边坡失稳的原因分析（精选6篇）
土方开挖的关键是如何保持边坡的稳定，避免发生滑坡或塌方。边坡的失稳一般是指土方边坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下或向外移动而丧失其稳定性。边坡的稳定，主要由土体的抗滑能力来保持。当土体下滑力超过抗滑力，边坡就会失去稳定而发生滑动。边坡塌方滑动面的位置和形状决定于土质和土层结构，如含有粘土夹层的土体因浸水而下滑时，滑动面往往沿夹层而发展；而一般均质粘性土的滑动面为圆柱形。可见土体的破坏是由剪切而破坏的，土体的下滑力在土体中产生剪应力，土体的抗滑能力实质上就是土体的抗剪能力。而土体抗剪能力的大小主要决定于土的内摩擦系数与内聚力的大小。土壤颗粒间不但存在抵抗滑动的摩擦力，也存在内聚力(除了干净和干燥的砂之外)。内聚力一般由两种因素形成：一是土中水的水膜和土粒之间的分子引力；一是化合物的胶结作用(特别是黄土)。不同的土，其各自的物理性质对土体抗剪能力有影响，如含水量增加了，胶结物溶解，内聚力就会变小。因此在考虑边坡稳定时，除了从实验室得到的内摩擦系数和内聚力的数据外，还应考虑施工期间气候(如雨水)的影响和振动的影响。
边坡失稳往往是在外界不利因素影响下触发和加剧的。这些外界因素往往导致土体剪应力的增加或抗剪强度的降低，使土体中剪应力大于土的抗剪强度而造成滑动失稳。造成边坡土体中剪应力增加的主要原因有：坡顶堆物，行车；基坑边坡太陡；开挖深度过大；土体遇水使土的自重增加；地下水的渗流产生一定的动水压力；土体竖向裂缝中的积水产生侧向静水压力等。引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差；土体被水浸润甚至泡软；受气候影响和风化作用使土质变松软、开裂；饱和的细砂和粉砂因受振动而液化等。
本文主要是通过对边坡的资料收集、数据整理和研究分析，结合工程实例来达到对边坡定性和定量分析的目的。其中，到内蒙乌拉盖管理区乌拉盖水库两岸矿山实践调查，获得了一手资料，并且对这些资料进行了整理分析，应用数值计算、极射赤平投影方法、ROCKFALL和CAD制图工具，为实现对边坡失稳变形研究提供了一些基础材料。
1 定量分析
边坡面产状为122°∠58°，软弱结构面产状122°∠40°，边坡的稳定性受倾向与坡向一致的一组软弱结构面控制，其稳定性计算可沿滑动方向取一剖面，由滑动岩体自重所产生的下滑力T和抗滑力F分别为:
因为:
所以:
其中，α为滑动面倾角;φ为内摩擦角;c为粘聚力;L为滑动面长度;ρ为岩土体密度;W为滑动体自重;h为由坡顶至滑动面的高度，也称为变形体高度;K为安全稳定系数。
如图1所示，坡角为β，AC在水平面上的投影长度为M，在竖直方向上的投影长度为H,H=h+N，又:
得到:h=11.87 m。
经实际调查及查阅相关技术参数，得到α=40°，φ=36°，c=0.02 MPa，ρ=2.65 g/cm3,g=10，代入到上述公式得到:
K=1.12。
一般规定，K=1.1～1.5，要求边坡工程中稳定系数K大于此范围才是稳定，因此实际情况中边坡存在不稳定性。
2 定性分析
本文分别通过极射赤平投影和ROCKFALL软件，结合相关实际数据，给出对边坡的一种定性解释，并且充分验证了数值计算的正确性与合理性。
2.1 赤平投影分析
极射赤平投影法主要是用来表示线和面的方向、相互间的角距关系及其运动轨迹，把物体三维空间的几何要素(线、面)反映在投影平面上进行研究处理。
极射赤平投影可以通过反映边坡与其中的软弱结构面的关系，进而达到验证边坡稳定性的目的，经前期调查，本文只涉及到了一组与边坡倾向相同的软弱结构面，经过获得前期成果作者的许可，引用《MATLAB在极射赤平投影中的应用与研究》，通过数学软件MATLAB编程验证:赤平投影图形见图2。
软弱结构面产状为:122°∠40°;边坡面产状为:122°∠58°;边坡稳定性定性分析结果为:不稳定(见图3)。
