边坡治理技术研究综述

边坡治理技术研究综述摘要：边坡工程是工程建设中一个古老而常新的问题，边坡失稳引起的滑坡、崩塌灾害往往带来巨大的生命和财产损失。随着人们思想认识的提高及科技的发展，边坡问题的理论研究渐成体系，应用研究也越发充分，然而随着工程建设的迅猛发展，边坡工程面临的问题更加复杂多样，对边坡工程稳定性分析和治理技术的研究还是较为薄弱的，不同治理技术也都存在一定的局限性。因此，在前人研究的基础上，对现有边坡稳定治理技术进行分析总结，探讨新的解决思路具有广泛的理论意义和应用价值。关键词：边坡、稳定性、治理、技术SummaryoftheresearchontheslopetreatmenttechnologyAbstract:Slopeengineeringisanoldbutdevelopingtopicinengineeringconstruction,thefailureofslopestabilitysuchaslandslideandrockfalldisasteroftencausehugelossoflifeandproperty.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,peoplepaidmoreattentiontoit,thetheoreticalachievementsofsloperesearcharemoresystematic,applicationresearchisalsostronger.However,withtherapiddevelopmentofconstruction,slopeengineeringproblemsismoreandmorecomplicatedandvarious,researchonslopestabilityanalysisandtreatmenttechnologyisrelativelyweak,andeverytechnologyhasitslimitations.Therefore,itissignificanttoanalysisandsummarizetheslopestabilitycontroltechnology.Keywords:Slope,Stability,Treatment,Technology前言随着我国国民经济的发展，公路、铁路、城市建设、水电工程等基础设施发展迅速，工程建设条件复杂多样，而这些工程中无一不涉及到边坡稳定问题。特别是以高速公路为代表的高等级公路建设由平原进入山区，由于工程需要，往往都在一定程度上扰动或破坏了原本较为稳定的斜坡面形成了人工边坡。这些边坡工程的稳定，关系到工程建设的安全与成败，对工程的安全性、可行性及经济性等起着重要的制约作用，并在很大程度上影响着工程建设的使用效益及投资。因此，边坡稳定问题是工程中需要引起足够重视的问题。1边坡工程概述1.1边坡分类边坡是指岩体、土体因自然或人为作用而形成一定倾斜度的临空面[1]。按成因可分为自然边坡和人工边坡；按地层岩性则可分为岩质边坡和土质边坡；按使用年限可分为永久性边坡和临时性边坡；坡高大于30m的岩质边坡和大于20m的土质边坡称为高边坡。1.2边坡工程的重要性及分级根据边坡工程的重要性及破坏后果的危害性，对边坡工程安全性主要有以下规定[2][3][4][5]：（1）边坡工程应按其损坏后可能造成的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响）、边坡类型和坡高等因素，确定边坡的安全等级。（2）破坏后果很严重、严重的下列建筑边坡工程，其安全等级应定位一级：①由外倾软弱结构面控制的边坡工程；②危岩、滑坡地段的边坡工程；③边坡滑塌区内或边坡影响区内有重要建（构）筑物的边坡工程。破坏后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。1.3边坡的防护种类边坡的防护大体上可以分为工程防护、植物防护、柔性支护与综合防护等[6]。