周振坤

中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司第二工程分公司 浙江 寧波 315100

在工程建設(shè)中，高邊坡開挖是常見的施工過程，然而，由于土壤的特性和外界環(huán)境的影響，邊坡的穩(wěn)定性問題成為了一個(gè)不可忽視的挑戰(zhàn)。邊坡失穩(wěn)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故和財(cái)產(chǎn)損失，因此對(duì)于邊坡的土壤穩(wěn)定性進(jìn)行全面的分析和加固措施的提出至關(guān)重要[1]。

1 土壤穩(wěn)定性分析

1.1 土壤力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

土壤穩(wěn)定性是土木工程中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，它涉及到土壤的力學(xué)性質(zhì)和其在各種載荷下的行為。了解土壤力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于分析土壤穩(wěn)定性至關(guān)重要。首先，我們需要了解土壤的組成和結(jié)構(gòu)。土壤由固體顆粒、水分和空氣組成。固體顆?？梢苑譃槿N類型：砂粒、粉狀顆粒和膠粘顆粒。這些顆粒之間通過各種力進(jìn)行相互作用，形成土壤的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度。其次，土壤具有重要的物理性質(zhì)，如容重、孔隙比和含水率。容重是指單位體積土壤的質(zhì)量，孔隙比是指土壤孔隙的體積與總體積的比值，而含水率則是土壤中水分的質(zhì)量與干土質(zhì)量的比值。這些物理性質(zhì)直接影響土壤的穩(wěn)定性。此外，土壤還具有一些力學(xué)性質(zhì)，包括彈性模量、剪切模量和壓縮模量。彈性模量表示土壤在受力后恢復(fù)原狀的能力，剪切模量表示土壤抵抗剪切應(yīng)力的能力，而壓縮模量則表示土壤在受到一定壓力后的變形性質(zhì)。這些力學(xué)性質(zhì)對(duì)于土壤的穩(wěn)定性和承載力有著重要影響[2]。

1.2 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

邊坡穩(wěn)定性是指邊坡所受各種力作用下的抗滑能力。然而，邊坡穩(wěn)定性受到多種因素的影響，首先，土壤的物理特性是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一。土壤的含水率、孔隙比以及粒度分布等物理特性都會(huì)直接影響土壤的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。其次，地下水位也是一個(gè)重要的因素。地下水位的升高會(huì)增加土壤的飽和度，進(jìn)而降低土壤的抗剪強(qiáng)度，從而使邊坡易于發(fā)生滑坡。因此，在邊坡設(shè)計(jì)中需要充分考慮地下水位對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。此外，坡度和坡高也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。一般來說，坡度越陡，邊坡穩(wěn)定性越差。而坡高的增加會(huì)導(dǎo)致邊坡所受的重力作用增大，進(jìn)而增加邊坡的滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

除了以上因素，土壤的側(cè)向土壓力、坡面覆蓋物的影響、地震力等也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。這些因素的綜合作用會(huì)直接決定邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 評(píng)估邊坡穩(wěn)定性的方法

為了評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，工程界發(fā)展了多種方法和模型。首先，極限平衡法是一種常見的方法，它基于土壤在邊坡上受力平衡的假設(shè)。通過計(jì)算邊坡上各個(gè)力的平衡關(guān)系，可以確定邊坡是否穩(wěn)定。其中，強(qiáng)度折減法和切線法是常用的極限平衡法的應(yīng)用形式。這些方法可以考慮不同因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，如地下水位、土壤物理性質(zhì)等。其次，有限元法是一種數(shù)值計(jì)算方法，可以模擬邊坡受力情況。該方法將邊坡劃分成無(wú)數(shù)個(gè)小單元，通過求解每個(gè)單元的力學(xué)方程來獲得邊坡的應(yīng)力和變形情況。有限元法可以考慮復(fù)雜的邊界條件和非線性問題，但需要進(jìn)行大量的計(jì)算和參數(shù)設(shè)置。此外，統(tǒng)計(jì)分析方法也被廣泛應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性評(píng)估中。通過收集和分析現(xiàn)有的邊坡數(shù)據(jù)，可以建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蚋怕誓Ｐ?，來預(yù)測(cè)未來邊坡的穩(wěn)定性。這些方法可以考慮到不確定性因素和隨機(jī)性，提供了一種更全面的評(píng)估方法。最后，物理模型試驗(yàn)是一種直接觀測(cè)和測(cè)試邊坡穩(wěn)定性的方法[3]。通過在實(shí)驗(yàn)室或野外建立邊坡的縮尺模型，可以模擬真實(shí)的邊坡受力情況，并進(jìn)行各種加載試驗(yàn)。通過觀察模型的變形和破壞情況，可以評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。物理模型試驗(yàn)提供了直觀、可視化的結(jié)果，但成本較高且受限于試驗(yàn)條件。

