边坡工程稳定性及处治措施分析

梁冠亭，何林

（武汉市市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430023）

随着我国经济建设科快速发展，人口急剧增加与人类工程活动日渐增多，各个区域均要建设大量的基础设施，比如铁路、公路、码头及路堤等，各种工程活动开挖与填筑边坡数量不断增多，边坡工程必定会引发出边坡稳定性问题。从中国地质灾害分析，地质灾害具有非常明显方向性，地质灾害造成的损失与经济发达、人口密度程度具有密切关系，自然边坡安全问题逐渐成为人们高度关注的问题。如今，边坡类地质灾害成为各个区域防治工作的重点问题，从各个城市来看危险边坡主要分布到交通运输沿线、城市建设区，主要是建设各种工程项目对山体坡脚切挖、开挖及回填，及采石取土及修建交通运输工程形成的建筑边坡。在城镇化建设不断深入，逐渐形成大量的危险边坡，危险边坡成为发生崩塌、滑坡等各种斜坡类地质灾害的低段。因此人们就要加强边坡稳定性研究，主要是对边坡稳定性进行分析与评价，在此基础上具有危险的边坡进行人工处理，防止因滑坡而对人们造成损失与灾害。因此，研究边坡工程稳定性及处治措施具有实用价值。

1 边坡稳定性分析法及影响稳定因素

边坡稳定性直接关系人们生命及财产安全，因此就必须要分析影响稳定性因素，只有追根溯源有针对性处治才能达到稳定效果。

1.1 边坡工程稳定性分析法

分析边坡工程稳定性方法比较多，但是比较常用有三种分析法。即工程地质、边坡极限平衡法及边坡可靠性几种，本文对这几种方法进行阐述。

（1）工程地质分析法；这种方法是早期探究边坡稳定性的主要方法，也是早期比较常见的方法，在大量工程技术人员通过大量生产实践活动与调查资料基础累积的经验方法。主要是针对某种边坡，先拟定出边坡处于稳定状态的坡脚值，并将这个值与影响边坡稳定性相关因素进行对比分析，通过类比地质条件，确定出稳定边坡值。比如砾石路的堑边坡，可通过工程地质分析法得出边坡的坡度，参考当地人工边坡或自然山坡。及与边坡相关的地质构造及水文地质条件等各种情况，合理选择稳定边坡值，当然还可采用岩石力学方法实施分析验算。

（2）边坡极限平衡法；极限平衡阀就是依据边坡自身滑体或者滑体分块力学平衡原理，即为静力平衡原理，通过这种原理分析边坡遭受各种破坏模式的受力状态，利用边坡滑体的抗滑力与下滑力间的关系，以此来评价边坡工程的稳定性。极限平衡阀是计算分析边坡稳定的主要方法，是目前边坡工程实践中应用最多的方法。

（3）边坡可靠性分析法；边坡工程均是以岩土体作为工程材料，将岩土体天然结构作为工程结构，或者将堆置物当成工程材料，以人工控制结构当成工程结构，是一种比较特殊的构筑物。这种构筑物因处于区域不同，自然其组成及结构上存在不均匀性，特别是天然边坡非常突出，因构成边坡地质体系长期受到多循环地质作用，并且错综复杂，作用强度不易，导致其工程地质性质存在较大差异。如今分析边坡可靠度的常用方法是蒙特卡洛模拟法、统计矩法、可靠指标法及随机有限元法。

1.2 影响边坡稳定性的因素

当边坡发生变形，必然会影响边坡工程的稳定性。边坡变形破坏是在外部因素和内部因素共同作用下所形成。其中内部因素主要包含边坡的岩土体性质、地貌特征、岩土体结构及地质构造等，而外部因素包含地震、水的因素、人工开挖和加载等。其中内部有因素是产生外部变形的决定条件，外部因素是引发变形破坏触发因素。

（1）内部因素；在一定构造条件和岩性下，地貌与山坡地形对造成边坡变形具有决定性作用。不同地貌对边坡类型及造成变形破坏的原因具有明显差异。从山坡的坡度来看，当岩性相同时山坡越陡，自然山坡稳定性越差；当岩性不同，必定可能发生相反的情况。

