馬鞍山至巢湖高速公路某邊坡治理設計分析

張百永 周 峙

(安徽省交通規劃設計研究院有限公司，安徽合肥 230088)

0 引言

馬鞍山至巢湖高速公路是安徽省北沿江高速公路的重要一段，同時還是馬鞍山長江公路大橋向西的延伸線，也是安徽省高速公路網中的“橫6”。

該公路K24+450～K24+800邊坡經過區域處于新華夏系第三隆起帶和第三沉降帶之結合部位。淺部巖石風化裂隙極發育，巖體完整性差，風化強烈。

邊坡開挖前處于基本穩定狀態，由于施工切坡開挖后，將崩坡積、殘坡積前緣部分挖除，改變了邊坡巖體原來應力分布狀況，降低了邊坡坡腳段的阻滑力，加之在雨水的誘導作用下，導致邊坡坡面及山坡上部出現了裂縫和施工便道垮塌，阻塞了施工便道的正常運營。為了滿足安全可靠和經濟合理的雙重目標，對高邊坡做深入的工程地質分析和對其治理工程方案的慎重選擇顯得非常重要。

1 滑坡區工程地質概況勘察分析

1.1 地形地貌特征

邊坡及周邊屬構造剝蝕、溶蝕斜坡地貌單元，地形切割深度約200 m，總體地勢為南高北低。

該邊坡位于山體的南坡中部，后緣高程為480 m～495 m左右，前緣高程為437.4 m ～450 m，前后緣高差 52.8 m ～57.4 m。邊坡坡度較緩，陡坎較多。山坡坡面植被少，部分緩坡為耕植土，生長有莊稼，地形呈凹形，崩坡積物覆蓋層厚度較大，且主要以碎石土為主。巖土體抗剪強度較低，而易于形成滑動帶(面)。

1.2 地質構造

邊坡出露地層主要為三迭系中統巴東組第二段(T2b2)泥質粉砂巖。邊坡滑動區為單斜地層，與山坡成逆向坡，有利于山體的穩定。地表主要發育兩組(裂隙)節理，裂隙充填物為粘性土，對邊坡穩定性產生不利影響。

1.3 地層巖性

邊坡出露地層主要為三迭系中統巴東組第二段(T2b2)及第四系殘坡積、崩坡積(Qel+dl，Qc+dl)、殘積層(Qel)。

殘坡積、崩坡積層主要為含碎石亞粘土、碎石土以及殘積含角礫亞粘土層，巴東組地層主要為強、弱風化紫紅色泥質粉砂巖。

1.4 水文地質條件

該邊坡地表水系較發育，同時由于地表水徑流、排泄條件較為暢通，因此具有下雨有水，無雨干枯的特點。

區內地下水主要為松散層孔隙水類型，含水地層為上部第四系殘坡積碎石土。地下水入滲后往往聚集在碎石土底部，造成碎石土底部及基巖面易被地下水浸泡，因而覆蓋層與基巖面附近巖土體抗剪強度較低，而易于形成滑動(面)。

2 邊坡變形特征及變形原因分析

2.1 邊坡變形特征

由于邊坡人工開挖后出現的張拉裂縫未及時采取治理措施，導致大量雨水沿裂隙滲入坡體，顯著降低了巖土結構面間的力學強度，加劇了巖體進一步失穩滑動。路基一級邊坡面上出現3條拉裂縫，隨著裂縫進一步發展，數量進一步增加，裂縫寬度最寬的發展8 cm～10 cm。

從邊坡已開挖坡面看，原第一級邊坡平臺附近可見挖方邊坡坡面的明顯隆起或鼓起帶，坡面在位于紫紅色殘坡積碎石土～灰黃色崩坡積碎石土(夾滾石)地層中，看不出滑坡有明顯的剪出口或滑動面，但路基一級邊坡面上出現一條拉裂縫，表明邊坡處于蠕動變形階段。

2.2 邊坡變形原因分析

本路段地表崩坡積碎石土(夾滾石)覆蓋層較厚，最深覆蓋層厚度達20多米，覆蓋層較松散，因路基施工開挖部分或全部挖除了崩坡積～殘坡積體的前緣抗滑段，破壞了山體原有應力分布狀態，造成邊坡坡腳段抗滑力減小，下滑力增大，導致邊坡坡面及坡上部出現了許多裂縫，包括大貫穿裂縫，開挖后坡沿臨空面一側發生蠕動變形，導致邊坡變形，進一步發展將形成工程滑坡。

地表水和地下水是邊坡發展的誘發因素:由于山坡上以堆積體結構松散，巖土間孔隙率較大，容易吸收大氣降水，在下伏基巖面易造成積水，造成已開挖風化巖土軟化，進一步降低滑帶的抗剪強度指標，導致邊坡變形速度加快，最終造成邊坡松散覆蓋層的滑塌。

