顺层边坡的处治理念

前两天有位朋友咨询笔者,说:
铁路部门对顺层边坡多采用顺层面的清方,较少采用设置锚索、锚杆等锚固工程进行加固。
公路部门多采用适当的开挖坡率后设置锚索、锚杆等锚固工程进行加固。但这种设计有一定的弊端,就是在施工期间,土方班组施工相对较快,边坡加固班组施工相对较慢,很容易造成边坡开挖后由于长时间暴露而导致卸荷松弛而存在滑坡的可能。请问如何去避免这种情况的发生?如何做到顺层边坡既安全又经济的处理方式?
答:对于顺层边坡的治理,不同行业、不同地区、不同设计单位等往往存在一定的“习惯”,这种“习惯”姑且不谈好坏,但的确往往如同一种看不见的力量一样,时时影响着顺层边坡的处治方式。因此,就可能有了铁路部门多采用顺层清方,公路部门多采用边坡加固的情况发生。
其实,往往由于不同的人对同一个顺层边坡及其处治方式产生的焦虑程度不一样,也就可能造成了顺层边坡的处治方式不一样。有的人谈顺层边坡就色变,恨不得全部进行顺层清方或全部进行支挡加固,这就是对顺层边坡太过焦虑所致。其实,有太多的顺层边坡不需要处治。因为往往很多顺层中的硬性结构面综合内摩擦角大于休止角较多,这时,顺层边坡完全可以不用处理。
对于存在顺层滑动可能的顺层边坡,是需要进行工程处治的。但一般情况下,工程中也有这样一个“习惯”,那就是顺层的倾角大于30°时,或地形有利时多采用顺层清方;而如果顺层的倾角小于30°时,或地形较为不利时,多采用以加固为主的处治方式。
这个“习惯”的合理性就在于层面倾角较陡和地形较为平缓时,顺层清方形成的开挖暴露面较小,对环境破坏较小,且可以根除潜在滑坡存在的可能。当然,陡倾角顺层清方要防止边坡出现溃曲现象的发生,这是就可能需要设置一定的锚固工程进行必要的约束。而当层面倾角较小和地形较为陡时,如果仍采用顺层清方就可能形成过大的开挖暴露面,环境破坏较大,因此,就往往需要进行收坡加固。
当边坡没有进行顺层清方而选用支挡加固工程时,如下图的某三级边坡采用多级锚索工程加固,在施工的过程中就存在边坡开挖与边坡加固之间的时间差,一旦这个时间处理不到位,就可能出现顺层滑坡的产生。
因此,技术人员设计时,一定要考虑到此时间差的影响。如下图的二级边坡开挖后在尚未施做二级边坡的锚索工程时,就应要求三级边坡已经施做的锚索工程能确保二、三级边坡依附潜在滑面(层面)时能达到临时稳定,即应在此时使二、三级边坡的稳定性达到安全系数不小于1.05以上。而当二级边坡的锚索施做后,就应使二、三级边坡的稳定性达到稳定状态。
同样,依此类推,直至全部边坡的支挡加固工程施做完毕。否则如果只考虑顺层边坡加固工程施做完成后的工后整体稳定性,而不考虑边坡施工过程中的临时稳定性或局部稳定性,就极易在工程施工过程中出现顺层滑坡。尤其是对顺层边坡这类特殊路基边坡,如果没有严格执行开挖一级防护一级的工艺要求时,就很容易在工程施工的过程中产生滑坡病害。
图1 顺层边坡加固示意图
换句话说,顺层边坡的加固,一定要考虑到工程现场施工的实际情况,既要确保边坡施工开挖的过程中能在“时间差”范围内的边坡基本稳定,也要确保边坡在加固工程全部施作后的边坡达到稳定状态,这就是边坡安全、经济两个因素都要满足的关键。否则就可能存在顺层边坡加固防护过于保守,或过于偏激的不利情况出现,而这都是顺层边坡设计和施工过程中都要避免的情况。
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