2.2 ROCKFALL软件分析
ROCKFALL软件是专门针对危岩体计算分析的一种软件，可以模拟危岩体失稳后落石的运动路径，分析运动状态的特征等。
经过数据资料分析，边坡自上而下依次为灰岩、角砾岩、细砾石和碎土，输入相应的切向恢复系数与法向恢复系数，绘制出边坡危岩体的总能量分布图与弹跳高度图，得到危岩体(在此特指边坡危岩体)在各个运动阶段的运动特征，进而指导制定工程防治措施，从另一方面充分验证了数值计算的正确性与合理性。
弹跳高度图和总能量分布图分别见图4，图5，从图4，图5中可以得出在接近边坡底部弹跳高度急速降低，此时能量也是较平缓的趋势。结合实际的地形，采用被动防护措施，选择在半坡脚处设置被动拦石网，降低滚落危岩的运动能量，减少崩塌区危岩体对周围环境的影响。
3 结语
本文以乌拉盖水库两岸矿山为例，应用数值模拟、赤平投影方法与ROCKFALL软件，对边坡稳定性进行了定性与定量分析评价，并且绘制出弹跳高度图和总能量分布图，通过分析危岩体运动过程中的弹跳高度和能量分布特点，针对性的制定边坡防治方案，为边坡失稳变形后的工程防护体系的结构设计提供了新思路，同时也为生产矿山地质环境的边坡治理与恢复提供了依据。
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随着天津地区的经济的发展，天津地区的高层建筑和超高层建筑越来越多，为了满足“地基基础设计规范（50007-2002）中高层建筑筏型和箱型基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求，在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱型和筏型基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18～1/20”的规定。一般高层和超高层下均要设计深基坑，但天津属于软土地区，市区内故河道和沟坑分布非常广泛，故河道内沉积的主要为淤泥质土和松散—稍密的粉土，该粉土层在地震作用下会发生液化，沟坑内填垫的主要为淤泥质土，在天津的滨海新区广泛分布着厚度达15.00～20.00m的淤泥及淤泥质土，这就为天津地区基坑的设计和施工带来了不小的困难，稍有不甚，就会出现工程事故，下面就天津地区的一个基坑失稳的工程实例进行分析和思考。
1 工程概况
本工程位于天津地区，地上为N栋45层超高层住宅楼，地下分布有二层大底盘全埋式人防地下室，采用框架剪力墙结构，桩基础，地下室埋深分别为10.25m和8.75m左右，本次拟建基坑东侧靠近6层（高约20m）砖混结构住宅，该6层住宅采用的基础形式为条形基础，距本次基坑开挖边线约8.0m，其他部位主要为1～2层建筑物及其围墙，最近处距地下室外墙约8.0m，场地周围相对比较狭小，周围环境比较复杂，在基坑边线与原有的建筑物之间还埋有地下管线和电缆。
2 场地工程地质概况
本场地埋深14.00m以上地层条件如下：
1）人工填土层（Qml）：全场地均有分布，厚度一般为2.70～5.50m，局部厚度较大为7.20m，该层可分为2个亚层。
杂填土：厚度一般为0.90～4.50 m，呈杂色，松散状态，主要由砖渣、废土、灰渣组成。土质松散杂乱，结构性差，不均匀。
素填土：厚度一般为0.80～5.20m之间，呈褐色—灰—黑灰色，流塑—软塑状态，表层松散状态，主要由淤泥质土、粘土、粉质粘土组成，夹石子、砖渣，腐植物、有机质等。土质软，强度低，且土质结构性差，不均匀。
场地内人工填土层在进行勘察工作时填垫，现场施工时，勘察设备无法正常就位，为了能正常施工，勘察单位采取了铺垫木板等方法才完成了勘察工作。
2）全新统坑、沟底新近淤积层（Q43Nsi）：局部分布，厚度为一般为0.50～1.50m，主要由淤泥组成。呈黑灰色，流塑状态，无层理，含大量有机质、腐植物，属高压缩性土。本层土土质极软，强度极低，分布零星。