3 穩定性分析計算與評價

3.1 計算剖面的確定

根據地勘資料及測繪地質剖面圖，對邊坡剖面進行穩定計算，同時考慮線路邊坡放坡后的情形。由于覆蓋土層是主要沿與基巖接觸面附近滑動，潛在滑動面呈折線形，采用極限平衡理論的不平衡推力傳遞系數法公式進行穩定性驗算，為了準確把握滑坡的穩定性情況，選擇上述3段縱剖面進行穩定性計算。

由于滑坡滑面形態為折線形態，因此，計算塊段劃分選擇在滑面的轉折部位，邊坡穩定性計算剖面圖見圖1～圖3。

圖1 K24+490處邊坡橫剖面計算示意圖

圖2 K24+640處邊坡橫剖面計算示意圖

圖3 K24+750處邊坡橫剖面計算示意圖

3.2 計算參數的確定

根據《工程地質手冊》中有關規定，假定暫時穩定的滑坡在飽和狀態下穩定系數Fs=1.0，根據地勘報告和反算，經綜合分析確定邊坡穩定性分析的主要物理力學計算參數見表1。

表1 邊坡主要物理力學計算參數

3.3 計算工況及安全系數

由于邊坡治理的保護對象為高速公路，根據JGT D30-2004公路路基設計規范有關規定，計算工況分別為:

工況一為路基開挖后的自重(天然狀態)，安全系數Ks=1.30，工況二為路基開挖后的自重+暴雨(飽和狀態)，安全系數Ks=1.20。

3.4 穩定性系數計算

根據潛在邊坡區的破壞邊界條件和可能失穩方式，采用覆蓋層沿基巖面折線滑動的破壞模式，穩定性系數根據傳遞系數法公式計算，見式(1)。

其中，Ks為穩定系數;Ri為作用于第i塊段的抗滑力，kN/m;Ti為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力，kN/m，出現與滑動方向相反的滑動分力時，Ti應取負值;Ψj為第i塊段剩余下滑動力傳遞至i+1塊段時的傳遞系數(j=i)。

根據以上確定參數和公式可以計算不同工況下的邊坡穩定性系數，各種工況的滑坡穩定性系數結果和支擋線處剩余下滑力計算結果見表2。

表2 不同工況下滑坡穩定系數和剩余下滑力表

3.5 穩定性評價

從地形地貌、地層和巖性上看，該邊坡處在山坡的中部，地形較緩，地面坡度約26°，地表覆蓋第四系殘坡積、崩坡積含碎石亞粘土、碎石土和殘積含角礫亞粘土，厚度變化較大，局部較厚，在鉆探施工中，覆蓋層厚達20.20 m。

基巖為泥質粉砂巖，巖層產狀147°∠32°，與坡體形成逆向坡，巖層穩定，自然地形是穩定的。

但該邊坡在工程切坡等因素的作用下，破壞了原有邊坡的平衡狀態，覆蓋層有沿基巖接觸面構成軟弱結構面向臨空面底即路塹底剪出趨勢。

從穩定性計算結果上看該邊坡潛在滑坡區在天然狀態下穩定系數為1.177～1.353，處于穩定狀態。在暴雨或連續降雨的情況下，邊坡穩定性有所下降，穩定性降為1.008～1.036，說明該段邊坡巖土體此情況下處于欠～不穩定狀態，支擋線處剩余下滑力在暴雨工況按1.2的安全系數計算為2 063 kN/m～2 219 kN/m，由于下滑力較大，因此處治設計時可采用的抗滑樁+樁頂預應力錨索進行支擋;邊坡在暴雨或連續降雨的情況下穩定性降為1.108，說明該段邊坡巖土體此情況下處于基本穩定狀態，支擋線處剩余下滑力在暴雨工況按1.2的安全系數計算為571 kN/m，由于下滑力較小，因此處治設計時可采用削坡及錨桿框架進行支擋。

4 治理工程措施

根據邊坡破壞機理及目前滑坡產生的原因，本著安全可靠、經濟合理的原則選擇邊坡治理方案。主要設計思路和技術措施采用治坡和治水相結合的綜合治理方案。

1)根據地質調查的結果，目前邊坡的變形情況以及對邊坡穩定性分析結果，對邊坡主要進行抗滑支擋措施。2)對蠕動變形較大的坡面，采用隨機錨桿進行邊坡加固處理，隨機錨桿采用全長粘結型錨桿，拉桿采用φ25Ⅱ級鋼筋，錨桿外采用錨墩與坡面固定。3)修復整個邊坡的排水系統，防止地表水沿水溝破壞部分下滲或沖刷坡體，引起邊坡變形破壞;由于邊坡坡角基巖面附近有滲水，故應注意邊坡的地面和地下的防水和排水，采用排水溝、深部排水管等，邊坡外緣采用截排水溝。

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