1.4 土體失穩(wěn)模式討論

土體在邊坡上的失穩(wěn)行為取決于多個(gè)因素，包括土壤性質(zhì)、邊坡幾何形狀和外力作用等。首先，滑移是一種常見的土體失穩(wěn)模式。當(dāng)邊坡上的剪切應(yīng)力超過土壤的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體會(huì)發(fā)生滑動(dòng)?；瓶梢匝刂吰卤砻婊蜉^大的土層面發(fā)生，導(dǎo)致整個(gè)邊坡的運(yùn)動(dòng)。其次，傾斜是另一種常見的失穩(wěn)模式。當(dāng)邊坡上存在較弱的土層或土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時(shí)，土體可能會(huì)發(fā)生傾斜。這通常發(fā)生在邊坡頂部或邊坡中間的局部區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域的土體崩塌或滑動(dòng)。此外，潰決是一種嚴(yán)重的土體失穩(wěn)模式。當(dāng)邊坡上存在較大的水體壓力或水流沖刷時(shí)，土體的穩(wěn)定性會(huì)受到嚴(yán)重影響。水的作用會(huì)削弱土壤的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡發(fā)生潰決現(xiàn)象。潰決通常以大規(guī)模的土體崩塌和沖刷為特征，對(duì)周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。另外，局部滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)也是土體失穩(wěn)的一種模式。當(dāng)邊坡上存在較強(qiáng)的地下水位或土體含有可塑性較高的膠粘顆粒時(shí)，土體可能會(huì)發(fā)生局部滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。這種模式通常表現(xiàn)為邊坡上某個(gè)區(qū)域的土體松動(dòng)和變形，但整體邊坡結(jié)構(gòu)仍然保持相對(duì)穩(wěn)定。

除了上述模式，還存在其他一些特殊情況下的土體失穩(wěn)模式，如邊坡凍融破壞、地震引起的液化等。這些特殊情況下，土體的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn)行為。

2 加固措施

2.1 常見的邊坡加固措施

在面對(duì)邊坡穩(wěn)定性問題時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧﹣硖岣哌吰碌姆€(wěn)定性。下面將介紹一些常見的邊坡加固措施。首先，土釘加固是一種常用的方法。該方法通過在邊坡中安裝鋼筋土釘，將鋼筋與土體相互作用，增加土體的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。土釘可以根據(jù)具體情況進(jìn)行不同的布置方式，如水平、垂直或傾斜布置。其次，擋墻是另一種常見的邊坡加固措施。擋墻通常由混凝土或鋼筋混凝土構(gòu)成，安裝在邊坡底部或中部，用于抵抗土體的滑動(dòng)和傾斜。擋墻可以采用重力式結(jié)構(gòu)或加筋型結(jié)構(gòu)，具有較高的抗荷能力和穩(wěn)定性。此外，植被加固也是一種自然且經(jīng)濟(jì)的邊坡加固措施。通過在邊坡上種植適合的草本植物或樹木，可以增加邊坡土壤的抗剪強(qiáng)度和抗侵蝕能力。植被的根系可以錨固土體，并吸收部分雨水，減少地表徑流，從而保持邊坡的穩(wěn)定性。另外，還有其他一些常見的邊坡加固措施，如鋼筋網(wǎng)片加固、噴射混凝土加固、土工合成材料加固等。這些措施都具有不同的原理和適用范圍，可以根據(jù)具體情況選擇合適的加固方法[4]。

