边坡工程

发布时间:2017-02-09

边坡工程
        1. 边坡与滑坡研究发展历程
        我国的边坡与滑坡工程研究大体经历了三个阶段：
        1）边坡失稳频发，被动治理阶段（20世纪50年代）
        建国初期国家建设急需铁路和公路交通大上快上，由于经验不足，技术力量薄弱，同时对山区复杂的地质条件认识不足，没有贯彻地质选线的原则，未能避开地质不良地段，加之缺少相应的加固措施和科学的施工方法等因素，山区铁路建设中形成了大量的高边坡工程，发生了众多的边坡失稳和古滑坡的复活，严重地影响了正常施工和运营安全。如宝鸡至成都铁路发生自然山坡和人工边坡变形达2136处，其中比较严重的滑坡76处，崩塌和坍塌337处，危岩落石34处［1］。许多车站布设在古滑坡体上，路基开挖后古滑坡复活，被迫进行勘察和治理，延误工期，增加投资。该线宝鸡至广元247km，治理各类病害投资达4.7亿元，是原造价的1.6倍。同期修建的川藏公路长2155km，穿行于地质条件极为复杂的深山峡谷中，全线崩塌，滑坡、泥石流等389处，且规模巨大，治理困难，常常造成每年几个月中断交通。
        2) 总结经验教训加强研究阶段（60～70年代）
        50年代末和60年代初结合大量的边坡病害整治工作，认真总结了山区铁路建设中的经验和教训，认识到加强地质工作的重要性，在各勘察设计单位加强了地质技术人员的培训；1959年在西安成立了全国首个专门从事崩坍、泥石流、滑坡和高边坡研究的专门机构——铁道部坍方科学技术研究所（铁科院西北研究所的前身）。60年代中期铁道部颁布《铁路勘测设计工作条例》，强调“地质参与选线、隧道宁长勿短、高30m以上的挖方应与隧道方案作比选、高20m以上的填方应与桥梁方案作比选”的技术政策，有效地减少了高边坡的变形和古滑坡的复活。如成昆铁路选线中绕避了100余处滑坡，宝鸡至兰州第二线选线时55次跨渭河绕避地质不良地段和大型滑坡，保证了铁路安全畅通。
        三线建设的开展，许多工厂迁建在山区，以及大型水电工程和矿山工程的建设都遇到了高边坡和滑坡问题，各部门都投入了研究和治理。1971年铁道部科学研究院西北研究所编写了《滑坡防治》专著，总结铁路滑坡防治经验，系统阐述了滑坡的发生发展规律和有效防治措施（包括钢筋混凝土挖孔抗滑桩等），填补了我国在这一领域的空白。1972年国家建委在开封召开地基和滑坡防治技术讨论会，交流各部门的防治经验。1973年在兰州召开铁路滑坡防治经验交流与科研协作会，铁路内外118个单位270名代表参会，是我国首次规模最大的滑坡讨论会，促进了我国滑坡防治技术的提高。
        这一时期对高边坡的稳定性、滑坡的形成条件、原因、发生和运动机理、稳定性评价方法、滑带土的抗剪强度变化规律、抗滑桩的受力状态和设计计算方法等进行了较系统的研究，对有效防治病害起到很好的作用。
        3) 预防为主，全面提升防治技术阶段（80年代至今）
        改革开放以来，随着我国经济的发展和大规模基础设施建设，特别是本世纪初，西部开发战略的实施，高边坡失稳变形和滑坡防治又变得十分突出，如长江三峡电站高170m的船闸高边坡和库区沿岸300余处滑坡的防治将花费100多亿元。云南元江至磨黑高速公路长147km，地形地质复杂，高度大于30m的边坡337处，其中大于100m者60余处，发生变形和滑坡达150余处，增加治理费用6亿多元，南昆铁路八渡车站滑坡治理费用9000余万元。