3）全新统上组陆相冲积层（Q43al）：底板一般位于埋深约6.50～7.50m之间，厚度为1.00～3.80m，主要由粉土组成。呈黄灰—褐灰色，中密状态，无层理，含铁质、属中压缩性土，fak=120kPa。
4）全新统中组海相沉积层（Q42m）；底板一般位于埋深约14.00m左右，厚度一般为6.40～8.20m，该层从上而下可分为3个亚层。
上部粉质粘土：厚度一般为1.20～3.30m，呈灰～褐灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土，fak=100kPa。
中部淤泥质土：主要由淤泥质粘土、淤泥质质粉质粘土组成，厚度一般为2.00～3.50m，局部厚度较大为5.70～7.50m，呈灰～褐灰色，有层理，含贝壳，属高压缩性土。该层土土质软，强度低，fak=80kPa。
下部粉质粘土：厚度一般为1.50～3.00m，呈灰～褐灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土，fak=110kPa。
以下地层强度较高，土质较好，在此不再赘述。
本工程岩土工程参数如表1所示。
3 基坑设计、施工面临的主要问题
1）地层条件复杂：本工程14.0m以上土质较软，强度较低，人工填土新近填垫，局部分布有坑底淤泥，整个场地分布有海相淤泥质土，土质软，强度低。
2）地下水埋藏条件：本场地地下水位埋深较浅，初见水位埋深2.50m左右，静止水位埋深0.30～1.80m。
3）基坑深度大且有变化：本次基坑深为10.25m和8.75m，基坑深度的变化较为复杂。
4）周围环境比较复杂：基坑东侧的6层砖混结构的住宅楼采用的天然地基，距离本次基坑边线距离仅8.00m，基坑降水对该6层住宅楼的影响，这是设计和施工必须面临的最主要问题。
4 基坑设计
1）基坑支护设计
该基坑平面上呈长方形，支护桩内力及位移的计算采用平面单元计算的方法，该方法采用朗肯土压力理论，抗剪强度指标为固结快剪指标，采用水土分算，用弹性抗力法求得计算结果。对于支护桩嵌固深度，本设计主要通过基坑的抗倾覆安全性和整体稳定安全性来确定。
(1) 坑深10.25m，采用带支撑Φ800@1000钻孔灌注桩支护结构，桩长为16.5m，嵌固深度为8.5m，地面下埋深2.85m处设置1300mm×600mm冠梁。
(2) 坑深8.75m，采用带支撑Φ700@900钻孔灌注桩支护结构，桩长为14.5m桩嵌固深度为8.00m，地面下埋深2.85m处设置1300mm×600mm冠梁。
2）止水帷幕设计
采用双排深层搅拌桩，桩顶位于现地表下1.5m, 10.25m深基坑处外排有效桩长14.0m，内排有效桩长12.0m, 8.75m深基坑处外排有效桩长12.0m，内排有效桩长8.0m, 桩径均为700mm，组内咬合200mm，组与组之间咬合200mm，搅拌桩采用矿渣水泥，水泥掺入比15%，水灰比0.45～0.55，要求全程复搅复喷。
3）基坑降水设计
本基坑采用大口井坑内降水，井径700mm，浅坑处设置降水井深13.00m，井数25口。深坑处设降水井深15.0m，井数22口，基坑周边设置观测井，井径700mm，井深12.0m，井数11口。
5 基坑事故简介
该工程施工时间正好为多雨的夏季，该基坑支护和帷幕均已经施工完毕，当该基坑基槽开挖到设计标高时，正赶上下大雨，因此停止了施工，但基坑仍然进行不间断的抽水。大约3d之后，再重新恢复施工时，发现靠近东侧的6层住宅一侧，出现了渗水情况，施工单位没有引起足够的重视，到第二天早上，发现在原来渗水的地方出现了大量的泥砂，涌水量急剧增大，其他地方也出现了少量的渗水和漏水，但水量不大，水中夹有泥砂。在6层住宅楼附近的基坑边沿，出现了不连续的地陷，地陷的深度一般为1～2m左右不等，形成直径1.0m左右的大坑，基坑8.0m外的围墙用肉眼已可明显看出倾斜，6层住宅已经出现了大小不等的裂缝，该基坑支护向基坑外变形已经超出了设计的预警值30mm，以防事故的扩大化，建设单位立即召集有关单位进行事故的分析和补救措施。
