道路工程高边坡垮塌成因及治理技术分析_王知生.pdf

107道路工程在推进城市化建设和促使交通运输行业发展等方面扮演着重要角色。部分道路工程在建设中须进行深挖高填，会形成高陡路堑边坡或路堤边坡，边坡土体原有的平衡状态地质环境被破坏，为边坡垮塌、滑坡及变形等地质灾害的发生提供了机会，加之部分道路工程修建于山区，受雨季降水因素的影响，降低了边坡的稳定性、强度，使道路垮塌、滑坡等地质灾害发生的频率增加，引发一系列的安全事故。因此，亟需采取相应的治理技术来解决高边坡垮塌问题。1 道路工程高边坡垮塌的主要成因分析1.1 自然因素1.1.1 地质条件、地震因素地质构造是引发道路工程高边坡垮塌的自然因素之一。岩石结构面的大小、发育程度及主要成分等都会影响边坡的稳定性，其中软弱岩石因自身应力减弱而导致失稳，坚硬岩主要是因地质构造而失稳，二者均可能造成边坡垮塌。此外，地震也会导致边坡失稳，尤其是强烈地震的发生，坡体孔隙水压力会迅速骤增，降低岩土体强度，引发滑坡、垮塌灾害1。1.1.2 水文、气候因素边坡水文地质环境发生变化，会直接影响地下水汇集程度，而地下水的汇集，会增大坡体的下滑力，坡体结构面及软弱夹层抗剪强度会减弱，边坡会出现变形、滑坡及垮塌现象。同时，不同区域其气候类型不同，降雨量也存在差异，在降雨集中且过多的区域，道路边坡强度会降低，孔隙水压力增加，降低边坡滑动面抗滑力，并且土质更加疏松，边坡失稳情况发生概率增加。1.1.3 地貌、风化因素不同地貌所形成的不良条件，会在护坡顶部形成较大的张应力，造成顶破开裂，且在坡脚产生剪应力，破坏地带，导致边坡失稳。同时，风化也会减弱土体稳定性，增加其裂隙，不仅影响坡度大小和边坡整体形状，而且会增加坡体透水性，地下水的动态平衡性被打破，从而引发边坡滑移、垮塌。道路工程高边坡垮塌成因及治理技术分析 王知生嘉禾县公路建设养护中心湖南郴州423000摘 要：道路工程路堑高边坡受自然条件、复杂地形、施工及人类活动等因素的影响，容易出现变形、滑坡及垮塌等病害问题。高边坡垮塌作为常见的道路工程病害之一，不仅影响道路工程施工进度，破坏路基路面，而且会威胁施工人员生命安全，所以，根据道路工程高边坡垮塌原因，有针对性地对道路病害治理具有一定的必要性。本文以某道路工程为例，分析其高边坡垮塌的成因，并提出相应的治理措施，希望解决道路工程高边坡垮塌问题的同时，为类似高边坡垮塌问题的治理提供新思路。关键词：道路工程；高边坡；垮塌成因；治理技术DOI:10.19569/119313/tu.2023210361.2 人为因素1.2.1 人工削坡道路工程边坡施工中，若采取不合理的方式进行削坡，会使坡脚结构面变薄，尤其是当结构面被切穿时，会导致大面积的边坡结构面失稳。1.2.2 地下开挖、爆破道路工程边坡开挖施工过程中，会使潜在滑坡体产生扰动，比如对边坡孤石进行爆破，或者抗滑桩打入岩石时产生的外力，均会扰动潜在的滑坡体，即施工中的爆破、开挖加速了边坡的垮塌。同时，道路建设前，需对其施工地址进行实际勘查，地质勘查深度是否合理，会直接影响会滑坡体判断的正确性。而实际地质勘察工作落实不到位，且施工中对安全隐患重视度不够，容易引发垮塌灾害。2 工程案例及高边坡垮塌成因分析2.1 工程概况本文以某道路工程为例，其全长为480m，路面宽度10.5m，其中边坡垮塌的路段路堑边坡高度在8-20m，边坡坡率为1：0.75，采取框架梁形式对边坡进行防护。通过实际钻孔勘探，了解到本道路工程边坡所处地位属于软弱岩土体，且风化程度严重，地表覆盖层大约为2m，主要为黄褐色亚粘土，在坡体上部位置零星分布，厚度为0-0.24m，下部为杂填土，主要成分是灰岩，分布于路基位置，厚度和宽度分别为0-19m、20-60m。同时，该路段边坡为亚热带季风气候，地表水发育，地下水主要为孔隙水和裂隙水，以雨水补给为主。2.2 高边坡垮塌成因通过实际勘探、分析，了解该道路工程项目高边坡垮塌的主要成因包括4方面：其一，土体与风化岩石之间本身存在滑动面，使其自然形式的稳定状态被打破，且所采取的加固措施还未发挥支撑作用，很容易导致边坡失稳，形成垮塌灾害。