底层岩性及组合是形成边坡的物质基础，岩性对土体的抗风化、强度能力及边坡的坡脚、颇高等均具有重要控制作用，而且这些均与边坡稳定性具有直接关系。不同岩性形成的边坡，自然破坏形式存在一定差异。软土地段大多是以滑坡形式为主，但是花岗岩、砂岩地区大多出现崩塌碎落，千枚岩、片岩区域常常产生表层挠曲和顷倒等蠕动变形。

地质构造主要是影响岩层的发育程度、产状及结构面的性质等各方面，以此来决定岩体结构即边坡的坡体。不同类型坡体结构是不同产状岩层共同组成，而且其他稳定性必定存在巨大差异。地质构造和坡体变形二者关系比较密切，在该区域的构造非常复杂，其褶皱较为强烈。而新构造区域的活动性比较强，边坡稳定性自然差。如果较大岩层破碎、断裂破碎带，而且地下水比较丰富的区域极易发生滑坡。

（2）外部因素；在影响边坡稳定性方面，水的影响力非常显著。地表水或雨水一旦渗入到坡体内，必定会增大岩土体的自身重度，增加边坡的下滑力而且因渗入水，对岩土体具有软化作用，降低岩土体内摩擦角和粘聚力，必然会降低抗剪强度。而且水渗入后，就会提高地下水位，从而增大滑动带孔隙水压力，降低边坡坡体抗滑阻力，对边坡稳定性造成影响，而引发失稳破坏。

影响边坡稳定性上，地震属于一个重要的诱发因素，当发展地震时会造成坡体振动，不但会让软弱结构面降低，或者造成边坡完全丧失强度，就会形成一个新的结构面。这样极易导致边坡稳定性降低，从而诱发出崩塌、开裂及滑坡等多种变形破坏。当发生地震，如果边坡处于极限的稳定状态，必然极易发生失稳现象。

随着我国经济建设快速发展，土木工程建设不断增多，人类活动影响边坡越来越频繁，成为不容忽视的因素。比如在坡脚下修建房屋、采石挖土、修建道路及工程爆破等各种活动，还有一些不适当挖掘坡脚活动，都可能会破坏坡脚，导致坡体的下部丧失支撑，导致滑坡或者让老滑坡复活。还有一些在斜坡上不合理规划，修建楼房与工厂，随意堆砌矿渣和土石等等，在各种因素影响下必定会增大斜坡的载荷，从而增大下滑力，一旦斜坡岩土体失去平衡就可能造成软弱面下滑。

2 边坡工程稳定性处治措施分析

从相关研究来看，边坡工程稳定性非常重要，直接危及到人们生命及财产安全。因此就必须要对稳定性欠佳的边坡采取处治措施，确保边坡稳定。当然处治措施比较多，需要依据实况合理选择处治技术。

2.1 抗滑桩技术

事实上，抗滑桩并没有直接承受到外荷，主要是因桩周土体因自重或者外荷作用下发生变形或者运动遭受影响，所以属于被动桩类型。桩具有抗滑稳定作用，主要源自于两方面：首先，表面的摩阻力，能够把土体滑动面以上土重传到滑动面一下，有效减少滑动力。其次，桩自身刚度提供抗滑力，可以对土体滑动产生阻碍力。国内外对抗滑力计算主要采用方法就是港工地基规范法，尤其是港工码头设计整体稳定性的验算中，这种方法使用尤其广泛。丹麦汉森法，沈珠江所用绕流阻力法，虽然其理论推导上较为严谨，但是因没有考虑到土体对桩产生的协同作用，因此计算结果偏小；基床系数法，这种方法就是把桩视为弹性地基的梁，采用文克尔设定计算装水平抗力。还有一种计算方法叫“m”法，这种方法下土抗力模数K=mx。

抗滑桩大多是采用挖孔就地灌注桩，通过水泥砂浆互相渗透必定会提高桩周厚度，从而提高了地层的强度，加上孔壁创造，桩和地层间的粘结咬合非常紧密。在滑动面以上推动作用下，桩就能将超出桩宽范围的一部分土体抗力调动起来，与桩共同抗滑。采用这种桩-土共同作用，其效能超越其他许多被动承受荷载的建筑物。