6 事故发生的原因分析
(1) 施工单位和建设单位私自改变设计。建设单位和施工单位本着节约资金的原则，考虑到周围无重要的建筑物，私下把双排搅拌桩的内排桩全部去掉，改为单排搅拌桩做止水帷幕，再加上施工质量的原因，导致了止水帷幕漏水，这是本次基坑失稳的施工原因。
(2) 本场地原为大坑，勘察时刚进行填垫，填垫物主要为砂性较大的粉质粘土，局部为淤泥质土，土质不均匀。砂性大粉质粘土排水效果较好，渗透能力较强，容易产生流砂和管涌。人工填土下基坑开挖深度范围内又分布一层粉土层，透水效果更好，一旦止水帷幕止水效果不好，更利于管涌的流砂的发生，这是本次基坑失稳的地层原因。
(3) 由于大雨，地下水水位上升，导致原坑内填垫的砂性较大的粉质粘土和淤泥的强度降低，为基坑的漏水提供了充足的条件，这是本次基坑失稳的天气原因。
(4) 刚开始发生的渗漏没能引起施工单位的足够注意，这是本次基坑失稳的发生的人为原因。
7 补救方案
事情出现后，本工程的五方责任主体积极采取措施，提供如下方案：
(1) 对漏水部位采用内堵外封的方法，基坑内侧采用速凝堵漏剂进行漏水口的封堵，外侧采用双液注浆堵住流水通道。
(2) 对地表裂缝及其塌陷坑采用水泥砂浆进行填充，防止地表水再次的倾入。
(3) 对塌陷区填充后路面进行硬化。
(4) 对支护结构进行加固。
(5) 等主体结构到施工二层时，再进行回灌，使8.0m外的围墙和6层住宅沉降进行一定程度的回复。
8 工程回访
本工程主体已封顶，经过处理，基坑事故没有再扩大化，主体结构到二层时，进行了回灌，8.0m外的围墙的变形已经用肉眼看不出来了，6层住宅沉降也有一定的回复。
9 结论和思考
1）天津地区深基坑越来越多，深度越来越深，按照设计要求进行施工是建设单位和施工单位必须的责任。
2）深基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全，还要考虑到对周围环境的不利影响，否则会造成人民生命财产的巨大损失。
3）基坑的设计不仅要考虑到基坑施工的工艺，还要考虑到地质条件、周围环境等综合因素。
4）施工中发现问题应该积极地采取措施，而不是任其发展，基坑在施工过程中应进行细致的监测工作，为基坑施工提供安全保证。
5）天津地区地下水较浅，设计和施工时应充分考虑到地下水对基坑的施工及支护的不利影响，否则，基坑容易发生失稳情况。
摘要：天津地区属于滨海软土地区, 地质条件比较复杂, 在天津地区进行基坑设计和施工存在一定的难度, 稍有不慎, 就会出现基坑失稳的问题。本文通过天津地区一个工程实例, 分析了该基坑工程失稳的地质条件、施工条件以及天气状况等原因, 提出了现场处理的方案, 为今后基坑施工和设计有一定的借鉴作用。
关键词：止水帷幕,基坑失稳,流砂或管涌
参考文献
[1]《建筑基坑工程技术规范》 (YB9258-97) , 中华人民共和国行业标准。
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[4]《天津XX项目基坑支护设计》。
一、城市沿河道路边坡失稳风险评价指标体系
城市沿河道路边坡失稳风险影响因素复杂, 具有一定的不确定性。目前用于土木工程风险分析与评价的方法有层次分析、模糊评判、灰色评价和神经网络等。网络层次-模糊综合评判法既能考虑各因素的模糊性, 还能综合分析各层因素之间的相互影响, 适合于城市沿河道路边坡失稳风险评估。工程实践证明, 建立的边坡失稳风险评价指标体系具有科学性、客观性和可操作性, 能有效辨识出失稳风险的主要影响因素, 为后期的失稳风险评价奠定了坚实基础。
边坡失稳风险控制层因素主要包括工期、经济、质量、安全和环境这几方面。城市沿河道路边坡失稳, 主要受到政策、地质、设计、施工、运营和自然灾害的影响。应考虑之间的相互影响性, 才能有效评价出城市沿河道路边坡的失稳风险。