目前，边坡的工程防护种类主要有八种：一是抹面与捶面，适用于本身稳定，干燥、无地下水的风化程度低的软岩层边坡。二是灌浆与勾缝，灌浆适用于石质坚硬、不易风化、岩层内部节理发育，但裂缝宽度较小的岩质路堑边坡；勾缝适用于石质较坚硬、不易风化、张开节理不甚发育，且节理缝较大较深的岩石路堑边坡。三是水泥土护坡，适用于粉土、粉砂、粉质粘土、粘土等填方边坡或易受洪水浸淹的路基填方边坡，可用于盐渍土地区。四是护面墙，适用于易风化的云母岩、绿泥片岩、千枚岩及其它风化严重的软质岩层和较破碎的岩石地段，边坡本身稳固，有实体护面墙、孔窗式护面墙、拱式护面墙和肋式护面墙等。五是喷浆或喷射混凝土防护，适用于岩性较差、强度较底、易风化的稳定岩质边坡，也可用于局部加固处理后的大面积喷浆。六是喷锚防护，具有较高的强度，较好的抗裂性能，用于加强坡面内一定深度的破碎岩层。七是土钉墙，主要适用于风化破碎较严重的岩石边坡，也可用于粉土、砾石和砂土边坡，确保边坡在施工过程中保持原来的稳定结构，避免坍塌。八是预应力锚索梁，主要适用于裂隙和断层发育、防缓边坡工作量巨大的高陡边坡[7]。植物防护主要有三种[8][9]：①种草，适用于边坡稳定、坡面冲刷轻微的路堤或路堑边坡，不适用于长期浸水边坡。②铺草皮，适用于各种土质边坡，特别是坡面冲刷比较严重、边坡较陡（可达60°）时。③植树，适用于各种土质边坡和风化极严重的岩石边坡，边坡坡度不陡于1：1.5。柔性支护[10]主要指以下几种形式：①三维植被网，用于设计稳定的土质和岩质边坡，特别是土质贫瘠的边坡和土石混填的边坡，可以起到固土防冲并改善植草质量的良好效果。②钢绳网主动防护，与锚杆或支撑结合，以金属网或土工格栅的形式对边坡形成连续支撑。③钢绳网被动防护，多用于岩体交互发育、坡面整体性差，有岩崩可能的高路堑边坡。综合防护：①岩质边坡绿化喷播技术：岩质坡面营造一个既能让植物生长发育而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构。不仅适用于所有开挖后的岩体边坡，而且对于岩堆、软岩、碎裂岩、散体岩、极酸性土岩以及挡土墙、护面墙、混凝土结构边坡等不宜绿化的恶劣环境。②框格护坡：风化较严重的岩质边坡和坡面稳定的较高土质边坡。2边坡破坏类型2.1边坡病害常见类型边坡病害的常见种类有坍塌、崩塌、滑坡、倾倒和错落等五种[11]。坍塌是指地震等外力作用使破碎岩土或堆积密实的岩土体在一定范围内产生松动，松动岩土体在自然应力作用下产生坍滑的变形现象。崩塌是指风化破碎的岩体沿陡倾角节理或V形节理面产生崩落、倒塌的变形现象，崩塌病害往往始于前缘。滑坡是指岩土体在重力作用下沿较弱面发生滑动的变形现象。倾倒是指陡倾的薄层状岩层，在沟谷下切或开挖等卸荷过程中向临空面缓慢弯曲的变形现象。错落是指高陡斜坡地段，由一组陡倾贯通结构面将风化破碎岩体与后部完整岩体分开，因边坡开挖失去支撑力，下伏有一定厚度的软弱岩层不足以承受上部岩体压力而被压缩，引起坡体以垂直下错为主、水平位移为辅的变形现象。2.2边坡病害规模划分边坡的变形破坏从规模上可分为山体变形、坡体变形及坡面变形三种[12]。若破坏范围深至山体内地应力未释放完之处，常因开挖导致山体在地应力回弹作用下（或深部水压力作用下）形成破坏，即为山体破坏，故研究山体破坏必须考虑地应力的影响。坡体变形是指山体的一部分受地质环境各种因素及应力等的作用产生失稳破坏的现象，坡体变形往往在山体地应力松弛范围内形成，故研究坡体变形不考虑地应力的影响。坡面变形是指坡体自身稳定条件下表层受风化等作用产生小规模坍塌、落石、土体坍塌、泥石流、表土剥落等现象，坡面变形范围仅局限在坡体表层。从治理的难易程度上可以分为难以治理和可以治理的边坡病害。比如，汶川大地震最为频发的崩塌，属于坡体震害[13]，由于崩塌危岩体的位置难以预测，故危害较大，一旦发生，往往造成重大的生命财产损失。大规模的中高位崩塌体往往不具备施工条件，当前边坡工程领域还没有较为可靠的治理方法。实际工程中应以“躲避”为主，如在危岩体下部路基面上方修筑棚洞等。