抗滑桩的功能原理及应满足的原则：首先，整个滑坡体要具备足够的稳定性；即稳定安全系数必须要满足设计要求，确保滑体无法越过桩顶，不会从桩间挤出去；其次，桩身必须要具有足够的稳定性和强度；桩的配筋和断面要合理，才能满足桩身变形和桩内应力的要求；其三，滑体变形和桩周地基抗力必须要处于容许范围内；其四，抗滑桩的尺寸、间距及深埋等均要求合理适中，便于施工，确保安全，还能够让工作量最省。

抗滑桩的间距和平面位置常常依据滑坡的推力大小、地层性质、滑坡厚度、施工条件、滑动面坡度及锚固深度等各种因素综合考虑。滑体的下部滑动面比较缓，下滑力较小或者为抗滑低段，是设桩的最佳位置。从实践来看，当地质条件比较简单的小型滑坡，可在滑体的前缘设置1排抗滑桩，安置方向和滑体的滑动方向呈垂直或者接近垂直状态。如果属于轴向较长的多级滑动或者推力较大滑坡，最好设置2排或者3排桩体分级进行处治，也可下设挡土墙进行联合防治。抗滑桩间距会受到很多因素影响，是否合理直接影响到抗滑桩的功效。如果桩距过大，就可能让土体从桩间挤出去，如果桩距过小就可能会增加投资且影响工期。因此合理的桩间距，应该是桩间土体恰好形成土拱状态，确保滑坡土体稳定性，一般在使用中将抗滑桩间距设计成桩径的2-4倍。

目前边坡工程中比较广泛的是钢筋混凝土桩材，这种桩断面刚度比较大，抗弯能力强，能够实现多种施工模式，但是采用混凝土桩的抗拉能力有限。

2.2 加筋边坡与加筋挡土墙技术

加筋土就是将加筋材料加入到土中形成复合土，这样能够提高土体的强度，增强土体稳定性。因此，这种将加筋材料加入土体中，改变与提高土木系统的力学性能，这种加固方法即加筋技术，形成的加固结构被称为加筋土结构。因加筋与加筋挡土墙具有结构新颖、技术简单、要求较低、施工便利等各种优点，目前，这种技术作为处理公路边坡、护岸工程、市政建设及防护提等各种项目的常用技术。本文对加筋挡土墙施工技术作为研究重点。

（1）开挖基坑且填充透水性能好的材料；首先，开发基坑时，必须要严格遵守设计的具体要求，如果发现软弱土层，必须要实施换填作业。完成填料后就要进行压实试验，保障压实度与施工质量要求相符，接着换填上透水性能良好的材料。为确保土工格的整体质量，回填工作应该分成两层实行，第一是25cm厚透水性材料，安排人工回填到剩余5cm透水材料；必须要确保施工现场的路面平整，然后才能开始下一道工序。其次，埋设沉降板与位移桩；这项工作必须在填筑加筋土路基前完成。要挑选三个位置埋设沉降板与位移桩，每一个断面位置都埋设两个位移边桩与三个沉降板，其中位移边桩与边沟外侧要保持一定距离，以保持1m为佳，沉降板应该埋设到路中与路间，必须要严格按照设计要求观察土层的沉降与位移，并对观测数据详细记录起来。

（2）铺设格栅下料及下层格栅施工；按照设计图纸对土工格栅进行裁剪，沿着施工放线的位置铺设底层格栅，要预留大约1.5m格栅为反包长度。在道路纵向上，土工相邻格栅的对接宽度必须要超过10cm。而且铺设土工格栅必须要严格按照设计要求的长度、位置及方向进行。裁剪时，格栅横向要保留一排不低于60mm长的格栅，延伸到纵向肋条。加筋格栅和反包格栅要采用连接棒有效连接在一起，而且确保连接棒穿过格栅中每一根肋条。对格栅施行张拉操作时，还必须要做好下一层回填料的回填和摊铺工作，防止将张拉设备移除后，格栅发生回缩现象。然后逐渐释放张拉力且移除张拉梁，多次重复前面的各种步骤到完成填土施工操作，确保最顶层的土工格栅要具备充足的长度，而且还要能埋到填土面以下，充分确保填土约束力，这样才能形成永久性锚固格栅，才能实现边坡工程的稳定性。