2.2 合適的加固措施及其原理和適用性

在選擇合適的加固措施時(shí)，需要綜合考慮邊坡的特點(diǎn)、土壤的性質(zhì)以及工程的實(shí)際需求。下面將介紹一些常見的加固措施及其原理和適用性。首先，對(duì)于土壤較軟且邊坡高度較大的情況，土釘加固是一種有效的方法。通過在邊坡中安裝鋼筋土釘，可以增加土壤的內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度，從而提高邊坡的整體穩(wěn)定性。這種加固方法適用于各種土壤類型和邊坡形狀。其次，對(duì)于邊坡土體較弱且存在傾斜的情況，擋墻是一種常見的選擇。擋墻可以通過抵抗土體的滑動(dòng)和傾斜來提高邊坡的穩(wěn)定性。重力式擋墻適用于邊坡底部需要有足夠的承載能力的情況，而加筋型擋墻則適用于邊坡中部或頂部需要較大抗荷能力的情況。此外，如果邊坡需要長(zhǎng)期保持穩(wěn)定性并具有美化功能，植被加固是一種可行的解決方案。通過合理選擇適應(yīng)環(huán)境的草本植物或樹木，并在邊坡上進(jìn)行種植，可以增加土壤的抗剪強(qiáng)度和抗侵蝕能力。植被的根系可以有效錨固土壤，并吸收部分雨水，減少地表徑流對(duì)邊坡的沖刷作用。植被加固適用于邊坡生態(tài)環(huán)境要求較高的項(xiàng)目，如公園、景觀綠化等。此外，鋼筋網(wǎng)片加固是一種常用的邊坡加固措施。通過在邊坡表面安裝鋼筋網(wǎng)片，并與土體相互作用，可以增加土壤的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這種加固方法適用于邊坡容易發(fā)生局部滑動(dòng)或崩塌的情況，可以有效防止土體的松散和變形。最后，噴射混凝土加固是一種快速且可靠的加固方法。通過將混凝土噴射到邊坡表面，形成一層堅(jiān)固的覆蓋層，可以增加邊坡的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。噴射混凝土加固適用于邊坡存在較大裂縫或需要立即修復(fù)的緊急情況。在選擇合適的加固措施時(shí)，需要綜合考慮邊坡的特點(diǎn)、土壤的性質(zhì)以及工程的實(shí)際需求。同時(shí)，還需要進(jìn)行全面的工程設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，確保加固措施能夠滿足邊坡的穩(wěn)定性要求[5]。

2.3 加固措施的施工過程和注意事項(xiàng)

在進(jìn)行邊坡加固的施工過程中，需要遵循一系列的步驟和注意事項(xiàng)，以確保加固效果和施工安全。首先，施工前需要進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘察和工程測(cè)量，了解邊坡的具體情況，并制定合理的施工方案。同時(shí)，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)規(guī)范選擇合適的施工設(shè)備和材料。其次，施工過程中需要注意施工現(xiàn)場(chǎng)的安全，包括人員和設(shè)備的安全。必須建立完善的安全管理制度，合理設(shè)置警示標(biāo)志和防護(hù)措施，確保施工人員的個(gè)人安全，并防止設(shè)備的傾覆或失控。

在進(jìn)行土釘加固時(shí)，需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋土釘?shù)牟贾煤皖A(yù)埋深度的確定。安裝過程中應(yīng)注意鋼筋土釘?shù)拇怪倍群退蕉?，確保鋼筋與土體之間的良好連接。

對(duì)于擋墻的施工，需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)。在澆筑過程中，要控制混凝土的坍落度和澆筑速度，并采取適當(dāng)?shù)恼駬v措施，以確?；炷恋木鶆蛐院蛷?qiáng)度。

植被加固的施工過程中，需要選擇適合的植物品種，并進(jìn)行合理的植栽布局。同時(shí)，還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔群宛B(yǎng)護(hù)，以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和根系的發(fā)育。

其他邊坡加固措施的施工過程也需要注意一些關(guān)鍵要點(diǎn)。鋼筋網(wǎng)片加固的施工中，需要確保鋼筋網(wǎng)片的正確安裝和固定，以及與土體的緊密結(jié)合。噴射混凝土加固的施工中，應(yīng)控制噴射混凝土的均勻性和厚度，并注意施工速度和噴射壓力的調(diào)節(jié)。在施工過程中，還需要注意施工質(zhì)量的監(jiān)控和檢測(cè)。對(duì)于土釘加固和擋墻加固等結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收和驗(yàn)收測(cè)試，包括土釘?shù)目估瓘?qiáng)度測(cè)試、擋墻的荷載試驗(yàn)等，以確保加固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。此外，施工完成后還需要進(jìn)行相關(guān)的養(yǎng)護(hù)工作[6]。根據(jù)不同的加固措施，可能需要進(jìn)行植物的定期修剪和澆水，或者進(jìn)行噴涂防腐涂料等防護(hù)措施，以延長(zhǎng)加固結(jié)構(gòu)的使用壽命和穩(wěn)定性。

