巖土工程中高填方邊坡的穩(wěn)定性及治理措施分析

胡軍

（江西省地質(zhì)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司 江西南昌 333000）

由于區(qū)域的不同，在巖土工程建設(shè)中，存在著高填深開挖的問題，從而造成了巖土工程中的高邊坡。在現(xiàn)有的工程建設(shè)項(xiàng)目中，仍然存在大量的高填方邊坡。原狀土經(jīng)處理后，可用于填筑工程。但是，由于其原有結(jié)構(gòu)已被破壞，工程特性會有一定差異，土與巖石顆粒之間存在孔隙，難以壓實(shí)。在巖土工程中，填土質(zhì)量對高填方邊坡的穩(wěn)定性有著嚴(yán)重的影響。如果不能進(jìn)行有效的處理，在斜坡上存在著許多的安全問題。因此，邊坡的穩(wěn)定性直接影響到工程施工和基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。在巖土工程中，對邊坡加固的工程措施進(jìn)行了優(yōu)選，并對其力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值仿真和分析。

1 巖土工程中高填方邊坡的穩(wěn)定性的概述

1.1 高邊坡

高邊坡是指在土質(zhì)邊坡高度超過20m 或100m 以下的邊坡，或在30m 以下的巖質(zhì)邊坡。邊坡高程系數(shù)是邊坡穩(wěn)定的主要因素。邊坡的穩(wěn)定分析和防護(hù)加固工程的設(shè)計(jì)，必須分別進(jìn)行或?qū)ｉT設(shè)計(jì)。

1.2 邊坡

在巖土工程或工程地質(zhì)（地質(zhì)工程）的研究領(lǐng)域中，所謂“坡度”通常是指天然斜坡，平臺邊坡、堆積流堆積體、人工邊坡（由交通道路、露天開采、工地和地基等構(gòu)成）的邊坡形態(tài)統(tǒng)稱［1］。它也可以廣義地定義為地球表面上一個傾向于面向天空的地質(zhì)體，主要由坡頂、坡面、坡腳和下部一定范圍內(nèi)的坡體組成。邊坡分類有很多種，按坡高可分為低坡、高坡和超高坡；根據(jù)邊坡產(chǎn)生的原因，可分為人工邊坡和自然邊坡；按物質(zhì)組成可分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡、二元結(jié)構(gòu)邊坡等。邊坡常見的危險(xiǎn)類型有：風(fēng)化剝落、流石流泥、落石、崩塌、傾倒、崩塌、屈曲、滑動、滑動、滑坡、錯列等11類。

1.3 邊坡穩(wěn)定性的理論分析

影響邊坡穩(wěn)定的因素很多。由于地層巖性的差異，邊坡工程邊坡的變形破壞形態(tài)也不盡相同。坡體的幾何形態(tài)和地表形態(tài)對其穩(wěn)定性有很大的影響。斜坡越高，邊坡與崩塌頂板間的應(yīng)力區(qū)間越大，邊坡的剪應(yīng)力越大。由此可以推斷，斜坡的穩(wěn)定性會隨斜坡的增大而變差。巖層的褶皺形態(tài)對坡體的變形有很大的影響。在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，邊坡的穩(wěn)定性一般很低。在巖土工程中，巖土體受水的作用是引起邊坡失穩(wěn)與變形的主要原因。水和巖石、土壤中的礦物質(zhì)會產(chǎn)生物理或化學(xué)作用，從而使巖石和土壤中的礦物質(zhì)元素改變，從而使巖石和泥土斷裂或松動。邊坡的穩(wěn)定也受地震和爆炸等因素的影響。爆炸引起的震動會使邊坡的應(yīng)力分布發(fā)生變化，爆炸會使土壤中的微粒相互結(jié)合，這將極大地降低巖土的抗剪承載能力，使其發(fā)生幾何形變，從而對其穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響［2］。

1.4 高填方邊坡在巖土工程中的應(yīng)用

我國2/3的土地都是山區(qū)和丘陵地帶，山區(qū)和丘陵地帶地勢起伏，形成了復(fù)雜的地形。近幾年，隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的增多，各種類型的建筑物都在擴(kuò)建，部分區(qū)域的高填土邊坡也逐漸變成了土地承重的建筑物。道路、住宅樓、機(jī)場和其他建筑物經(jīng)常位于高填土邊坡的頂端。高填土邊坡一旦發(fā)生失穩(wěn)，必然會給居民的生產(chǎn)、生活帶來極大的危害。因此，在進(jìn)行巖土工程時，應(yīng)結(jié)合具體情況，采取相應(yīng)的措施，以進(jìn)一步改善邊坡的穩(wěn)定性，促進(jìn)社會穩(wěn)定發(fā)展。