2.3 锚固技术

锚固技术就是将受拉杆件深埋到地层中，提高岩土自身的自稳能力和强度的工程技术。因这种技术极大坚强了结构件自身重量，不但节约工程材料还确保工程的稳定性和安全性，具有显著的经济效益与社会效益，因此目前被边坡工程中广泛的应用。锚固技术施工从如下几个步骤进行。

（1）设计方法；不同工程类型，锚固技术设计方法同样存在较大差异。比如边坡工程锚固设计主要分成三种方法，即为新奥法、分析法及经验法。岩土边坡锚固设计方法包含三个步骤：其一，确定滑移体的大小和位置，识别与计算滑动力。其二，计算加固的锚固力。其三，优化设计锚固参数和施工工艺。因此要依据不同工程类型，合理设计锚固方法。

（2）选择锚固材料；为了满足不同条件下，锚固材料的适应性且提高其经济性，逐渐出现许多锚固材料。在边坡工程实践中常用锚杆，主要包含机械型预应力和注浆型锚杆、荷载分散型锚杆、压力型和拉力型应力锚杆等等；不同边坡区域选用合适的锚杆。比如，块硬水泥卷锚杆常常应用到矿山以及交通隧道中。

（3）施工工艺；锚固工程施工主要包含锚孔钻造、制作锚盘、灌浆锚孔、制作钢筋、浇灌混凝土、锚筋张拉锁定与封锚等各种关键流程。

在边坡工程加固措施中，锚固技术极大减轻了结构物自身重量，有效节约工程材料，确保工程的稳定和安全，因此这种技术具有显著的经济效益与社会效益，因此是目前边坡工程中应用比较广泛的技术。在日常使用中，在加固中锚杆常常与其他结构联合共同使用。

2.4 排水工程设计

要确保边坡工程的稳定性，排水工程至关重要。许多边坡松动都是因水渗透，导致坡脚松软所致。因此合理设计排水工程，是保障边坡工程稳定性的基本要求。

当路基施工时，临时泄水槽的断面尺寸必须要满足排水要求，而且槽身还要嵌入到路堤边坡。防止因滋流与渗流掏空泄水槽的侧面与底部，而造成水毁。临时泄水槽特别是入水口极易因施工而破坏或堵塞；当堵住入水口时，汇积到路堤顶面的雨水沿边缘石的缺口流下边坡，引发较为严重的水毁。施工过程，如果遇到较大的降水时，就要及时检查与维修泄水槽，确保泄水槽及入口是否通畅。对于高陡边坡或者岩土稳定性不好边坡工程，排水工程就应该分级截流与纵横相结合的排水办法。同时对边坡工程，还必须要做好地表水排水工程设计：

（1）夯实裂缝、填平坑洼；边坡的坡面出现了裂缝和坑洼，这就是即将发生滑坡的先兆，是造成严重滑坡的主因。地表水、大气降雨必定汇集到坡面坑洼或者沿着裂缝渗透到土层，从而降低土体的抗剪强度，导致坡体滑动。所以如果发生坑洼与裂缝现象，就要仔细查找认真夯填。

（2）科学确定截水沟平面位置；必须要合理截水沟平面，尽量顺直，与径流方向垂直。如果遇到凹地或者小沟时，就要把凹地填平或者外侧挡土墙连接，内侧和水沟相连，避免水沟中的水渗入到截水沟的沟底，破坏水沟。还要结合边坡的区域地形、地貌特征，合理利用自然沟谷，在边坡内侧修建截水沟、集水沟、急流槽等等，建设出网状、树权状排水系统，便于快速将坡面雨水引走。

随着边坡工程建设规模不断增大，复杂性增大，边坡高度增高，对处治边坡技术要求越来越高。而且边坡失稳问题是工程建设中重要课题之一，稳定状况关系到人们生命财产安全，而且许多边坡区域地形构造复杂，滑坡低段比较多，因此就需要分析影响边坡稳定性的因素，日渐提升处治技术要求，确保未来边坡处治技术更好发展与完善。

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