公路工程中的巖土工程問題

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一、路基穩定問題

路基施工要同時達到兩個要求：一個是提供足夠強的承載力，另一個是沉降率達到技術規定。但是并不是在所有施工過程都需要同時滿足這兩個條件，如果路基承載力達到相關要求后，有可能不需要檢驗沉降率指標，例如良好的承載力本身就需要低沉降率來實現；或者在一些特殊施工項目中，對沉降率沒有做出嚴格的要求，例如臨時公路施工就不要考慮這個指標。也有的公路項目在滿足沉降率指標后，其承載力也必然會符合施工標準，此時可根據沉降率來設計施工方案。在所有公路項目中，深厚軟土環境的公路施工的沉降率指標最為關鍵，由于土質疏松易塌陷，這種路基建設要實現通過填埋砂石來提高其沉降率指標。因此，在實際施工過程中，要針對不同的土質情況制定科學合理的路基施工方法，靈活運用工程指標來提高施工質量。

二、邊坡穩定問題

公路施工路線較長，涉及多種土質施工環境，要認真面對天然邊坡和人工邊坡穩定性問題的挑戰。上述問題主要產生于巖體重力的作用，由于巖土自重較大，對邊坡帶來下沉和塌方等問題。要保證邊坡的穩定，就要解決巖土負荷帶來的支撐問題。通常而言，穩定的邊坡不僅能夠保證自身結構穩定，還能夠在與路基長期相互作用下形成一種相對穩定的結構。要針對公路施工特點，設定科學合理的邊坡施工方案，以保證其穩定性達到工程要求。但是，在實際工作中，經常會遇到邊坡穩定性問題對公路施工質量產生嚴重影響的情況，在施工過程中經常會因為大型機械設備的使用降低了自然邊坡的穩定性的情況，例如挖埋土方、開溝、給排水工程施工等都會破壞邊坡原來的受力平衡；同時，有的工程為了節約工程預算，降低了邊坡的施工標準，導致邊坡施工存在嚴重質量隱患。例如對于地勢較高地段的施工，由于邊坡坡度放緩會占用更多的施工面積，同時增大工程造價，因此就要考慮陡坡護坡方案，而陡坡護坡本身就存在較大的安全隱患。在城市區域的公路施工，經常要用到深基坑邊坡設計方案。由于基坑內部受基礎的限制及外圍受周圍建筑物的限制，按穩定坡角放坡是不可能的，因此大部分采用直立邊坡加支護方案。對于不穩定的邊坡則要評價采取支擋結構后的穩定性。

三、圍巖穩定性問題

公路隧道由于需要掏空大量巖體體積，這會打破原本平衡的受力狀態。隨著隧道施工的不斷推進，山體中的應力不斷發生變化，如果其變化朝著某個極端發展，則十分可能造成巖體塌方。圍巖中的應力與巖體中的初始應力狀態、圍巖的物理力學性質及巖體結構類型、洞室的斷面形態及大小、地下水等因素有關，特別是巖體中結構面的發育程度。由于巖體結構復雜，不確定性因素較多，圍巖中的重分布應力很難采用理論公式準確計算。目前工程中的圍巖穩定性評價仍以圍巖分類為基礎的定性評價為主，圍巖的支護設計也是以圍巖分類為依據，圍巖壓力是根據圍巖類別和巖體結構類型的特點采用相應的模型計算。例如對于不具有粘聚力的散體結構和碎裂結構的巖體，砂質土體可采用普氏塌落拱理論計算；對粘性土可采用太沙基理論；對相對完整的巖體可采用彈塑性理論計算；對于堅硬大塊狀結構的巖體可采用塊體極限平衡理論計算。

四、滲透穩定問題

地下水對巖土工程的影響不容忽視，它主要從三個方面來發生作用，一是使巖土土質含水量發生變化，影響其應力；其次是對巖土內部施加了水壓；還有就是產生滲透，降低巖土穩定性。地下水對于不同土質都有很強的滲透作用，從而能夠軟化土質。對于可溶性巖土，如巖鹽、石膏巖、芒硝和鹽漬土，以溶蝕作用為主，地下水將可溶性物質溶解遷移，使部分巖土顆粒間喪失膠結，強度降低；泥質砂巖、泥巖等以泥質膠結為主的巖石，遇水軟化性極強，主要是由于膠結物不抗水，膠結減弱，巖體強度降低；而鈣質和硅質膠結的砂巖、以及大部分塊狀結構的巖漿巖和變質巖遇水軟化性低，該類巖石無論是膠結物還是其礦物顆粒對水都不敏感，水對巖石的強度影響不大；而具有類似物質組成的片狀結構的巖石，如頁巖、絹云母片巖、板巖等，由于層理和片理中滲入地下水而起到潤滑作用，呈現出明顯的各向異性，強度也大為減弱。地下水對分選好的粗粒土，如沖積的漂石、卵石和礫石的性質影響不大，在這類土中地下水以自由水的形式存在，不影響土粒間的連接。砂質土中砂粒親水性弱，但是在水的潤滑作用下，沙礫之間的摩擦力會變小，從而會降低巖土內部的穩定性，降低其應力強度；地下水對粘性土的影響顯著，因含水量不同，粒間連結力的性質和大小均有差異。

五、結束語

隨著我國基礎設施建設的快速發展，特別是國家為拉動內需所實施的大型工程建設，如水利水電工程、高速公路與高速鐵路工程、城市地鐵與軌道交通、大型結構與地下空間開發、環境巖土工程、巖土地震與地質災害防治等，存在許多復雜的巖土力學與巖土工程問題急需解決。巖土力學與巖土工程學科在工程勘察、工程設計、工程施工及運行全過程中都具有舉足輕重的基礎地位，已經成為改善巖土工程性質、提高資源開發效率、節省工程建設投資、增強防害減災能力的重要環節，其在工程建設中的重要性越來越受到眾多工程領域的重視。

作者：陳克清 單位：長春市公路規劃勘測設計院有限公司