本文依据各风险因素之间的相互影响关系, 构建出城市沿河道路边坡失稳风险主指标层网络层次结构。
二、城市沿河道路边坡防护体系的选型与设计案例
1. 工程概况
某城市沿河道路边坡深度约13.05m, 上部为第四系砂土层所覆盖, 厚约16~24m左右, 基底为巨厚的泻湖相沉积层。场地地层结构组成自上而下依次为素填土、粉质粘土、中砂、粗砂、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。本场地地下水主要为孔隙潜水和少量上层滞水。上层滞水主要赋存于素填土层下部, 主要由大气降水垂直补给及附近地表水侧向补给, 水量较小, 易于抽排, 无统一地下水位, 勘察期间测得其初见水位埋深为1.0~6.2m, 标高为16.85~17.13m。孔隙潜水主要赋存于中砂及以下的砂层中, 主要由赣江水体侧向补给及少量大气降水通过上部粘土垂直下渗补给, 含水层贮水、透水性强, 水量丰富, 勘察期间稳定水位埋深标高为11.85~14.13m (黄海高程) 。
2. 城市沿河道路边坡防护体系设计
采用土钉墙+排桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合防护体系。
(1) 对上部 (1) 层素填土、 (2) 层粉质粘土采用先放坡开挖, 坡面挂网喷射混凝土防护形式。对于东南角, 当存在施工场地条件时, 可先大面积挖除边坡附近部分较高地段土层, 降低边坡防护的总体高度, 并且相对安全、经济、适用。当天然地面高度有差异致使排桩顶部以上的坡顶高度较小, 且存在放坡空间时, 粉质粘土可按1∶1.25放坡。
(2) 下部采用排桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合防护:对下部砂层 (3) 层以下土层采用机械钻孔嵌岩灌注桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合防护方式。
排桩:采用适应性强、成桩质量好的机械钻孔嵌岩灌注桩, 钻孔桩直径1.20米, 桩间距1.50米, 桩身混凝土强度等级为C30。
冠梁:在排桩顶部采用C25钢筋混凝土压顶冠梁拉结, 提高排桩的整体性。
锚杆:在钻孔桩间中点位置设置2排锚杆。
腰梁:在锚杆位置设置双槽钢腰梁, 腰梁采用二根[20a型槽钢。
旋喷桩止水帷幕:在钻孔桩之间采用二排φ900三重管高压旋喷桩截水, 三重管旋喷桩与钻孔桩一起形成封闭的止水帷幕。高压旋喷桩止水帷幕直至强风化砂砾岩层表面。
桩间土防护:采用C20喷射混凝土护面处理, 厚约40~60mm。
3. 城市沿河道路边坡防护体系设计计算 (以二排锚计算为例)
(1) 设计条件
(1) 放坡信息:
(2) 超载信息:
(3) 土层信息:
(4) 土层参数:
(5) 支锚信息:
(6) 系数调整:
(2) 设计结果
(1) 锚杆参数:
(2) 锚杆内力:
(3) 锚杆计算:
实际采用4根7Φ5钢绞线代替1Φ28。
三、结语
1 边坡基本地质条件
该边坡坡体走向N36°E, 所处部位属低山地貌, 地形较复杂, 地势高差较大, 地面高程在178.2 m～295.8 m之间, 山体自然坡度20°～40°, 坡顶植被较发育。坡体第四系覆盖层较薄, 场地出露地层岩性由上至下主要有:第四系全新统残坡积 (Q
2 边坡变形破坏及机理分析
2.1 边坡变形破坏现象
边坡K2+320～K2+400段在开挖第四级平台过程中出现明显的变形破坏, 边坡表部岩体松动变形、破坏, 已经形成了一较大规模的变形体。根据地表裂缝发育特征及分布范围, 该变形体立体上近似呈勺状, 横向宽约20 m, 纵向长约80 m。根据地质条件, 推测变形体底面为一条由后缘裂缝底部和前缘鼓胀区底部相连的折线, 由此初步判断变形体铅直厚度为7 m～15 m。滑坡部位第二级台阶面岩体出现较大范围的松弛和隆起现象。
2.2 变形破坏机制
