馮志剛

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南鄭州454500）

1 引發(fā)斜坡路基邊坡破壞的原因

不同于其他類型的邊坡穩(wěn)定問題，斜坡路基邊坡具有比較突出的地質(zhì)復雜性，且一般有挖填方高度較大、工期長的特點，所以導致邊坡破壞的原因往往也比較復雜，不同因素之間也存在相互促進作用，具體來看可大致歸為以下幾點：

1.1 水的作用

我國幅員遼闊、地質(zhì)條件多樣，這也就導致工程建設(shè)往往需要面對復雜的環(huán)境，尤其是在山區(qū)開展的建設(shè)還應(yīng)當對泉眼、溪流等進行考慮。在挖填工序結(jié)束后，常常會導致原有的泉眼、流徑被堵塞，使得排水通道被堵塞。若未能采取合理的排水措施，那么地表水系就很容易向下滲入填土中，導致邊坡穩(wěn)定性下降。具體來看，主要可分為下面兩種情況：填土中水位高于坡面高度，使得地下水存在向坡面滲透的趨勢，以此在邊坡內(nèi)產(chǎn)生水動力，導致邊坡向下發(fā)生相對滑動；同時水的滲透作用也會導致土體軟化，進而使得結(jié)構(gòu)的抗剪承載力損失。此外，受到強降水的影響，若邊坡施工時排水設(shè)施不健全、水流高差大，則往往還會對坡面產(chǎn)生大面積沖刷，為后續(xù)施工作業(yè)帶來嚴重問題，甚至還會引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

1.2 軟弱夾層和結(jié)構(gòu)面

邊坡土體中若存在軟弱夾層或薄弱結(jié)構(gòu)面，那么填土工序就會使得滑動面上的剪應(yīng)力水平不斷提升，若其超過極限抗剪強度，則填土就會發(fā)生滑移。因此，在施工前就需要技術(shù)人員能夠?qū)ㄔO(shè)地的地質(zhì)條件進行全面有效的勘察，盡可能發(fā)現(xiàn)其中存在的軟弱夾層，并采取適當?shù)拇胧┻M行處理。在工程建設(shè)的范圍內(nèi)，原有的坑槽、洞穴都需要回填處理，并且依據(jù)規(guī)范要求壓實至滿足要求。對于原地基為耕地或松土的，還需要進行地基處理，處理深度應(yīng)當滿足設(shè)計要求，并反復壓實[1]。

1.3 填土施工質(zhì)量缺乏保障

根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范要求，永久性邊坡坡度應(yīng)當控制在1.5～2.0 的范圍內(nèi)。但值得注意的是，在一些特殊工程中需要采取盡可能大的邊坡坡度，以此來達到節(jié)約土地資源的目的。但這樣也會在一定程度上降低邊坡穩(wěn)定性，并提升施工作業(yè)的難度。所以，在進行分層碾壓施工時，應(yīng)當嚴格控制碾壓設(shè)備的位置，限制其與邊坡的間距。此外，由于邊坡失水問題一般比較突出，難以控制土體的最佳含水量和最大密度指標，容易導致壓實系數(shù)的不穩(wěn)定問題。特別是對無側(cè)向支撐的邊坡而言，在大型機械的持續(xù)作用下，土體的橫向運動趨勢也會更加明顯，并在坡面方向上產(chǎn)生滑移。這對于控制地基壓實度而言就產(chǎn)生了一定的不利影響，同時也導致邊坡內(nèi)出現(xiàn)縱向微隙，使得壓實不連續(xù)問題更加突出。

1.4 外界環(huán)境的影響

邊坡土體的抗剪強度在外界因素作用下會發(fā)生比較明顯的下降，所以外界因素也是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。當土體內(nèi)滑動面的滑動力達到極限抗剪強度時，土體即會產(chǎn)生滑動。

