高边坡设计与加固问题研究

张 杰

（广东盛翔交通工程检测有限公司，广东 广州 511400）

高边坡是多种地质灾害与工程事故的主要原因，因此一直可以得到地质工程、公路建设等领域的高度重视。在近些年来的研究中，我们国家已经掌握了较多高边坡的防治方法，积累了较多的成功经验，在高边坡加固治理中取得了很大的成效。但总的来说，高边坡设计与加固工作会涉及较多的专业知识且会受到多种因素的影响，这加大了高边坡设计与加固的难度。为此，深入分析研究高边坡设计与加固的相关要点知识十分必要，需要给予高度的重视。

1 高边坡稳定性的影响因素

高边坡稳定性极易受到很多因素的影响，主要有土质边坡、岩质边坡稳定性、地质构造、自然环境这四个方面的因素。图1为典型的高边坡。

图1 典型高边坡

从土质边坡这一方面来说，如果土坡的原有状态发生了变化，势必导致原有土层结构的平衡被打破，地质灾害和地震爆破也会导致高边坡稳定性受到影响。另外，在静水力或者含水量这些因素的影响下，土坡结构的抗剪强度会发生变化，且此时土坡会受到测压应力的影响，土体结构同样会发生变动。除此之外，当地下基坑或者水坝对边坡中的渗流力形成影响作业时，高边坡易出现失稳的问题。

从岩质边坡稳定性这一角度来说，其中的影响因素主要有两类，一是原有地形构造对坡体形成影响，尤其是山区的地形构造更容易对坡体形成影响。二是当夹层顺向坡因为稳定性不足时会出现滑移，这容易导致坡体出现崩落和熔隙，此时整个坡体结构会出现扭曲和压裂等现象。除此之外，在受到砂泥岩和膨润土等因素的影响时，例如在受到膨润土的影响时，坡体会很容易便出现失稳变形等现象。

从地质构造这一角度来说，可以分为顺向坡、反向坡和切向坡这三种情况。当坡体的层面结构更加倾向于河流或者湖泊时，则很容易出现顺层失稳和变形。如果地层的层面和山体相接近，并倾向于山体方向，则同样会出现坡体失稳和变形的问题。在切向坡这一种情况中，坡体的变形和失稳会直接受到坡体同层产状之间的构造关系，滑动面会很容易出现在层面、节理面、不整合接触面的软弱面上。

从自然环境这一角度来说，对高边坡稳定性影响最大的自然环境因素包括地下水、气候因素、地震和其他因素。当有过多的雨水渗入裂隙中时，坡体和岩土的单位体积重量不仅会增加，而且剪应力也会随之增大，岩土和坡体空隙的水压力会不断增加。在气候因素方面，主要受到降雨量这一因素的影响，当有较大降雨量时坡体质量会增加，极易出现坡体失稳和冻融这两种问题。地震因素也会对高边坡稳定性造成较大的影响，当发生地震灾害时坡体结构会变得更为松动，此时出现弱面错位的风险更大，高边坡稳定性随之降低。

在实际开展高边坡设计工作时，要对高边坡稳定性有一个翔实的评价，结合实际情况来开展针对性的设计。从当前高边坡稳定性的研究来看，可以将高边坡稳定等级划分为四种，一是基本稳定边坡，二是稳定边坡，三是欠稳定边坡，四是不稳定边坡。表1是高边坡的稳定等级的详细说明。

表1 高边坡的稳定等级

2 高边坡设计问题与要点

在高边坡设计过程中，要重点考虑的内容包括三点，一是高边坡稳定系数与安全系数，二是理论破裂角，三是力学参数选择。

分析高边坡的稳定系数与安全系数，要对有关的参数和规范有深刻的理解。例如稳定系数可以反映出高边坡稳定状态，在确定稳定系数时要始终以我们国家岩土勘察的相关规范作为依据，如果重点工程则稳定系数要确定为1.30～1.50，一般工程的取值是1.05～1.15，而普通工程的取值为1.15～1.30。在确定安全系数时，如果甲级工程则安全系数要设定为1.25，乙级工程设定为1.15，丙级设定为1.05。边坡安全系数分为轻微危险、低危险和高危险，来分别取安全系数为＞1.0、＞1.1、＞1.2。在理论破裂角的确定过程中，可以分为两种来考虑，一种是岩质边坡，另一种是土质边坡。在土质边坡的理论破裂角计算中，待确定出岩土界面坡角平均值后，再去预估坍滑区[1]。在计算岩质边坡理论破裂角时，不需要计算外倾的结构面，一类岩体通常设置为75°。在选择力学参数时，需要通过原位试验来确定出抗剪强度指标，在确定岩体内的摩擦角时，要通过标准内摩擦角与裂隙发育相乘后的折减系数来确定。