根据地形、地质资料及施工情况, 分析变形破坏主要成因为:1) 边坡岩体较破碎, 岩石块度小, 且裂隙大多微张或张开;2) 应力重分布后, 开挖边坡坡缘 (坡面与坡顶面的交线) 附近形成张力带, 易产生拉张裂缝, 而坡脚应力集中, 易产生剪切破坏现象;3) 雨水渗入坡体, 导致夹层岩土软化, 对边坡的变形破坏起到了诱发作用;4) 施工不利因素对边坡的稳定性有较大影响。
3 边坡变形破坏稳定性分析
3.1 边坡应力特征分析
3.1.1 有限元模型建立
根据边坡地质结构, 计算选用理想弹—塑性本构关系, 模型主要采用八节点四边形单元进行有限元剖分, 模型左右边界及底部边界为固定约束边界 (见图2) 。
各岩体的物理力学参数取值在参考勘察资料的同时, 也结合了结构面类型、物质成分、风化状况等工程地质特性的调查研究。综合评价的各类岩体参数值如表1所示。
3.1.2 开挖边坡应力特征比较
边坡开挖前后其不同高程最大主应力、最小主应力、最大剪应力和开挖前后的关系分别如图3～图5所示。图中对比分析了开挖前后边坡的应力特征。
由图3～图5分析可见, 边坡的最大主应力、最小主应力及最大剪应力均在开挖后增大。开挖后, 使边坡临空面变陡, 各级台阶底部最大主应力增长较快;而从图4可见边坡坡脚最小主应力增加较小, 导致各级台阶坡脚出现明显的最大压应力增大情况;同时从图5可见, 随着边坡的开挖, 坡脚部位出现明显的剪应力集中, 故在这种不利的受力状态下边坡局部台阶将可能出现从底部剪出破坏的情况。因此由于开挖引起的应力重分布, 在坡脚及各台阶底部出现明显的最大压应力增大, 坡顶的拉应力有所增加, 致使边坡出现蠕滑弯曲变形直至发生滑坡。
3.2 边坡稳定性特征分析
3.2.1 稳定性分析模型建立
采用Sigma和Slope程序耦合, 直接使用Sigma有限元分析得到的应力场来计算安全系数, 该方法称之为Enhanced limit method, 最早由Kulhawy于1969年提出, Fredlund曾经认为这是未来最有前途的土坡稳定分析方法。即通过有限元计算各单元或节点处应力 (应力线性分布) ;模型通过条块划分, 以条块底端中点为对象, 计算该点的σx, σy, σz;确定条块底端的倾角α;然后采用Mohr圆确定条块底的法向和切向应力, 由计算的法向应力得出可能的剪切强度, 将条块基底的应力转为力;重复计算N个条块。
最后由公式
3.2.2 稳定性分析计算结果
稳定性计算导入有限元应力计算结果, 通过程序自动搜索得到最危险破坏面, 见图6。
由图6分析可见, 最危险破坏面与边坡地质结构分析一致:破坏面受软弱夹层和结构面共同控制, 滑面前缘为开挖后坡体受力最不利位置;后缘有向后延伸, 与实际情况相符;破坏面安全系数为0.874。由此可见, 边坡失稳与施工不利影响有直接关系, 合理的施工顺序对边坡过程稳定有较大的影响。
4 结语
1) 通过综合分析, 该市政公路高边坡的变形以复杂的地质体结构、较陡的临空面和强烈开挖卸荷为基础, 继而出现蠕滑—弯曲变形破坏模式。2) 施工不利影响是触发边坡过程失稳的直接原因。3) 该边坡后期治理, 应重点处理好变形的不利影响, 采取信息化施工及动态设计理念。
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1 边坡失稳分析
1.1 边坡失稳的分析特点
目前我国修筑道路时, 对于地形复杂或工程量大的边坡, 一般需要分阶段分析。首先, 对于地质勘探得到的资料进行整合研究, 由于勘探得到的资料少, 只能定性的对边坡的稳定性做出估计, 根据不同路段的地质构造和地质方位进行分析;其次, 对于定性分析得到有问题的区段, 进行详细勘测, 获得该地详细的地质水文资料, 再根据数据定量分析, 从而对道路两侧边坡的稳定性做出判断。在设计时, 边坡稳定系数的选取尤为重要, 一般是指滑动面的滑动力矩与抵抗力矩的比值。《岩土工程勘察》 (GB50021-2006) 规定:“边坡稳定系数Fs的取值, 对新设计的边坡, 重要工程宜取1.30~1.50, 一般工程宜取1.15~1.30, 次要工程宜取1.05~1.15。采用峰值强度时取大值, 采取残余强度时取小值。验算已有边坡稳定性时, Fs取1.10~1.25。”