2 影響斜坡穩(wěn)定性的幾個因素

邊坡的穩(wěn)定性受多種因素的影響，其中包括：巖土結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、水、人為因素、地應(yīng)力。

（1）巖土構(gòu)造：巖土的構(gòu)造形式和構(gòu)造表面是其強(qiáng)度最薄弱的方面。巖土力學(xué)性能的非連續(xù)、非均勻性是其重要原因。同時，邊坡與巖土結(jié)構(gòu)面之間的關(guān)系對邊坡的穩(wěn)定起著重要作用。巖體的構(gòu)造特征、產(chǎn)狀、成因等因素對巖體的穩(wěn)定性有較大的影響。

（2）巖土特性：巖土特性是邊坡穩(wěn)定的主要因素。不同類型的土體具有不同的物理機(jī)械特性，從而影響邊坡的穩(wěn)定。比如，滑坡的穩(wěn)定性通常是在土坡上出現(xiàn)的，而崩塌主要是由于巖石的不穩(wěn)定。若斜坡硬度較低，易風(fēng)化、易腐蝕、穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低的巖土體構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性差。反之，若采用具有較好物理機(jī)械性能的土體，則因其巖石特性的差異，其穩(wěn)定性較好［3］。

（3）水的作用：水對巖石的物理機(jī)械性能有一定的影響，因此，對邊坡的穩(wěn)定性也有一定的影響，包括降雨、地表水、地下水三大類，其中，降雨為主要影響因素。

（4）風(fēng)化：在坡面上，由于長期與外部環(huán)境的接觸，使其產(chǎn)生了緩慢的物理化學(xué)作用，從而形成了疏松的沉積物。風(fēng)化作用是一種緩慢的作用，它會導(dǎo)致斜坡上的堅(jiān)硬巖石失去其原有的強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性下降。

（5）地質(zhì)結(jié)構(gòu)：邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也會影響邊坡的穩(wěn)定?？傮w上，在構(gòu)造復(fù)雜、褶皺多的區(qū)域，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，新構(gòu)造頻繁發(fā)生。

（6）人為：人類不斷地進(jìn)行工程建設(shè)，以發(fā)展生產(chǎn)。邊坡開挖或回填均會對邊坡產(chǎn)生一定的外力，從而影響邊坡的穩(wěn)定。在土石方開挖時，由于人工破壞了土體本身的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致邊坡原有的穩(wěn)定性下降。但是，人們還是會通過土釘、抗滑樁、錨索等方法來有效地改善邊坡的穩(wěn)定性。

（7）地應(yīng)力：是指在沒有受到外界干擾的情況下，巖石內(nèi)部的初始應(yīng)力，地心引力、地?zé)嵋约捌渌蛩貙Φ厍蛟斐傻膲毫?。劇烈的地?yīng)力作用會使巖石的物理性能發(fā)生變化，從而使其物理和機(jī)械性能發(fā)生變化。在土方開挖過程中，地應(yīng)力是影響邊坡穩(wěn)定性的最主要因素。

3 高填方邊坡在巖土工程中的穩(wěn)定性改進(jìn)

在巖土工程建設(shè)中，由于地形、地貌等因素的影響，存在著高填深開挖的問題。盡管在工程實(shí)踐中，可以在原狀土處理后進(jìn)行填方工程，但由于其原有的結(jié)構(gòu)狀況已被破壞，導(dǎo)致后期工程中易發(fā)生壓實(shí)，從而對高填方邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。為了防止高填方邊坡的安全隱患，必須采用科學(xué)的治理措施［4］。

做好巖土工程，邊坡穩(wěn)定是關(guān)鍵。當(dāng)然，要提高邊坡防護(hù)效果，采用邊坡防護(hù)、螺栓加固防護(hù)、立柱防護(hù)等物理技術(shù)可以提升整體邊坡防護(hù)效果。此外，還可以通過植保技術(shù)和多種邊坡綠化方法進(jìn)行防護(hù)、穩(wěn)定邊坡，使邊坡穩(wěn)定性得以提高。

3.1 巖土工程中的護(hù)坡技術(shù)

3.1.1 邊坡穩(wěn)定技術(shù)

