引漢濟渭工程大黃公路大河壩邊坡變形體穩定性分析

馮志榮

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

引漢濟渭工程大黃公路大河壩邊坡變形體穩定性分析

馮志榮

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

通過對大黃公路大河壩變形邊坡工程地質勘察、分析、確定變形體邊界條件、形成的原因，采用定性分析和定量計算兩種方法，對邊坡的穩定性進行評價，提出對邊坡頂部減荷、削，并設排水設施，坡腳壓腳，中部設置抗滑樁處理措施。

變形體;穩定性;處理措施

大黃公路是引漢濟渭三河口水利樞紐通往黃金峽水利樞紐工程的主干公路。大黃公路樁號K2+700～K2+823 m段位于佛坪縣大河壩鎮西南方向，距大河壩鎮約2.3 km處。原邊坡高24 m，坡頂為西漢高速公路橋梁。邊坡設有二級坡比，下部坡高約11 m，坡角65°，中部設平臺，寬度5 m左右。上部坡高約 13 m，坡面上緩下陡，上部35°左右，下部 65°。邊坡為巖質邊坡，巖性為云母片巖，為反向坡，巖層傾角40°～45°，原邊坡整體基本穩定。

因原有道路為鄉村便道，路面較窄，在該路面基礎上進行擴寬。在該路(K2+700～K2+823 m)段在施工中，當時向內擴寬約7.0 m左右，開挖坡高約 20 m，坡角 60°～65°，發現內側邊坡頂部產生拉裂、變形，由于開挖破壞了坡腳，使得表層松散堆積層及強風化巖體出現滑塌或裂縫，隨后對邊坡坡腳進行碎塊石反壓，同時對邊坡進行變形觀測，近20 d的變形觀測，未發現明顯變形。

1 邊坡工程地質條件

1.1 地形地貌

通過勘察，該段路基位于桑坪溝左岸殘留的一級階地后緣基巖斜坡地帶。自然邊坡坡角40°左右，相對高差30～60 m。西漢高速公路從斜坡中部通過，桑坪溝屬子午河的一級支流。

1.2 地層結構特征

根據本次鉆孔資料，結合前期地勘資料和地質調查分析，變形邊坡主要由如下地層巖性組成:

4)志留系梅子亞組云母片巖(Smsch):淺灰黃—灰褐色，中—薄層狀，片理發育，易風化，屬軟質巖。整個邊坡主要由此巖性組成。強風化厚度7～11.5 m。

1.3 地下水

邊坡地下水根據其埋藏條件可分為第四系地層中的孔隙潛水和基巖裂隙水。

孔隙潛水含水層主要為第四系全新統沖洪積砂礫(卵)石層，受大氣降水補給為主，向河谷下游排泄;基巖裂隙水主要分布于強、弱風化巖體中，受大氣降水和上部孔隙潛水補給，以泉水形式向下游河谷排泄。坡體地下水位埋深14.4～17.6 m，水力坡降 0.26。

2 邊坡工程地質特征

2.1 邊坡基本特征

邊坡為基巖凸嘴，兩側為凹岸居民點，前緣為大黃公路，屬巖質邊坡，坡定高程612 m，坡腳高程588 m，坡高24 m，坡頂為西漢高速公路橋。原設計為二級坡，下部坡高約11 m，坡角65°，中部設平臺，寬度5 m左右;上部坡高約13 m，坡面上緩下陡，上部35°左右，下部65°。邊坡由云母片巖組成，強風化巖體厚7～11.5m，巖層走向與邊坡走向近平行，傾向與坡向相反，為反向坡，巖層傾角40°～45°。主要發育兩組裂隙，一組為層面裂隙，對邊坡穩定影響不大;另一組為卸荷裂隙，產狀110°∠55°，對邊坡穩定不利。但邊坡整體基本穩定。

2.2 邊坡變形破壞特征

大黃公路 K2+700—K2+823 m段，在 2010年 6月 22日邊坡擴挖施工過程中，發現內側邊坡頂部碎石土產生拉裂變形，邊坡前緣強風化云母片巖局部有坍塌現象。當開挖后邊坡高約20.0 m，坡角60°～65°，邊坡頂邊緣距西漢高速公路橋樁水平距約4.0～7.0 m內有6條拉裂縫產生，裂縫呈楔形，間距 0.4～0.8 m，長度 10～15 m，最長 20 m，裂隙寬10～15 cm，最寬40 cm，發育深度3～5 m，已伸入強風化巖體中。邊坡發生變形的范圍東西向長約123 m，南北向寬約36 m，平均厚度為8.5 m，總體積約3.8萬 m3。變形體物質以碎石土及強風化云母片巖為主，初步分析邊坡產生變形的原因是，坡腳開挖，破壞了邊坡原有的應力平衡，產生了蠕滑拉力變形。

