1 问题的提出
一般认为高度大于30m 的岩质边坡为高边坡,土质边坡大于20m 即为高边坡。高边坡的稳定性问题在铁路、公路、矿山和水利建设中早已存在,近年来在高速公路建设中尤其突出。高边坡的稳定性受控于边坡所在岩土体的基本特性——地层岩性、地质构造、岩体结构、坡体结构及水文地质条件等,以及人为改造的程度——开挖高度、坡形和坡度。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性,使得高边坡设计也十分复杂,至今还作为一种特殊设计而无章可循。
低等级公路由于标准低,路基窄,开挖量少,高边坡不多。但随着山区高速公路的发展,路线等级高,路基宽,开挖量大,出现了大量高边坡,也发生了众多高边坡变形和破坏,既增加了投资,又延误了工期,甚至造成已有工程的破坏。如京珠高速公路,广东北段高度大于30m 的边坡近300 处,治理滑坡和高边坡加固花费近8 亿元。某高速公路长147km ,大于30m 的边坡近300 处,治理滑坡和边坡加固花费5 亿多元,重庆市万州至梁平高速公路有20 余公里设在砂泥岩顺层地段,几乎所有的高边坡开挖后都发生了变形,加固边坡花去近2亿元。安徽省徽杭高速公路在开挖过程中产生大量高边坡变形问题,成为制约投资及工期的最主要控制因素之一,如何设计使高边坡稳定,如何正确认识影响高边坡稳定性的因素已引起众多技术人员的重视。
2 影响高边坡稳定的因素分析
根据边坡工程从“产生原因”到“防治对策”的总体思路和原则,我们认识高边坡,分析高边坡,首先应从边坡病害的形成条件、影响因素入手,分析影响路堑高边坡稳定的主要因素,搞清边坡病害的形成条件,使设计工程有的放矢,最终保证设计工程经济合理,安全可靠。
概况而言,影响路堑高边坡稳定的因素主要可归纳为以下3 个方面:
2. 1 路堑高边坡的工程地质特征工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要内因,它包括以下几个方面:
(1) 地层岩性:地层岩性及其组合是构成高边坡的物质基础,岩性决定岩石的强度,抗风化能力,岩体结构及所能保持的边坡高度。岩石软弱,风化深度大,构造破碎严重,当切坡高度、陡度达到一定值时会发生失稳现象。
(2) 地质构造:地质构造决定岩层的产状,节理裂隙的性质及发育程度,断层破碎带的性质等,这些因素又决定了路堑边坡的岩体结构。受构造的影响,如高边坡体上节理裂隙发育,岩体破碎,将严重影响路堑高边坡的稳定性,局部边坡的稳定主要受倾向临空不利结构面的控制。
(3) 边坡岩体的风化程度:岩体风化一方面破坏了岩体的完整性,另一方面使岩石物质成份发生变化,导致岩石物理力学性质的改变,直接影响岩体的强度及构造特性,进而影响路堑边坡的稳定。风化程度一般分为四级,即全风化、强风化、中风化、微风化。不同的风化程度表示着岩石受改造的程度及其力学属性的差异,同时也预示着其变形特征及主要影响变形因素的改变。如残积层及全风化呈砂土状岩体构成的高边坡的稳定性,节理裂隙已不起作用,起控制作用的是土状岩体的强度能否支撑设计的坡度、坡高;强风化碎裂结构岩体或风化呈碎石夹砂土状岩体,由岩体强度、破碎程度及构造面的组合及其与临空面的关系等共同控制边坡的稳定性;中～微风化软质岩石,主要由岩体结构面及岩性控制边坡设计,中～微风化硬质岩石,主要由结构、构造面组合及其与临空面的关系控制坡形、坡度的设计及其加固工程措施。
(4) 水文地质条件:水是造成边坡失稳的重要因素,地下水软化岩(土) 体,降低其强度,增大容重而增大了下滑力,产生静、动水压力,产生边坡的失稳。坡体内具丰富的地下水,岩性软弱,往往导致大规模变形如坡体滑坡、边坡滑坡的产生,是否具地下水及地下水发育程度是评价边坡稳定的重要元素。
2. 2 路堑边坡的设计措施
路堑边坡的开挖是对自然应力状态的重大改变,是造成边坡失稳的直接原因,因此路堑边坡的设计措施是否合理是决定路堑边坡稳定的关键,它包括确定坡形、坡度、边坡高度和防护结构的类型等。故在一定的工程地质条件下,路堑边坡的稳定性取决于设计措施是否与地质条件相适应。
2. 3 施工方法、工艺及施工顺序
施工方法、工艺及施工顺序对路堑边坡的稳定也有很大影响,故应结合不同地质条件及工程特性,在设计合理的前提下,做好施工组织,选择有效的施工方法及工艺,尤其做好开挖与支挡工程的有机配合。如对危重病害边坡,必须分级开挖,随即支挡,挖一级,支挡防护一级,再向下挖。若一挖到底再防护,可能发生新的变形,增加投资及影响施工进度。又如高边坡加固采用锚固工程,近二十年来在国内外大量应用,比较成功。但锚固工程主体为地下隐蔽工程,且工程质量与施工技术密切相关,对锚固工程施工队伍的专业技术水平要求较高,应选择有经验、责任心强的施工队伍,并加强施工质量监督与管理,确保边坡稳定和结构安全。
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针对高边坡设计与加固分析探讨
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