鐘賢飛
(中榕規(guī)劃設(shè)計有限公司,湖南 長沙 410000)
隨著公路建設(shè)不斷向山區(qū)推薦,在選線時無法避免山區(qū)等特殊地貌,在山地修建公路時,往往需要進行高填深挖,打破原有的力學(xué)平衡,出現(xiàn)大量高陡的人工邊坡,大量的高邊坡在強降雨、地震等不良環(huán)境作用下,會出現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,因而需要對高邊坡進行合理的設(shè)計。在設(shè)計中,關(guān)鍵的問題是根據(jù)地質(zhì)對邊坡的失穩(wěn)破壞類型進行判別,從根源選取合理的措施對邊坡進行防護,起到事半功倍的作用。
本文介紹四種常見的地質(zhì)模型,坡殘積土邊坡、風(fēng)化土邊坡、巖石邊坡、堆積體邊坡,介紹其失穩(wěn)破壞的機理,并總結(jié)歸納邊坡破壞的類型,然后介紹各類型邊坡設(shè)計的要點。
高邊坡工程設(shè)計的前提是應(yīng)該根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件,對邊坡失穩(wěn)破壞的模式和機理進行分析,從而選擇合理的防護措施,以下將介紹常見的四種破壞地質(zhì)模式。
此類邊坡由表層覆蓋的坡積土和下伏的殘積土組成,此類邊坡既可以出現(xiàn)淺層滑坡,也可能出現(xiàn)深層滑坡。淺層滑坡主要是表層坡積土自穩(wěn)性差,在開挖后,沿著殘積土頂面滑動,或者出現(xiàn)表層崩塌破壞,如圖1(a)所示;而深層破壞,則是由于坡體的破壞延伸至殘積土層,滑面侵入下伏的殘積土,如圖1(b)。
圖1 坡、殘積土邊坡破壞機理分析
對于淺層破壞,是由于表層坡積土的松散,顆粒間的粘結(jié)作用差,空隙大,且受力不均,導(dǎo)致表層土的自穩(wěn)性較差,開挖后,在主動或者被動土壓力作用下,坡表土層出現(xiàn)小規(guī)模崩塌破壞,或者當(dāng)坡積土的自重在殘積土頂面的下滑力超過了滑面的抗滑力,而出現(xiàn)滑坡。深層破壞,主要是由于坡體在自重作用下,在深層形成一個最大的剪應(yīng)力作用面,當(dāng)該工作面上的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強度后,坡體內(nèi)部將出現(xiàn)一個塑性區(qū),塑性區(qū)發(fā)展,最終形成危險的滑面,邊坡將沿其發(fā)生滑動破壞,這種破壞表現(xiàn)為均層狀。而如果邊坡開挖后,邊坡以殘、坡積土為主,下伏基巖,而在殘、坡積土與基巖之間為剛性接觸,上層坡體在自重作用下,沿著基巖頂面產(chǎn)生下滑力,而在與基巖的光滑接觸面上,坡體出現(xiàn)較大的下滑力,而抗滑力較小,應(yīng)力在接觸面上出現(xiàn)重分布,導(dǎo)致在接觸面上出現(xiàn)應(yīng)力集中,其破壞表現(xiàn)為基底控制型。
邊坡在開挖后,清除風(fēng)化殼,揭露的巖層多為全風(fēng)化或者強風(fēng)化的巖層,滑坡和崩滑多沿著強風(fēng)化與下部輕微風(fēng)化的接觸面出現(xiàn),在花崗巖地區(qū)尤為常見。此類破壞多發(fā)生在風(fēng)化層與微風(fēng)化或者微風(fēng)化的基巖接觸面上,沿著基巖頂面產(chǎn)生較大的下滑力,而在接觸面上,抗滑力較小,應(yīng)力擴散到接觸面上時,出現(xiàn)應(yīng)力突變,繼而應(yīng)力在接觸面上出現(xiàn)重分布,其破壞表現(xiàn)為基底控制型。
巖石邊坡,其破壞多數(shù)是因為巖體被結(jié)構(gòu)面切割,或者巖體受不利結(jié)構(gòu)面控制,上部的坡體受到自重作用出現(xiàn)下滑力,而在結(jié)構(gòu)面上的抗滑力遠(yuǎn)小于下滑力,導(dǎo)致邊坡沿著不利結(jié)構(gòu)面下滑,或者是,上部巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割,而結(jié)構(gòu)面較陡,邊坡開挖后,出現(xiàn)臨空面,巖體失去支撐,在地震、強降雨作用下,出現(xiàn)傾倒型破壞。