3 實(shí)際案例研究

3.1 高邊坡開挖工程案例

本研究將以一項(xiàng)高邊坡開挖工程為案例，分析其土壤穩(wěn)定性問題及相應(yīng)的加固措施。該工程位于城市建設(shè)項(xiàng)目中，涉及大規(guī)模地下停車場(chǎng)的開挖工作。由于邊坡的高度和土壤的特性，存在較大的土壤穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。在開展工程前期調(diào)研時(shí)，對(duì)邊坡進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘察。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和土壤采樣分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)邊坡土壤主要由黏土和松散砂土組成，且存在一定的含水量。邊坡的高度約為30米，呈陡峭傾斜，存在滑動(dòng)和塌方的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 進(jìn)行土壤穩(wěn)定性分析

為了評(píng)估邊坡的土壤穩(wěn)定性，進(jìn)行了詳細(xì)的土壤力學(xué)參數(shù)測(cè)試和數(shù)值模擬分析。通過室內(nèi)試驗(yàn)確定了邊坡土壤的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角和凝聚力等參數(shù)。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行有限元分析，模擬了邊坡開挖過程中的應(yīng)力和變形情況。分析結(jié)果顯示，邊坡的土壤具有較低的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角，且存在較大的滑動(dòng)面。在開挖過程中，由于土體受到較大的水平推力和重力荷載的作用，邊坡易發(fā)生滑動(dòng)和變形，造成嚴(yán)重的安全隱患。

3.3 相應(yīng)的加固措施選擇

基于土壤穩(wěn)定性分析的結(jié)果，確定了一套相應(yīng)的加固措施方案。首先，采用了土釘加固技術(shù)。通過在邊坡中預(yù)埋鋼筋土釘，并與土體相互作用，增加土體的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)聚力，從而提高邊坡的整體穩(wěn)定性。其次，結(jié)合土釘加固，還采用了噴射混凝土加固技術(shù)。通過在邊坡表面噴射混凝土，形成一層堅(jiān)固的覆蓋層，增加邊坡的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這種組合加固方式可以互補(bǔ)各自的優(yōu)勢(shì)，提供更好的加固效果。另外，對(duì)于邊坡頂部的部分，選擇了擋墻加固措施。通過在邊坡頂部設(shè)置混凝土擋墻，抵抗土體的滑動(dòng)和傾斜，增加邊坡的整體穩(wěn)定性。擋墻的設(shè)計(jì)采用了加筋型結(jié)構(gòu)，以提高其抗荷能力和穩(wěn)定性。

3.4 實(shí)施加固措施的效果和成本效益分析

在實(shí)施加固措施后，進(jìn)行了工程驗(yàn)收和效果評(píng)估。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)邊坡的變形和位移明顯減小，土壤的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角得到了明顯提高。有限元分析結(jié)果也證實(shí)了加固措施的有效性，同時(shí)，還進(jìn)行了成本效益分析。計(jì)算了加固措施的實(shí)施成本，包括土釘、噴射混凝土和擋墻的材料費(fèi)用、人工費(fèi)用以及施工設(shè)備的租賃費(fèi)用等。與此同時(shí)，考慮到加固措施所能提供的邊坡穩(wěn)定性改善能力，對(duì)可能發(fā)生的邊坡滑坡事故所帶來的潛在損失進(jìn)行了估算。經(jīng)過綜合分析，結(jié)果顯示，實(shí)施加固措施所需的總成本相對(duì)較高，但可以有效降低邊坡滑坡事故的風(fēng)險(xiǎn)和潛在損失。通過對(duì)比分析，可以得出加固措施的成本效益比較高的結(jié)論。此外，還需要考慮加固措施的可持續(xù)性和長(zhǎng)期效果。加固措施所使用的材料和技術(shù)應(yīng)具有耐久性和抗腐蝕性，以確保加固結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，定期檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)施也是保持加固效果的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于高邊坡開挖中的土壤穩(wěn)定性分析與加固措施，我們需要通過實(shí)地勘察和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試獲取土體參數(shù)，并建立適當(dāng)?shù)牧W(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇合適的加固措施，如表面排水、地下支撐、植被加固和擋墻等。在實(shí)施加固措施前，需要評(píng)估其效果、進(jìn)行成本效益分析、風(fēng)險(xiǎn)分析和環(huán)境影響評(píng)估。這些工作可以有效提高邊坡的穩(wěn)定性，保障工程安全和經(jīng)濟(jì)性。