其二，实际施工中，多考虑工序之间的衔接性，通常刷坡、搭设锚杆支架这两种工序同时进行，且加固深度不满足设计要求，造成边坡垮塌。另外，施工过程技术探讨108中所产生的建筑垃圾堆放于坡面上，未及时清除坡体上的松散石、堆积物，加之受施工机械振动因素的影响，边坡内剪应力加大，破坏了边坡本身的平衡状态，发生垮塌。其三，本道路工程项目所设置的边坡排水设施不够完善，受雨水的冲击，边坡被水流冲刷，雨水会浸入坡体，导致边坡内部土体软化，降低其稳定性，从而使边坡失稳垮塌。其四，本道路工程中关于边坡防护的设计，只采取框架梁结构，意味着防护措施单一，而实际边坡过陡，坡体下滑力较大，无法起到边坡防护作用。3 道路工程高边坡垮塌治理方案及技术3.1 高边坡垮塌治理方案道路工程高边坡垮塌病害的治理，通常采取支挡、坡面防护及排水等处理措施，以提高高边坡的稳定性和道路的安全性。本道路项目高边坡坍塌的治理，应坚持“预防为主，防治结合”这一原则，结合本道路工程边坡垮塌的地层和地形特点及原因，采取“刷方减载+抗滑挡墙+排水及边坡支挡”相结合的治理方案，解决高边坡垮塌问题，其中针对本道路工程中高边坡施工存在易失稳、施工高度大等问题，结合本工程实际需求，采取台阶式边坡，分级开挖、支护这种工程防护措施，对路堑高边坡开挖施工严格控制，减少施工外部因素对边坡稳定性的影响，并且为了降低滑坡推力，拟沿着路线方向在第一级边坡位置设置一排挡墙，增强滑坡稳定性。此外，针对降雨因素造成的垮塌问题，应用相应的排水技术，通过设置排引水设施、截水沟，防止外部水流入坡体，减少雨水对边坡土体的侵扰。3.2 道路工程高边坡垮塌治理技术3.2.1 刷坡卸载表1 路堑边坡高坡坡率坡岩土体的剪应力，达到上部减重的效果。3.2.2 支挡措施针对高边坡垮塌的治理，常用会使用旋挖桩、挡土墙及边坡防护网这几种支挡措施。对于该道路工程高边坡的处理，由于岩土体应力过大，且内部应力不均，加之受地质条件这一自然因素的干扰，边坡易出现垮塌、滑坡问题只是单一的对其坡面进行防护，无法起到增强边坡整体稳定性的效果。因此，该道路工程项目中，采取旋挖桩+挡土墙+坡面防护相结合这种方式。其一，旋挖桩作为一种新型桩基施工工艺，在钻孔速度快、定位准确、自动化程度高及工期短等方面优势明显，多应用于公路、桥梁及大型建筑基础桩施工中，施工流程为：桩位放线、开挖浆池和浆沟、钻机就位、清水钻进、护壁注浆、桩、制作和吊放钢筋笼、浇筑、检测和验收桩基。该道路工程高边坡垮塌治理中应用旋挖桩施工工艺，应严格按照施工流程进行操作，各工序质量控制要点包括：1.施工前，根据土质情况来制备护壁泥浆，且对制浆的材料严格把控；2.软弱土层施工时，应设置井口钢护筒，将其壁厚控制在10mm以上，并采取一定的防护措施，避免周围土石坠落，影响成孔清孔的质量；3.对钢筋笼制作的材料数量、尺寸、规格等严格把控，缓慢地吊放钢筋笼，防止其碰撞到孔壁土方，并且钢筋笼固定后立即进行混凝土灌注，防止塌孔。其二，为了确保路堑高边坡开挖施工的安全性，该道路工程中还需应用预应力锚杆技术对边坡进行深层加固，其原理是以钻孔的方式将锚杆穿过滑动面、软弱岩层，将锚杆一端固定在稳固岩层中，对另一端进行张拉，通过对岩层施加外部压力，起到对失稳边坡锚固的作用3，如图1所示。先钻锚孔，对破碎岩层进行钻孔时，采取套管跟进钻孔方式，将终孔控制在130mm，使用压力为0.2-0.4MPa的风压来进行清孔，防止杂物影响粘结强度，然后对所选择的高强度、低松弛的钢绞线进行组装，将其延伸率控制在3.5%，锚固段的钢绞线设置为环形，锚索采取分布张拉方式，按照设计荷载进行施拉，每次持荷时间控制在2-5min，若锁定后无应力松弛现象，方可进行封锚，最后采取孔底压浆方式进行压浆，即从孔底至孔孔返浆式注浆，该过程中将压力控制在0.25MPa以上4。图1 锚索示意图分级二级三级四级五级六级七级八、九十级十一级坡率1:11:1.251:1.251:1.251:1.251:1.251:1.251:1.5坡高（m）1010101010101010平台宽（m）21221221022技术探讨刷坡卸载作为常用的一种边坡垮塌治理技术，多使用于垮塌病害形成阶段，通常与其他支档措施相结合进行垮塌病害的综合治理，该治理技术在安全性、经济性方面优势突出。