边坡失稳是公路建设中的常见难题，高边坡的频频失稳，常常提醒人们如何有效预防边坡失稳和造成灾害，并已成为重要研究课题。据统计全国有各种危害性边坡灾害，对现有至少2220公里路段的安全构成严重威胁，对5000—8000公里路段的安全构成威胁或潜在的威胁。对此结合公路建设的实际情况，通过从边坡的设计理论与方法、边坡加固新材料的开发与应用、边坡加固施工工艺、高路堤的沉降变形规律与压实技术等方面广泛深入地开展了边坡稳定加固成套技术研究，建立了较为完善的路基边坡稳定性评价方法，形成了与新材料、新结构应用相配套的边坡加固防护施工工艺。特别是针对西部地区特殊的地质条件，开展了西部交通建设中关键技术的研究，取得了显著成效，主要表现在：普遍采用航测、遥感和地理信息系统，贯彻“地质选线”原则，路线避开了严重地质不良地段；对潜在不稳定的边坡，采用综合勘察技术和工程地质力学调查分析方法，以及模糊评判、突变理论、神经网络等方法评价和预测边坡的稳定性，采取“预加固”措施，避免了开挖后边坡失稳；对已发生变形的边坡和滑坡在防治措施上采用预应力锚索抗滑桩加固，它比普通悬臂桩节省投资约30%；预应力锚索及锚索框架（梁）、地梁、锚墩、锚杆和土钉等表面防护和整体加固技术广泛应用于公路高边坡加固；微型桩、悬喷桩和各种注浆加固技术等也普遍应用；土工合成材料的功能性作用逐渐被人们所接受，并广泛应用在边坡表面防护和高填土加筋稳定加固等工程中；加强边坡地区的地表及地下排水已形成一种理念；与保护环境和美化路容相结合研究采用了多种形式的边坡防护技术。边坡工程技术跨上了一个新台阶。
        在对岩体结构及其结构面网络较深入研究的基础上，通过对滑坡和高边坡变形的研究，发现坡体结构对边坡的破坏类型、部位、规模和破坏模式有控制作用，从而进行了较深入系统的研究。交通部公路科学研究院针对陕西铜黄公路岩质边坡工程设计、治理开展的专项研究，结合 现场实测岩体结构面和对岩体结构面网络分析研究，将岩质边坡的防护与加固设计建立在对岩质边坡岩体的表面破碎程度和边坡岩体的整体完整性这两个技术指标上，从而保证设计和治理的合理性、可靠性。
        易滑坡体根据组成坡体材料的不同可分为土质坡体、岩质坡体和碎砾石坡体这三种典型的形式，不同性质的易滑坡体其适宜的稳定性评价方法不同。大量工程实践和试验研究表明，圆弧滑动面法用于均匀土质坡体的稳定性分析，计算简便、效果较好。块体折线形滑面法用于结构面明确的岩质坡体的稳定性分析较符合实际情况。平面滑动法用于均质碎砾石坡体的稳定性计算分析较适宜。当然，组成坡体的结构形式是千变万化的，下卧岩层面、软弱夹层面等都有可能成为坡体滑动的滑动面，其稳定性评价方法应根据具体情况采用复合滑动面或多滑动面假设来分析评价。
        边坡稳定性评价和变化趋势的预测是确定边坡加固和滑坡防治方案的基础。中交第一公路勘察设计研究院针对国道108、109、208、209、210、318等多条国道、省道发生的各种施工诱发复活老滑坡、诱发复合型工程滑坡、高边坡失稳、堆积层滑坡以及滑坡群滑坡等多种滑坡形式，开展了系统的研究，提出了在公路建设初期应“强化公路系统工程地质工作、重视工程地质选线、加强沿线滑坡和潜在滑坡的调绘和勘察工作、坚持以防为主防治结合、一次根治不留后患”等预防公路建后滑坡制灾的工作原则，对公路工程边坡的防灾减灾工作，起到了重要的指导作用。
        通过技术研究和技术引进，建立了系统的预应力锚索地梁、预应力锚索框架等稳定滑体的工程措施，其具有结构简单、可机械化施工、施工安全、对坡体扰动小、可迅速起到稳定坡体或减缓坡体变形的作用等诸多优点，在公路建设中发展迅速，使用广泛。云南省公路勘察设计研究院在楚大高速公路上采用锚梁对直立危岩坡体进行加固获得成功；陕西省公路勘察设计研究院在铜黄高速公路上应用锚索梁和锚索框架梁对土质边坡进行了整体加固。
         “十五”期间，通过交通部西部交通科技研究项目“川藏公路前龙段滑坡机理及整治技术研究”，对川藏公路前碉桥至龙胆溪滑坡群病害进行了沿公路分阶段进行滑坡整治，在工程结构物上埋设了大量的测试元件和设备，结合深部位移监测、室内模型试验、有限元数值模拟计算、桩坑地质编录等手段，对滑坡的发生发展机理和整治技术进行了深入研究，在整治工程设计、施工和确保工程安全有效方面起到了很好的指导作用，进一步为国内类似公路大型复杂滑坡的治理积累了丰富的经验和数据资料。病害整治主体工程采用了预应力锚索框架、普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩等结构。实际实施的锚索长度达到了73m，抗滑桩长度达到了67m。无论滑坡复杂程度还是工程施工难度在国内公路工程中尚不多见。工程整治效果良好。此外，交通部西部交通科技研究项目的“山区支挡结构的研究”、“三峡库区港口建设中地质灾害防治关键技术研究”、“云南元磨高速公路高边坡病害群治理工程效果评价及应对措施的研究”、“天山公路工程地质病害研究”、“岩土锚固安全评价与处治技术研究”、“西藏边防公路整治应急保通关键技术研究”、“黄土地区公路边坡的防护技术研究”、“深挖高填边坡破坏机理与稳定性评价方法”、“边坡加固施工工艺与施工控制技术”、“边坡支护方案优化设计”、“土工合成材料在边坡处治中的应用研究”、 “公路石质边坡防护与环境保护的研究”、“高速公路结构健康监测系统关键技术的研究”等均陆续完成或即将完成，这些与边坡加固与病害防治有关的研究课题，占交通部“十五”西部交通科技研究项目总数的6.63%。研究成果对公路工程易滑坡体的防护、加固和稳定性分析评价奠定了良好的技术基础。

         我国铁路部门在线路通过深挖高填地段应用锚杆、锚定板、土钉等锚固技术修建了大量的支挡结构物。1966年开始于成昆线应用锚杆支挡技术修筑了锚杆挡墙，继而在川黔、鹰厦、太焦、枝柳等铁路线上的岩石地段修建多处，使用至今情况良好。1974年在太焦线稍院修筑了第一座锚定板结构挡墙，在不断完善设计和施工技术的基础上得到了推广应用。南昆线为解决软弱松散岩质高边坡的稳定性应用土钉墙支挡高边坡，最大高度达27m，随后在内昆线、株六线、渝怀线等边坡支挡工程中得到大量应用。