1.2 边坡稳定性的影响因素
边坡的稳定, 主要由土体的抗滑能力来保持, 土体的破坏是由剪切而破坏的, 土体的下滑力在土体中产生剪应力, 土体的抗滑能力实质上就是土体的抗剪切能力。当土体下滑力超过抗滑力, 土方边坡就会在一定范围内整体沿某一滑动面向下或向外移动, 失去稳定性而发生破坏。边坡失稳的影响因素有很多, 主要分为内在因素和外在因素两种。
内在因素:包括岩土的性质、结构和地心力的影响等, 不同时期形成的岩土, 其性质有本质的区别, 质地坚硬密实, 风化程度弱的, 稳定性较高。
外在因素:包括风化作用、水的作用、地震和人工加卸载等。岩土暴露在大气中, 易受风化、水流冲刷和侵蚀的影响, 岩土出现裂隙后水雨水易灌入, 土质中细小的颗粒被流水会带走, 土质变得酥松, 使岩土的抗剪承载力减弱, 边坡土层的强度和稳定性受到一定的影响, 使边坡易发生失稳破坏。若边坡设计时角度选择不合理, 边坡开挖过度, 致使削坡加大, 施工时作用在边坡荷载加大, 都易造成边坡失稳破坏。
1.3 边坡失稳破坏的形式
边坡的失稳破坏易发生在岩土层薄弱和风化作用严重的地方, 只要细心观察, 会发现边坡失稳有一定的规律, 主要存在以下的破坏形式。当岩土斜坡的坡度缓于30°时, 受到重力影响会出现整体滑坡现象。当岩土斜坡坡度大于30°时, 由于岩土层本身的不稳定状态, 受到外界扰动, 垂直位移会大于水平位移, 从而发生崩塌。当边坡下方有地下水流动时, 岩土受到水的侵蚀, 会使岩土空隙强度降低, 在自身重力作用下发生剪切破坏, 这是明显的错落现象。除此之外还有流坍、剥落、冲刷等破坏形式。
2 边坡失稳的防护措施
边坡的失稳破坏会影响道路的正常使用, 对人民群众的生命财产安全产生威胁, 进而造成不良的社会影响。过去在施工时只考虑经济方面因素, 忽略边坡稳定性, 使用后发生失稳后才进行边坡的失稳防护, 这样做费力又不经济。边坡从设计阶段开始考虑边坡失稳的防护, 采用适当的方法, 从而避免失稳破坏发生。
2.1 边坡水排除措施
路基边坡破坏很大部分是由水的作用造成的, 边坡内的地下水以及表面的地上水, 都会危害边坡的稳定性, 一定程度上说及时排除边坡水是保证边坡稳定的先决条件, 边坡水的排除主要有以下措施:
边坡地下水的常见排除设施有泄水孔、集水井、边坡渗沟等。1) 泄水孔是一种十分经济的平孔排水措施, 不仅能节省工期, 还能节约资本和劳动力。它的设置应根据水的分布和土层特点而定, 优点是泄水孔的孔径大小不受流量的限制, 为50~100毫米。另外泄水孔的坡度也有要求, 一般规定不能小于10%。2) 集水井排水适合排出岩石面附近的水, 深度要求15~30m, 砌集水井应在滑动面外开挖, 并深入基岩2~3m。3) 边坡渗沟有利于排出深层地下水, 设计时应将边坡渗沟嵌入坡体, 泄水破坡度2%~4%, 根据地下水分布和流量等情况, 一般间距设为6~10m, 渗沟深度根据土层厚度而定, 宽度约为1.2~1.5m。
边坡地下水的常见排除设施有截水沟等, 截水沟也称为天沟, 是在路基坡顶外部活在路堤上方设置的排水沟。当遇到降水或洪水时, 截水沟可以拦截地面上的径流, 阻挡地面水对边坡和路堤的冲刷, 保护边坡不受地面水分侵袭。截水沟一般是地面水较大时才使用, 设计时纵向坡度不能小于0.5%, 以方便水流的流动, 遇到土质地段时, 应采取必要的加固措施, 避免水的渗漏, 在转折处不应成90°拐弯, 要以曲线连接。截水沟断面呈梯形, 底部不能小于0.5m, 深度根据现场情况而定。当截水沟底边横断面不能满足要求时, 可在一侧修筑土埂, 上部的宽度为1~2m, 背水面的坡度为1∶1~1∶1.5。截水沟的出口设置应注意水流的流向, 不能将水排到截水沟沟边, 可充分利用当地地形条件, 将截水沟的水排放到河流中, 避免因其自流对边坡造成冲刷。