结合本道路工程高边坡垮塌的地层和地质特点及病害原因，在路堑开挖施工中，针对软弱岩土高边坡地段，选择分级开挖手段，即将坡性设计为台阶式，对各级坡度进行严格，其中将台阶的高控制在10m，顶级缓坡、整岩体放缓到12m，平台宽度控制在2-12m2，从第二级边坡位置进行刷坡，具体坡率如表1所示，具体施工中需做好每级边坡、平台两侧与原地形坡面平缓过渡衔接处理，以减小边109其三，路基边坡受降雨、风蚀及人工因素的影响，会产生表面垮塌、坡面滑坡等病害，如不对其有效防护，会造成更大边坡病害，针对石质边坡，由于其坡面具有一定支撑能力，只需对其坡面进行防护，就能减少稳定变化及雨水冲刷等对其影响，提高道路路堑高边坡整体稳定性。对该道路工程高边坡垮塌病害进行治理时，应采取植物防护、工程防护这两种手段，前者通常采取植灌木、种草或铺草等方式，实现边坡的防护，比如综合考虑本工程所在地的土质、气候及含水量等因素，选择便于养护、成活率高且经济的植物来种植；后者通常采取喷灌、抹面等形式进行边坡防护，边坡的陡坡面多采取这种防护措施。此外，也可以将植物防护和工程防护这两种防护手段相结合，实现边坡的综合治理。3.2.3 排水处理道路高边坡垮塌、滑坡等地质灾害的发生，还受地下水活动因素影响，为了有效处理高边坡垮塌问题，还需做好地表水、地下水处理工作。根据该道路工程特点，路堑施工前，提前开挖截水沟，每开挖一级后，立即按照设计要求制作平台截水沟，防止边坡表面水渗入岩土体，并在成型坡面上开挖排水沟，将沟高、宽分别控制在0.8m、0.5m5，根据坡面岩土体结构来确定排水沟间距，并向沟内铺垫渗水土工布，然后回填碎石、卵石，最后在表面覆盖素土，进行压实处理。同时，针对部分岩土结构松散的边坡，雨水更容易浸入，所以在坡面设置支撑渗沟的过程中，向坡顶预定区域注入水泥浆，既可以实现岩土体结构的固结，增强其抗剪强度，又可以实现岩土体缝隙的封闭，防止地下水浸入。此外，还可以通过改变坡土体结构的化学性能，实现边坡的稳固，比如向水泥浆液中添加适量的石灰进行注浆，就能达到稳定边坡的效果。3.2.4 边坡病害监测为了及时发现并处理道路工程边坡垮塌、变形等病害问题，确保道路高边坡的可靠性，可采用相应的监测手段，及时对险情进行预报、处理。就该道路工程而言，对高边坡施工风险因素进行综合评估，利用新型监测手段来获取边坡变形信息，比如先根据该道路工程实际需求进行监测点的合理布设，并使用北斗与安全在线监测技术对该路段进行实时监测，获取所需的边坡信息，为高边坡施工、管理及运维工作的有效实施提供数据依据，便于根据边坡变化情况，及时、科学地采取相应的边坡防护方案。4 结束语综上所述，与普通道路边坡相比较，路堑高边坡在土质、岩石挖方边坡高度方面具有一定差异，受地形地貌、地质岩性、水文气象、工程施工及人类活动等内外部因素的影响，边坡中的土体强度会降低，当其内部下滑力大于抗滑力时，会破坏边坡的稳定性，形成滑坡、垮塌等问题。为了减少和避免垮塌问题所带来的损失，道路工程建设中，一方面综合考虑多方面因素来设计道路建设路线，尽量避免深填、高挖，且施工中尽可能减少爆破、排水等作业对边坡的影响；另一方面积极应对已造成的垮塌问题，结合高边坡特点、施工条件等制定科学的治理方案，以增强边坡的稳定性，减少垮塌风险。参考文献：1史崇新.山区某高速公路边坡崩塌成因分析及处治措施J.北方建筑,2021,6(06):50-54.2郑勇.路堑边坡垮塌成因分析及防治措施探讨J.黑龙江交通科技,2021,44(03):41-43.3刘锋矢.粤西山区高速公路高边坡崩塌成因分析与治理措施J.交通世界,2019,8:20-22.4顾良军,石家福.山区公路边坡崩塌的成因及处理J.城市建设理论研究(电子版),2018,11:84.5席称心,陈磊.在建高速公路路堑边坡垮塌成因分析及处治措施J.四川理工学院学报(自然科学版),2015,28(02):81-85.作者简介：王知生，大专，嘉禾县公路建设养护中心，工程师，研究方向：公路桥梁与隧道。技术探讨