在高边坡的施工设计中，要遵循一些特定的原则与要点，主要包括四点。一是在整个高边坡项目设计之初，设计人员要做好现场情况的调查分析，确定出高边坡施工的相关注意要点，制定施工方案，既要确保施工方案可以保证高边坡防治质量，也要控制施工现场变形问题的发生。二是结合项目区特点来确定施工线与施工点，避免出现施工点偏移问题。三是考虑到高边坡施工所处的环境较为恶劣和复杂，在施工过程中会受到较多因素的影响，为避免风险因素的出现，要对施工方案作不断的完善，确保高边坡施工的有效开展[2]。图2为高边坡现场施工。

图2 高边坡现场施工

3 高边坡的加固设计原则与方法

3.1 高边坡的加固设计原则

在确定高边坡的加固设计方案时，要重点做好坡面变形的加固设计，分成不同的类型去考虑。在没有经过风化的岩体中，如果岩面喷浆可以得到防护，则高边坡的坡率要控制在0.25～0.5；如果岩体存在微风化问题，则可以考虑开展挂网喷浆的防护，将高边坡的坡率控制在0.25～0.5；若岩体的风化程度较高，则可以考虑使用护面墙这一种防护方式，将高边坡的坡率控制在0.5～0.75，并且可以使用草皮或者岩面的植物来进行防护；如果岩体的风化程度较为严重，则可以使用加厚的拱型骨架来加以防护，将高边坡的坡率控制在0.75～1.0，还可以考虑使用草皮和三维网的植物来防护[3]。

除此之外，在高边坡的加固设计中，还需要严格遵循一点原则，即“固脚强腰”。在固脚处理中，要有效控制高边坡整体稳定性，而潜在滑面基本位于坡体的下部，通过将加固部位设置在此处可以起到最大限度的支挡作用，同时可以明确潜在滑面位置，对提升整个高边坡稳定性有十分大的裨益。在强腰处理中，为最大限度地防止高边坡的部位出现失稳问题，需要在高边边坡的中部进行支挡加固。需要特别注意一点，在采取支挡加固措施时要充分了解高边坡上部的边坡稳定性，考虑整个高边坡的局部稳定性。分层加固也是高边坡加固处理中应该重点做好的一项工作，设计人员需要结合实际情况将高边坡的潜在滑体分为三个层次，即浅层、中层和深层。在实际加固处理时，要考虑不同层之间的加固因素，确保各层之间可以相互协调，有效确保各级边坡在加固处理后可以达到预期设计要求。在长期的实践过程中发现，在高边坡加固处理中通过严格执行“固脚强腰”和分层加固这样的原则，高边坡稳定性可以大大提升，应用优势十分显著，可以大范围推广应用。

3.2 高边坡的加固设计方法

对高边坡的加固工作来说，在确定设计方法时要考虑高边坡稳定性和等级标准，并对多种设计方法加以评选，最终确定出加固设计方法。对高速公路的高边坡加固来说，需要进行动态的设计加固，稳定边坡系数要始终控制在1.2以上，不需要进行加固支挡，此时高边坡的坡体可以保持稳定。而对不稳定的高边坡来说，其稳定边坡系数不足1.0时则需要进行支挡的加固施工，也可以考虑使用放缓边坡坡率的方式。除此之外，为了更好地提升高边坡的稳定性，可以将支挡加固方式与边坡放缓方式结合起来，确保稳定边坡系数可以在1.2以上。如果在高边坡的加固设计过程中发现稳定性不足，稳定边坡系数在1.0～1.2，虽然不使用支挡方式和加固方式均可以保证高边坡的稳定性，但需要注意一些风险因素的影响。因此，在处理这一种情况时，尽量去进行支挡和加固，始终将稳定边坡系数控制在1.2以上。

4 高边坡加固的措施

4.1 使用抗滑桩

抗滑桩也称为锚固桩，是一种可以有效承受荷载柱形的支撑件。在实际应用时，抗滑桩可以将坡体力传递到岩体和桩下土体，边坡的稳定性可以随之提升。在近些年的发展中，抗滑桩多使用钢筋混凝土桩和钢桩，均有较好的应用效果。在施工时可以采取打入式、人工成孔和机械成孔这三种方式[4]。

4.2 格构加固

在格构施工中，所采用的材料主要是空心砖、毛石、卵石，在人工的坡面要做好开挖工作，在后续的浆砌或干砌中可以使用采取菱形与正方形，中间部位可以种植灌木或草。总的来说，格构加固在实际应用中有较好的优势，在混凝土和浆砌块石的支持下，可以很好地达到边坡保护的目的。值得特别一提的是，格构加固技术本质上是将两种方式综合应用，包括格构梁和锚索，因此这一种技术既能考虑到深层加固的需求，也可以实现边坡治理的目标。