主要的邊坡防護(hù)技術(shù)如下。第一，先噴砂漿，再噴混凝土。主要用于易風(fēng)化開裂的邊坡，對巖石進(jìn)行深度風(fēng)化，保持邊坡穩(wěn)定，保護(hù)邊坡不倒塌。當(dāng)然，單獨(dú)噴灑混凝土?xí)翻h(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響，消耗大量原材料，因此在施工時應(yīng)注意。第二，勾縫和灌漿。主要用于較硬且不易風(fēng)化的巖質(zhì)邊坡，是多節(jié)理裂縫邊坡的尖頭技術(shù)和節(jié)理裂縫大而深的邊坡的注入技術(shù)。第三，修筑防護(hù)墻。適用于嚴(yán)重風(fēng)化的軟巖斜坡，防護(hù)墻應(yīng)建在比較穩(wěn)定的斜坡段上，以保護(hù)斜坡免受侵蝕。

3.1.2 螺栓加固與防護(hù)技術(shù)

錨桿加固保護(hù)技術(shù)可以保證破碎結(jié)構(gòu)的硬巖和分層結(jié)構(gòu)的不連續(xù)土層處于穩(wěn)定狀態(tài)，其是利用錨桿的強(qiáng)度來克服破碎巖層的外力，使邊坡具有更穩(wěn)定、更緊湊的效果。

3.1.3 立柱防護(hù)技術(shù)

柱護(hù)技術(shù)可以防止滑坡的發(fā)生，它包括以下種類。（1）防滑擋土墻。其是放置在滑坡的前緣并且必須深埋在滑坡面以下的承重層中，以免被推離滑坡體。該技術(shù)采用重力法，利用墻體的重量來抵消滑塊向外的力，以保持坡度穩(wěn)定。（2）防滑柱。防滑樁深埋在穩(wěn)定滑體中，滑坡的推力通過樁與圍巖的夾擠作用傳遞到穩(wěn)定土層，然后穩(wěn)定土層的錨固作用于穩(wěn)定土層，使斜坡處于穩(wěn)定保持狀態(tài)。

3.2 邊坡維護(hù)中的生物防護(hù)技術(shù)

采用生物技術(shù)和生物工程技術(shù)，可以有效改善邊坡的巖土結(jié)構(gòu)，保持水土環(huán)境組成穩(wěn)定，從生態(tài)層面保證邊坡不受破壞，更好地治理邊坡環(huán)境，為各巖土工程的發(fā)展提供了極大的便利。其包括以下方面。

3.2.1 草坪保護(hù)

此方法必須在相對穩(wěn)定的山坡環(huán)境中進(jìn)行，同時針對不同種類邊坡，草坪的養(yǎng)殖技術(shù)也不同。例如：在松散的表面斜坡，就可以通過人工播種特定的草籽，利于生長；而遇到巖土結(jié)構(gòu)較硬的邊坡，則必須是進(jìn)行移栽，利于存活；而對于工作環(huán)境惡劣的斜坡，則是要進(jìn)行無人機(jī)噴灑草籽；對于容易受到暴風(fēng)雨侵襲的斜坡，在斜坡上鋪設(shè)植草膠帶，則可以更好地防止雨水撞擊斜坡。草坪防護(hù)技術(shù)簡單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，既能保證坡面處于穩(wěn)定狀態(tài)，又能保持良好的環(huán)境，可以推廣大力利用。

3.2.2 植樹保護(hù)

在緩坡上植樹，可使坡面更加穩(wěn)定，防止坡面被水流侵蝕嚴(yán)重。當(dāng)然，種植的樹木也必須是低矮的灌木，根系發(fā)達(dá)，枝葉茂盛，才能在山坡上穩(wěn)定生長。另外，防止嚴(yán)重的邊坡侵蝕，保持良好的水土環(huán)境，還可以采用新型防護(hù)材料的三維網(wǎng)格加固邊坡，使地面環(huán)境更有利于草種在網(wǎng)格中快速生長，既保護(hù)環(huán)境，同時也可以維護(hù)邊坡穩(wěn)定，一舉多得。

4 結(jié)語

在目前的工程建設(shè)中，由于不同地區(qū)的特點(diǎn)存在很大的差異，導(dǎo)致了在施工中產(chǎn)生了大量的高邊坡，而邊坡自身的穩(wěn)定性又會對工程的施工造成很大的影響。在巖土工程中，采用邊坡加固技術(shù)可以有效地解決高填方深基坑的問題，并通過對邊坡進(jìn)行加固，使其能夠保持自身的穩(wěn)定，從而防止因變形引起的土體損壞。