可以治理的边坡病害包括中低位崩塌、坍塌、小范围的坡面落石、路堤滑坡、各种规模的自然坡体滑坡[14]。对于中低位崩塌，实际中可采用锚固类工程进行加固；而对于坍塌或小规模的坡面落石，工程中可采用挂主动网或设置被动网等方法进行防护。对于路堤填土滑坡及各种规模自然坡体滑坡的治理应以支挡类工程为主。3边坡病害的治理对策对于边坡病害的治理，一般遵循以下原则：①治早治小，对地形地质条件复杂而范围大的病害，一时不易勘察清楚，应采取分期分批处理措施，先实施局部治理工程，进行动态跟踪，逐步查清病害，最后达到一次根治，不留后患[15]。②分清轻重缓急，对急剧变形的边坡病害，应采取快速有效的工程措施，对变形缓慢的大型病害，应全面规划、分期整治。③边坡开挖、加固及植被恢复密切结合，灾后边坡病害加固往往会对植被产生一定程度的破坏，在进行病害治理的同时，应兼顾植被的恢复与防护，保护当地生态环境。3.1植物防护类植物固坡技术在早期边坡工程中应用广泛，在现代环境生态学领域也有新的价值。植物固坡主要通过以下几种途径增加边坡的稳定性[16]：①通过茎、叶的阻隔，减少土壤的吸水和蒸发，从而减少降雨渗流；②植物根系吸收土壤中的水分并蒸发至大气中，降低土层孔隙水压力；③根与土壤发生生物化学反应，改善土壤物理性质，增强土层抗剪强度；④根扎进土壤，对边坡起支撑和锚固作用；⑤茎、叶、根共同作用减少表面径流冲蚀力，从而保持边坡结构的完整性。植物固坡在增加边坡稳定性、减少水土流失以及改善生态环境方面有着很大的积极作用。同时也应看到，在一定环境、一定条件下植物固坡也有负面作用。例如，植物根系在扎进土壤，对边坡起支撑和锚固作用的同时，也会增加土层的渗透性，导致土层渗透能力的增加:植物还容易受到外力（风等）作用，并将其荷载传递给边坡。这些都对边坡的稳定性产生不利影响。在实际工程应用中，既要充分利用植物固坡的各种优点，又应尽量避免其不利的一面。例如，对地质构造较破碎的边坡，一般选择根系粗壮发达的植物来固坡；但往往这样的植物都长得过高，受风力影响显著，则可通过经常修剪其枝干来解决这个问题。当前对植物固坡作用的理论研究还不很透彻，有待在今后的实践中进一步完善。3.2截水、排水类排水工程用于滑坡治理的发展初期是以地表排水为主，有截水沟、排水沟、疏通自然沟等形式。为提高排水效果，在工程实践中逐渐引入了地下排水措施，有盲沟、支撑盲沟、渗沟等。随着人们对排水工程重要性认识的提高，各种排水工程措施的耦合使用研究日益受到人们的重视，洞，孔、井相结合的立体排水思想得到了发展，地下排水洞和水平排水孔得到了推广应用。水平排水孔是一种通过滤水管将滑坡体内地下水排出以稳定滑坡的方法，其优点是施工安全、造价低，由于施工工艺水平的提高，目前超长水平排水孔得到了推广应用，并在排水效果的定量化研究方面取得了可喜的进步，浙江大学硕士学位论文绪论在提高排水效率的同时也大大节省了工程费用。但由于水平钻孔容易塌孔又缺乏专用钻孔设备，目前的使用仍局限于一些特殊的滑坡治理工程。当前边坡工程的排水措施主要有：地下排水洞、水平排水孔、集水井、地表排水沟和排水盲沟等，这些排水措施都是利用水的重力势特性，使坡体的地表水和地下水向低水位区排泄。存在的主要问题：（1）排水措施对坡体的排水环境要求较高，许多边坡往往缺乏有利的地形条件，导致排水措施的有效性难以保证；（2）排水措施的长期可靠性差，如水平排水孔容易堵塞等；（3）无法长期实时排出边坡深部地下水；（4）至今没有快速疏干地下水的技术方法。叶贺炯[17]基于气水置换原理探索了一种新方法，利用钻孔向边坡压入高压气体，形成边坡局部水头差变化，实现边坡渗流场的改变，达到主动排出坡体地下水的作用。3.3支挡类支挡类治理技术主要有抗滑挡墙、抗滑桩、锚索桩和预应力钢筋砼抗滑桩等。①抗滑挡墙利用墙底摩阻力与墙前被动土压力平衡边坡破坏力，依靠自重或土体保持墙体稳定。该方法施工简单，机械化程度较低，取材容易，主要为石料和少量水泥，个别用混凝土代替，但需跳槽开挖，施工困难，而且抗滑作用有限，对大型滑坡治理效果不明显。②抗滑桩，