對于主要是由崩塌體組成的邊坡,根據(jù)崩塌體的特點,在邊坡開挖后,邊坡的坡腳被清除,崩塌體失去支撐而出現(xiàn)臨空面,導(dǎo)致崩塌堆積體失穩(wěn),其滑面多為自然穩(wěn)定角或者是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面構(gòu)造面,或者是崩塌體的堆積面。其破壞可以是均勻型、基底控制型、或者是固定滑面型。而對于由滑坡體組成的邊坡,在邊坡開挖過程中,滑坡體在坡腳的支撐被去除,使滑坡體原有的力學(xué)平衡被破壞,激活滑坡體。對于泥石流的堆積體,其含水量較高,且地下水較為豐富,而巖土體的強度低,易出現(xiàn)滑塌破壞。
在邊坡工程中,常用的工程措施有路線規(guī)避、放坡、坡面防護(圬工或生態(tài))、支擋工程、錨固、坡體改良、生態(tài)防護等,而在實際的工程中,并非選取一種措施,往往是多種措施聯(lián)合使用,而措施的選擇需結(jié)合邊坡的破壞類型才能確定,因此,在設(shè)計前,應(yīng)判斷邊坡可能的破壞類型。
根據(jù)前文的分析,將邊坡地質(zhì)模型繼續(xù)深化,從破壞形態(tài)出發(fā),總結(jié)出邊坡破壞的四種典型斷面,并根據(jù)破壞的特征,總結(jié)治理措施,并提出相應(yīng)的設(shè)計要點。
根據(jù)計算和工程實例,均勻?qū)訝畹倪吰略谄履_位置易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,且破壞類型多為剪切破壞,因而設(shè)計的關(guān)鍵點應(yīng)該是改善緩解邊坡坡腳應(yīng)力集中的現(xiàn)象,通過采取工程措施,比如擋土墻,以提高坡腳抗剪切變形的能力,同時還應(yīng)結(jié)合刷坡、或者在邊坡中上部設(shè)置抗滑樁、錨桿(索),還要結(jié)合完善防排水措施。
基底控制型邊坡,覆蓋層下面為微風(fēng)化或者中等風(fēng)化的基巖,比如坡表土體為堆積層、風(fēng)化層等,邊坡的破壞主要是沿著基巖頂面滑移,因此邊坡設(shè)計的關(guān)鍵是如何減小下滑力,并提高滑動面的抗滑力,典型設(shè)計如圖2所示。
圖2 基巖控制型邊坡治理示意圖
此類邊坡多為受結(jié)構(gòu)面控制的土質(zhì)或者巖質(zhì)邊坡,邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育,被多組結(jié)構(gòu)面切割,巖土體破碎,坡體沿著結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑移,也會出現(xiàn)前部坡體滑動后后部坡體失去可靠支撐繼而出現(xiàn)滑移,因而此類邊坡設(shè)計的要點應(yīng)該是控制不穩(wěn)定巖體沿著結(jié)構(gòu)面滑移,并提高坡腳的抗滑力。典型設(shè)計方案如圖3所示。
圖3 結(jié)構(gòu)面控制型邊坡治理示意圖
對于如老滑坡等一些巖石邊坡或者受結(jié)構(gòu)面控制的土質(zhì)或者土巖邊坡,坡體在滑坡推力作用下沿著結(jié)構(gòu)面滑移,此類邊坡設(shè)計的要點就是減少坡體沿著結(jié)構(gòu)面的下滑力,并增加坡腳或者坡體內(nèi)部的抗滑力,可以通過刷坡卸載或者錨固以減小下滑力,設(shè)置擋墻、抗滑樁、反壓等提高抗滑力,典型斷面設(shè)計如圖4所示。
圖4 固定滑面控制型邊坡治理示意圖
本文從坡殘積土邊坡、風(fēng)化土邊坡、巖石邊坡、堆積體邊坡等四種邊坡地質(zhì)模型出發(fā),介紹各自的失穩(wěn)破壞的機理,歸納邊坡破壞的類型,然后介紹各類型邊坡設(shè)計的要點,具體結(jié)論如下:
(1)邊坡設(shè)計的前提是判別邊坡的地質(zhì)模型和失穩(wěn)破壞的類型,然后從機理出發(fā)選取合理的工程措施;
(2)邊坡設(shè)計應(yīng)堅持以防為主,防治結(jié)合的治理思想,堅持工程措施與防排水措施并重,工程措施應(yīng)從坡頂、坡中、坡腳全面考慮,有重點的進行防護設(shè)計。