2.2 常见工程防护与支挡措施
道路边坡分布范围广, 对自然环境的破坏范围大, 边坡防护时应综合考虑工程地质、水稳地质、边坡高度、环境条件和工期等因素选用不同的防护或支挡措施。常见措施如下:
1) 对稳定边坡, 可选用撒播草籽、铺草皮、植树、客土喷播植草等防护措施;
2) 对欠稳定边坡可选用三维植被网、挂网喷播植草、骨架植草、喷浆或喷射混凝土、护面墙、钢绳网主动防护、钢绳网被动防护等防护措施;
3) 对不稳定边坡应选用挡土墙、土钉墙、预应力锚索梁、抗滑桩等支挡措施。
2.3 挂网喷混植草防护
现代社会对美观效果的要求越来越高, 如果在保证边坡稳定的同时, 能够注意保护环境和创造环境, 采用适当的绿化防护会使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点, 也将会产生可观的经济效益、社会效益和生态效益, 现阶段在东南沿海地区常见的生态防护措施为挂网客土喷播。
挂网客土喷播是一种新型的喷播绿化方式, 它利用特制喷混机械将按比例混合并搅拌均匀的有机基材长效肥、速效肥、保水剂、粘接剂、植物种子和水的混合物, 喷射到铺挂镀锌机编网岩面上, 由于粘接剂的粘结作用, 混合物可在岩石表面形成一个既能让植物生长发育, 种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构 (即一层具有连续空隙的硬化体) , 种子可以在空隙中生根、发芽、生长。为了兼顾短期迅速覆盖坡面及长期恢复植被的效果, 在植物选择上选用草本、灌木、藤本种子进行混播, 并可在坡面上加种灌木、藤本, 通过播种和栽种双重手段, 确保坡面恢复植物的多样性和绿化的长久性, 通过植物改善边坡的生态条件, 能在短期内恢复自然生长, 最终达到植被自然演替, 从而达到快速恢复生态的目的。
植物应考虑当地气候条件和土壤的肥沃, 选择根系发达, 当地容易生长的多年生的植物, 为形成好的覆盖层并满足景观要求, 植物应混合种植, 不同种类、高矮的植物覆盖边坡, 灌、藤、草三者的比例一般选用3∶1∶6。植物种子不得含有杂质, 纯度应保证在90%以上。
有机基材应质地疏松、良好通气含有供植物生长的不同充足养分, 无病菌、无虫卵, 无有害物质, PH植适宜为5.0~6.5, 有机基材中固体、液体、气体三者的比例一般选用2∶1∶1。有机基材与固土剂, 保水剂、植物种子、水等混合均匀形成植生混合料, 采用专业的客土喷播机械进行喷射, 根据边坡岩性喷射厚度6cm~10cm, 当厚度大于6cm时应分二次喷射, 第一层喷射厚度5厘米左右, 待达到一定强度后, 再喷射第二层达设计厚度, 锚杆和锚筋都应被植生混合料包裹住。植生混合料配合比见表1。
镀锌机编网的网面可选择直径φ2.8mm的镀锌铁丝, 织网规格为5cm×5cm。一般情况下可采用U型钉从上而下铺挂网, 当边坡欠稳定时可根据边坡稳定程度采用直径φ16mm~φ32mm的螺纹钢筋形成锚杆, 锚固深度视边坡岩层的破裂程度及破碎层的厚度而定, 一般条件下单根长0.3m~1.2m, 为保证锚杆的稳定性, 在锚孔中注入M30砂浆。
3 结语
边坡是否稳定直接影响到道路行车的安全, 关系到道路是否畅通, 边坡的质量直接影响到道路修建的质量。随着人们对环境保护的重视, 边坡的防护不仅要求稳定而且要求美观, 种植植被以保护边坡则是不错的选择。本文详细论述了边坡失稳的特点, 造成边坡失稳的因素, 之后提出在设计阶段就要重视边坡防护的重要性。可以通过设置合理的排水措施, 减少地下和地面水对边坡可能的冲刷, 合理选择挂网喷混植草以加固边坡, 利用植被根系作用, 来稳固边坡, 还可设置挡土墙和抗滑桩来避免边坡失稳。
参考文献
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