4.3 喷锚网的支护应用

目前来看，所使用的喷锚网支护技术通过综合应用多种构件，可以实现很好的支护效果，尤其是在应用混凝土、锚杆和钢筋网后，支护效果可以大大提升。就喷锚网的应用原理来说，在岩体内按照实际情况来分布锚杆，并确保锚杆可以与岩土体形成一个复合体，以此增强岩土体的强度。通过这样的设计，岩土体自身结构的一些功能可以得到实现，高边坡的稳定性可以大大提升。除此之外，通过在高边坡的坡面设置混凝土与钢筋，可以大大降低坡面的变形风险，并且岩土的黏结性可以得到很好地提升，有助于坡面形成一个整体。在此基础上应用钢筋网，可以确保锚杆、混凝土、钢筋网这三者的应用优势均发挥出来，这对提高岩土体的强度有重要的意义。

4.4 边坡绿化与边坡防护

边坡绿化与边坡防护均在高边坡加固中有着较好的应用效果，但两者在实际应用时有一定的差异性，需要结合实际情况去合理选择。就边坡绿化这一方式来说，属于一种生态护坡加固方式，与挂网、钢筋锚杆支护、格构结合使用时，能最大限度地实现坡面的生态植被恢复与防护。另外，边坡绿化这一方式能够改善护坡的景观环境，这对于生态文明建设的推进有十分大的裨益。需要特别注意一点，必须要结合实际情况去采取工程措施，确保植物基质能够很好地附于坡面，发挥好植物措施与工程措施的最大优势。目前来看，边坡绿化这一方式广泛应用在高速公路、公园、矿山、河道等的边坡加固中，应用效果显著。

边坡防护主要有两种方式，即坡面防护和支挡结构防护，其中坡面防护较为常用。在坡面防护中，主要有锚喷网护坡、喷混凝土、浆砌片石护墙、锚喷护坡，有着足够的稳定性。而对于支挡结构防护来说，可使用的类型也是较多的，当前广泛使用的主要有三种，一是抗滑桩，二是锚杆挡墙，三是挡土墙。这些支挡结构不仅可以起到防护的效果，而且具有加固坡体的功能。边坡护面墙可以有效起到防止继续风化的效果，多用于在千枚岩、云母岩、绿泥片岩的岩石地段，在当前的边坡防护应用中，主要是应用在防护长度较大的河段，可以去修筑丁坝、顺坝和格坝。

4.5 注浆加固技术

注浆加固技术在高边坡加固中有较为广泛的应用且这一种所取得的加固效果十分稳定。在注浆加固技术的应用中，需要根据气压、电学、液压等方面的知识，将岩土体固结浆液灌注到岩土体的孔隙中，如果发生裂缝，则会破碎，以此形成一种新结构体，这一种新结构体有较高的强度和抗渗性能，岩土体力学性能可由此而改变。表2是注浆加固技术应用时的方案设计。

表2 注浆加固技术应用时的方案设计

4.6 高边坡加固案例

某项目的自然斜坡坡度达到22°～33°，坡体顶部的地形是较为平缓的，坡体主要由厚约8m左右的第四系坡残积层粉质黏土和下伏板岩构成。在实地调查中发现，岩体结构已经被完全破坏的全风化板岩厚约20m，极为破碎的强风化板岩厚可以达到25m。可以说，这一边坡高度大，属于一种特高边坡，需要将坡体的安全系数取为规范的上限值，同时严格遵循“固脚强腰”和分层加固的原则。除此之外，坡体的岩性较为松软，坡体的稳定性极易受到影响，所以要考虑在高边坡的适当部位设置宽大平台，这样可以解决掉坡体应力集中的问题。需要注意一点，当坡体所处位置有较大的降雨量时，不仅需要去设置平台截水沟，而且需要设置长度较大的仰斜排水孔，确保可以有效疏排地下水。在应对岩土体性质时，可以遵循“固脚强腰锁头”这一原则，设置钢锚管和锚索进工程，但必须保证抗剪能力足够。如图3，高边坡预应力锚索加固处理。

图3 预应力锚索加固处理

5 结语

在高边坡的设计与加固中需要综合考虑多方面因素，结合实际情况去设计高边坡加固方案与施工技术。目前所使用的抗滑桩、喷锚网、注浆加固技术在应用中虽然可以取得了较好的效果，但也存在不足之处，无法确保高边坡加固质量。针对此，在后续的研究中仍然要重视高边坡的设计与加固，掌握更多高边坡加固的专业技术，增强高边坡加固质量。