具體來看，可分為以下兩個方面：一方面，外界施加的作用會對土體產(chǎn)生一定的擾動，使其偏離原有的平衡狀態(tài)。譬如在路塹、路堤的開挖作業(yè)中，由于受到外加荷載、地震作用、地下水滲流等的影響，土體很容易出現(xiàn)失穩(wěn)狀況。另一方面，受到外界環(huán)境因素的長期作用，土體的抗剪強度往往會出現(xiàn)一定程度的損失，使得邊坡處于不可控的力學狀態(tài)下。譬如，天氣的突然變化導致土體發(fā)生濕脹、凍脹等現(xiàn)象，進而導致土體變得松散，抗剪強度也會隨之下降[2]。

2 斜坡路基邊坡的設(shè)計原則

對已有的研究與實踐進行分析可以得出，斜坡路基邊坡設(shè)計應(yīng)當遵從以下原則進行：

其一，斜坡路基的處理需要對復雜地質(zhì)條件進行全面考慮，同時近些年我國設(shè)計標準不斷提高，考慮到高填方工程在安全可靠、經(jīng)濟環(huán)保上存在的劣勢，應(yīng)盡可能避免采取高填方設(shè)計。特別是當填方高度過大、存在順層滑坡時，應(yīng)當對路線做出調(diào)整，避開這一區(qū)域，同時制定相應(yīng)的防護措施。如果有條件，在超高路堤位置可以制定高架橋設(shè)計、隧道設(shè)計等多個方案，并進行比對分析，選擇其中最佳的方案。

其二，當邊坡坡度處于1∶5～1∶2.5 的范圍內(nèi)時，在施工位置應(yīng)當開挖臺階，且臺階的寬度應(yīng)當大于2m。對于覆蓋層較薄的巖基，還應(yīng)當先清理好覆蓋層再進行臺階施工。對于具有一定厚度且較為穩(wěn)定的覆蓋層，可以予以保留。

其三，當邊坡坡度大于1∶2.5 時，應(yīng)當預先對邊坡穩(wěn)定性進行驗算，且要求其抗滑穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)低于規(guī)范相應(yīng)限制，否則需要采取措施改進基底條件或外設(shè)支擋結(jié)構(gòu)。

其四，當路堤基底選定在軟弱土體上時，設(shè)計人員應(yīng)當驗算在外界作用下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，若驗算結(jié)果不滿足要求，那么就需要采取針對性措施改善基底條件。在洼地、稻田等不良基底條件下，需要首先排干地表水系，或在底部填埋一定量的滲水材料。在軟土條件下開展筑路施工，需要采取可靠的加固措施，譬如換填、拋石擠淤、砂墊層等都是工程中常見的方法。

3 工程案例分析

下面以我國某公路工程為例展開分析，該項目位于區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃的重要位置，采用雙向四車道設(shè)計，全長約107km，其設(shè)計速度為80km/h。以該項目沿線124 個路基邊坡的勘察報告數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)展開分析。

3.1 穩(wěn)定性計算分析

選擇項目中比較具有代表性的邊坡段進行評價。該邊坡土體的基本物理力學參數(shù)如表1所示。借助FLAC 有限元分析軟件對未經(jīng)處理的結(jié)構(gòu)進行2D 平面應(yīng)變計算，評價其穩(wěn)定性。若計算結(jié)果顯示其不滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)下，那么就需要制定完善的加固措施進行補強處理，并借助FLAC 有限元分析軟件對應(yīng)變進行計算，如不滿足要求則需要對其加固措施進行調(diào)整，直至計算結(jié)果滿足要求位置。

表1 土層的基本物理力學參數(shù)

