山区公路高边坡施工技术及变形破坏种类

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　　摘要：随着公路建设的不断发展，公路等级不断提高，人们对于公路行车安全及畅通的要求越来越高，因此公路高边坡的设计、施工及失稳防治更应不断完善，不留隐患，使公路更好地为经济发展服务。
　　关键词：公路高边坡；施工技术；破坏种类
　　一、高边坡工程的设计原则
　　高边坡工程的设计原则有：
　　1．高边坡工程的设计要有详细的地质资料，要有预测性、动态性，对施工程序和方法要提出严格要求；
　　2．路堑高边坡设计要遵循极限状态设计原则、荷载效应原则和综合治理原则；
　　3．要对高边坡变形破坏作准确分类，如由山体变形、坡体变形、边坡变形、坡面变形等而最终引起坍塌、崩塌、滑坡、倾倒、错落等后果；
　　4．高边坡变形破坏主要防治方法的采用应合理、经济、安全。
　　二、高边坡的变形破坏种类
　　首先要分析开挖体处的山体是否存在老病体，开挖是否会造成老病体复活。路基通过老病体的不同部位，病体变形的特点和性质也不同。无论开挖边坡高度多大，边坡的变形破坏都是必然的。斜坡有发生变形的地形和地质条件，其在自然状态下处于稳定的极限平衡状态，高边坡开挖后发生变形，有的是在施工期间发生，有的则是在开挖后一两年发生，主要变形类型有坍塌、崩塌、滑坡、错落、倾倒等。
　　（一）坍塌
　　坍塌是出现最多的变形类型。当设计的坡形和坡率超过了岩石体所能保持的稳定角，在自然风蚀、干湿循环和强降雨的作用下将发生边坡坍塌；或因开挖后地下水渗透条件改变，坡脚或渗水处岩土被软化，强度降低而引起上部边坡失稳。
　　（二）崩塌
　　风化破碎的高陡边坡，由于一组或多组结构面组合，将岩体切割成大小不等的块体，变形结构面陡于边坡率，常在结构面与边坡面结合部首先产生破坏；后部岩体在自重作用下，脱离母岩，由于失去支撑而发生崩落、倒塌、翻滚和剪切下错等变形破坏。
　　（三）滑坡
　　边坡中存在倾向临空的缓倾、软弱带，开挖路堑使斜坡下部失去支撑，在重力作用下，当该软弱带的剪应力大于其抗剪强度时，上覆岩土体整体沿软弱带下滑或软弱带带整体下滑。在高边坡变形中，岩土体软弱面发生滑动的滑坡体数量多，规模大，危害严重，治理费用高。
　　（四）倾倒
　　陡倾的薄层状岩层，在开挖或沟谷下切卸荷过程中，边坡内应力场发生变化，导致坡体松弛，坡体沿结构面产生剪切位移，向临空面缓慢变形，在高边坡开挖时，由于快速卸荷和失去倾向支撑，岩层向临空面发生倾倒而破坏。
　　（五）错落
　　陡倾斜坡地段，坡体中发育一组陡倾的结构面，以下卧一层一定厚度的软弱破碎带，形成基层式坡体结构，该软弱破碎带缓倾，倾角一般大于20°，顺倾斜角度更小。软弱带在地下水浸润作用下，抗压强度降低；或当坡体前缘遭受人工开挖，河流淘蚀，致使软弱带面积减小，而上覆岩体重量又不变时，软弱带发生压缩变形。
　　三、高边坡路段的施工方法
　　高边坡的加固措施和工程类型取决于以下几个方面：第一，取决于对地质条件的掌握程度以及对高边坡可能的变形性质、类型和规模认知的正确性；第二，要充分掌握各种工程措施的适用条件；第三，高边坡病害的治理一般采用综合治理的措施，要充分考虑多种工程措施的有机结合和合理配置；第四，要充分考虑施工水平、施工工序和施工周期，选择最佳的工程措施以最大限度地减少高边坡大变形的产生。高边坡加固工程主要有以下几种型式。
　　（一）挡土墙
　　挡土墙是岩土工程中广泛采用的主要加固支挡工程结构。根据库仑土压力理论，当墙体向外变形，墙面土体达到主动土压力状态时，主动土压滑动面为平面，按滑动土楔的极限平衡条件可求解主动土的压力。挡土墙分为重力式和衡重式两种。重力式挡土墙适用于一般地区、浸水地区、地震地区的边坡支挡，地基承载力较复杂时应适当控制墙高；衡重式挡土墙主要用作地面横坡较陡的路肩墙、路堤墙，也可用作拦挡落石的路堑墙。
　　（二）抗滑桩
　　抗滑桩是一种抗滑加固工程结构，常与钢筋混凝土挡板、桩间挡墙、土钉墙等结合，形成复合结构，大量应用在路堑边坡的坡脚预加固工程中。抗滑桩包括普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、板式抗滑桩、横梁抗滑桩等。