2.3 邊坡變形破壞原因分析

初步分析，該邊坡變形破壞的原因分析如下:

1)邊坡為基巖凸嘴，兩側為凹岸居民居住的點，自然坡角上緩，下陡，上部 35°左右，下部 60°左右，三面臨空，風化卸荷強烈。

2)邊坡巖性為云母片巖，巖體呈強風化，卸荷裂隙發育，強風化厚7～11.5 m，巖體破碎，強度低，透水性強。

3)原邊坡頂平緩無防水設施，公路橋面及綠化帶雨水大部分匯集坡頂，易滲入坡體。對邊坡整體穩定不利。

4)大黃公路擴建破壞了原邊坡穩定坡角，后期上部雨水滲入，加劇了邊坡變形。

2.4 邊坡穩定性評價

2.4.1 邊坡穩定分析

2010年修建大黃公路時，對邊坡下部進行了開挖，破壞了原相對穩定的邊坡坡腳，前緣形成了高陡的臨空面，加之降雨入滲影響，后緣產生多條弧形拉裂縫，后經反壓碎石碾壓處理，近一年的運行，未發現新的裂縫產生，說明邊坡目前處于基本穩定狀態，當遇到“連陰雨”飽和時，邊坡處于臨界狀態。建議盡快對該邊坡加固處理。

2.4.2 邊坡的穩定計算

變形邊坡主要由強風化巖體組成，下部為弱風化巖體，選用推力傳遞系數法對邊坡進行定量分析評價。計算工況為天然狀態及飽和狀態條件下兩種。詳見邊坡計算剖面圖2。

圖2 邊坡計算剖面圖

按照莫爾強度理論及土體斜坡運動力學平衡理論，應用剩余推力法進行邊坡穩定性計算。計算公式按《邊坡工程地質勘察規范》(YS—1996)

計算公式如下:

計算參數選取:

計算參數主要是根據工程地質類比和反演法獲得。變形體表層碎石土的天然重度 ρ=19.0 kN/m3，飽和重度 ρb=21.2 kN/m3;坡腳反壓碎塊石的天然重度 ρ=20.0 kN/m3，飽和重度 ρb=21.6 kN/m3，天然狀態力學參數:抗剪強度 c=3 kpa，φ =26°，飽和狀態力學參數:c=0 kpa，φ =23°。下部強風化二云片巖的天然重度 ρ=23.0 kN/m3，飽和重度 ρb=23.5 kN/m3，天然狀態力學參數:抗剪強度 c=8 kpa，φ =29.5°;飽和狀態力學參數:c=5 kpa，φ =26.0°。

計算結果見表1:按上述計算公式和計算參數，選擇沿主滑方向的工程地質剖面進行2種工況計算邊坡穩定性驗算。

表1 邊坡穩定性驗算結果匯總

無反壓時，天然狀態條件下，變形體穩定系數Fs=1.039，處于欠穩定狀態;飽水時穩定系數 Fs=0.905，變形邊坡體處于不穩定狀態。與宏觀分析判斷一致。

3 防治措施建議

根據邊坡目前現狀，結合道路工程設計開挖位置及場地施工條件，提出邊坡綜合防治工程措施建議如下:

1)對現邊坡頂部采用減載:對整個變形邊坡603 m高程以上進行削坡減載處理，但必須在坡頂對高速公路外側橋墩保留3 m左右土體保護措施及支擋后方可削坡。

2)邊坡削坡按2級進行:一級坡高程612～603 m，坡高9 m，并設平臺，臺寬 3～5 m;坡比 1:1;二級坡高程 603～587.78 m坡高15.2 m，坡比 1:1，二級邊坡削坡前應進行抗滑樁處理，樁體應伸入下部穩定巖體5～8 m，由于坡面巖體極破碎，因此應在坡面設置樁間墻。

3)建議及時對坡體上產生的裂縫進行開挖回填夯實處理，防止地表水入滲。

4)應對坡頂設置排水溝將水引至坡外，坡面采用漿砌石砌護，并設排水溝及坡體排水孔。

［1］水利水電工程地質勘察規范.(GB50487－2008).

［2］公路工程地質勘察規范.(JTJC20－2011).

U417

B

1004－1184(2012)05－0173－02

2012－04－20

馮志榮(1962－)，男，陜西吳堡人，工程師，主要從事水利水電工程地質、水文地質勘察工作。