通過計算得到，按照原設(shè)計該邊坡的安全系數(shù)僅為1.01，低于標準限值，所以需要采取措施進行治理。

3.2 治理措施及穩(wěn)定性分析

由于該邊坡安全系數(shù)不滿足要求，因此在本項目中要采取削坡減載的方式來進行治理。

對于坡度較大的填方邊坡，實際工程中還可以通過降低坡度的方式來提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。削坡時一般可采用直接削坡法或挖臺階法兩種，其中直接削坡法的操作簡單但對施工環(huán)境要求比較嚴格，若不滿足就需要擴展坡腳，這會導致工程量顯著提升。作為一類通過減載來提升結(jié)構(gòu)安全性的方法，挖臺階法需要在施工前反復校核施工后臺階的穩(wěn)定性。一般而言，滑坡體的上部重量對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有著不利影響，而下部重量則有著積極作用。所以，在工程中可以借助挖填平衡原則來改善邊坡的穩(wěn)定性，且該方法降低邊坡坡度不會帶來工程量增大的問題，但應(yīng)當保證坡腳位置的質(zhì)量可靠。如有必要，還應(yīng)當在坡腳位置額外設(shè)置排水墊層來緩解水的滲透作用對坡面穩(wěn)定性的不利影響。削方減載直接受到滑動面形態(tài)的影響，同時也與排水措施有著密切關(guān)系，一般適宜在前緣緩坡段較長的滑坡中進行應(yīng)用，且削方量應(yīng)盡可能控制在滑體20%以內(nèi)。

3.3 應(yīng)用挖臺階法進行治理

清理路基坡腳，使得坡腳附近沒有雜物、植被。

在原有邊坡坡面上開挖臺階，且臺階寬度應(yīng)大于2m，高度以2m 為宜，且臺階最好形成2%～4%的反向橫坡，臺階的壓實度指標應(yīng)當滿足規(guī)范中對相應(yīng)填土的規(guī)定。

碼砌邊坡。該工序可以依據(jù)邊坡的高度分三級完成，其中第一級高度定為5m，選擇1∶1.25 的坡率，使用大塊石進行雙層碼砌，每層厚度取為1m；第二級高度定為7m，選擇1∶1.5 的坡率，使用大塊石進行多層碼砌，每層厚度取為1.5m；第三級選擇1∶1.75 的坡率，使用大塊石進行多層碼砌，每層厚度取為2m；在變坡的地方應(yīng)當額外設(shè)立一道1m 寬的臺階，臺階面以4%的坡度向外傾斜。碼砌石塊時應(yīng)當保證相鄰石塊間能夠緊密貼合，且沒有松動、空洞的問題，砌塊的接觸面還可以略微向內(nèi)偏移[3]。

填料。石材攤鋪環(huán)節(jié)應(yīng)當分層完成，且秉承先底后高、先兩側(cè)后中央的基本原則。石料鋪設(shè)的厚度一般需要小于50cm，且石料的最大粒徑應(yīng)當小于鋪層厚度的2/3。

碾壓。在對鋪設(shè)的填料進行找平后，需要首先采用18t 的光輪壓路機碾壓一遍，隨后再用重型壓路機以振動碾壓的方式碾壓兩遍。碾壓的過程應(yīng)當秉承先兩側(cè)、后中間的原則，且相鄰兩遍碾壓需要錯開至少1/3 的輪寬。當對同一位置的前后相鄰兩次碾壓高差小于3mm 時，即可認為達到停止碾壓要求。

3.4 治理后邊坡的穩(wěn)定性分析

在對原有邊坡進行處理后，再次借助FLAC 有限元分析軟件進行計算，得出其穩(wěn)定系數(shù)為1.38，滿足建設(shè)規(guī)范要求，因此可以認為挖臺階法治理的效果可靠，能夠達到預期效果。

4 結(jié)語

目前斜坡路基邊坡的穩(wěn)定性評價及邊坡治理已經(jīng)成為我國工程建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容，特別是在山區(qū)公路工程項目中發(fā)揮著重要影響。需要技術(shù)人員在工程中秉承基本設(shè)計原則，充分考慮到水、軟弱夾層、氣候條件等的影響，并且選用合適的治理措施來使其穩(wěn)定性滿足要求。