　　（三）锚杆挂网喷锚
　　为了保证多级开挖后边坡的稳定性，可根据岩石的风化程度及节理发育情况，依靠锚杆、钢筋网和喷射砼，共同负荷来稳定边坡，从而保证岩体的结构强度，抵抗变形，故采用锚杆挂网喷锚来保护边坡。
　　（四）预应力锚索
　　预应力锚索具有施工机动灵活、消耗材料少、施工进度快、造价低等特点，常应用于整治滑坡、加固顺层边坡和加固危岩，它可与抗滑桩相结合组成锚索桩。
　　四、高边坡路堑大开挖施工控制技术
　　山区高等级公路要完全避开不良地质地段是不现实的，完全采用高桥、长隧来避免高边坡也是不合理的。通过近年来的工程实践可知，高边坡的设计及施工必须遵守“分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的原则，以保证高边坡坡脚稳定。
　　（一）通过高边坡开挖控制可加强预加固效果
　　正确使用预加固技术的前提是，首先要开挖影响区和松动区小的部位。对于高陡边坡，为了减小开挖影响区，尽可能不扰动岩体，多采用预加固技术，即从上到下分层挖，边开挖，边加固，每层开挖后设支挡防护结构，再开挖下层。
　　（二）高边坡加固工程结构的加强方式
　　1．桩-锚组合
　　一般上部采用预应力锚索，下部采用抗滑桩，当施工到最后一段边坡时，先施工抗滑桩，再开挖桩前路槽，可预防大变形的产生。
　　2．桩-桩组合
　　当边坡不高、滑体较重、滑坡推力较大时，滑坡有可能从边坡的“中腰”剪土，一般采用桩-桩组合作为加固工程结构的组合方式。即由上而下，在滑坡体上布置两排抗滑桩，上排桩抵挡后级滑坡推力，下排桩稳定前级滑坡。
　　（三）高边坡设计施工理念
　　高边坡治理应遵循“固脚强腰”的理念。所谓“固脚”，就是在高边坡治理中对高边坡的坡脚进行加固处理。首先，坡脚是边坡的应力集中区，由于边坡开挖、坡率变化等原因，坡脚产生应力区，开挖后地下水向坡脚集中排泄，软化了坡脚岩土体。其次，对于软硬岩层地段，特别是顺层地段，当岩层出现上硬下软时，由于软硬岩在强度、应力、应变、抗风化等各方面存在差异，往往坡脚处易出现由于压力与剪切集中导致的破坏，从而危及整个坡体的稳定。再次，对顺层地段，应控制边坡变形失稳的软弱面，由于风化或构造等原因，岩体常出现多层现象，边坡开挖使得坡体内的隐裂面进一步扩张，结构面有随时间逐渐向深部发展的趋势。因此高边坡病害治理要考虑中部加强，对坡体应力进行调整。
　　五、高边坡加固工程实例
　　近几年来，随着公路建设的大发展，高等级公路建设不断加快，公路边坡失稳现象较多，下面对近期施工的边坡防治工程实例作了介绍。
　　（一）加大边坡坡率
　　在省道增加挡土墙以稳定滑坡体，原设计石质边坡坡率为10.3，在施工过程中，因地质条件复杂，对边坡坡率进行了多次加大，从1∶0.3增大到1∶0.5后又增大到1∶0.75，但最终仍不能保证边坡的稳定，于2007年8月中旬发生大面积滑坡，造成省道K62+200～K62+350段断交半个月，在社会上造成很大影响，后通过增加防治措施，在坡脚设挡土墙，并将边坡坡率增大到1∶1，坡体才达到目前的稳定状态。
　　（二）增加抗滑桩
　　某高速公路K68+400～K68+500段，由于山体坡脚路基开挖造成破坏，经过边坡上多次卸载仍不能保证边坡稳定。故采用双排布设抗滑桩的办法，桩长为4～6m，桩距为1.5m，行距为3m，交错布设。通过采用抗滑桩，保证了路基的稳定，并抑制了对路基的横向推移，使路面行车顺畅。
　　（三）设框架式预应力锚索
　　该高速公路K33+440～K33+580段，全长140m，上边坡高30～50m，由于山体节理较发育，自然滑动角较大，上边坡不稳定，经研究，设计使用框架锚索对山体进行锚固，锚点间距为3～5m，梅花型布设，锚索长30～40m。经过处治，整个山体达到稳定，保证了行车安全。
　　六、结语
　　高边坡在山区高等级公路施工中较为常见。只有通过科学设计，并根据高边坡的特点选择合理的施工方法，才能避免因高边坡不稳定给工程带来的各种危害。根据以上经验和原则，应从设计、施工等多方面综合考虑，详细掌握地质条件，完善设计，合理施工，达到使高边坡稳定的目的。

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