时开展工作 功效高 缺 点是材料需要量大 成本高 采用爆破挖孔时对坡体稳定性不 利 且威胁到施工人员安全 蠕动滑坡有滑移破坏的可能 其 治理必须措施得力 字组织严密 施工迅速才能防患于未然 经过方案比选 采用了人工挖孔抗滑桩方案 抗滑桩平面尺寸 为 2m 3m 桩距为 8m 桩长 20m 左右 嵌固段长度基本为桩长 的 1 2 滑坡治理采取了综合治理措施 填塞裂