義烏至武義公路（武義段）K25+198邊坡穩(wěn)定分析計算

郭 偉

（浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司設(shè)計分公司，浙江杭州 310051)

1 工程概況

義烏至武義公路武義段線路全長6.80 km，一級公路，起訖里程為K22+600～K29+400，設(shè)計速度60 km/h，路基寬24.5 m。該邊坡位于擬建項目K25+170～K25+260段，地處武義縣沈家村西側(cè)。根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探資料分析，線路穿越山體山腰部位，自然地形坡度約25～35°，坡頂上部植被密集，以松樹為主，下部植被較發(fā)育，以毛草及灌木為主。殘坡積覆蓋層厚度變化大，巖石分化深度不一，穩(wěn)定性較差。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

邊坡屬浙西南低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)最高高程約273.3 m，最低高程約153.6m，相對切割深度約119.7 m，山體坡度大多為25～35°，上部分布厚層殘坡積及崩坡積堆積物，厚度約15.3～28.2 m，頂上部、下部植被較發(fā)育。地層巖性為上侏羅統(tǒng)西山頭組（J3x）的火山碎屑堆積的凝灰?guī)r。

2.2 氣象、水文

區(qū)內(nèi)雨水充沛，降雨變幅較大。7-8月份受臺風(fēng)影響，常形成強(qiáng)暴雨過程，極易誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)現(xiàn)象。

區(qū)內(nèi)支流多呈樹枝狀，河床窄，水位淺，水流急屬山澗型河流，受季節(jié)性雨量控制明顯，洪水期間水位暴漲，流量大，流速快，攜帶大量砂礫，具有較強(qiáng)的沖刷力。K25+260處分布一沖溝，勘察期間未發(fā)現(xiàn)河、溪等地表徑流。

2.3 區(qū)域地質(zhì)

2.3.1 斷層

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查和鉆探發(fā)現(xiàn)邊坡區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育擠壓型構(gòu)造破碎帶F。根據(jù)鉆探BK2和HK1揭露破碎帶視厚度約15.6～26.4 m。根據(jù)開挖面揭露情況，該破碎帶大致產(chǎn)狀為：130°∠74°，受構(gòu)造破碎帶影響，兩側(cè)巖體破碎，蝕變強(qiáng)烈，風(fēng)化程度明顯加深，巖體完整性差。

2.3.2 構(gòu)造穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場實測巖石節(jié)理資料，主要為：節(jié)理②產(chǎn)狀：70°∠ 54°，5～10條 /m，節(jié)理密集，順坡節(jié)理，微張狀；節(jié)理③產(chǎn)狀：10°∠79°，2～3條 /m，延伸較長，節(jié)理面鐵錳質(zhì)渲染；節(jié)理④產(chǎn)狀：75°∠88°，1～2條/m；節(jié)理⑤產(chǎn)狀：136°∠47°，3～4條/m，延伸長；節(jié)理⑥產(chǎn)狀：38°∠ 74°，3～5條 /m，延伸短；節(jié)理⑦產(chǎn)狀：183°∠ 62°，3～4條 /m，面平直。根據(jù)現(xiàn)地形坡度，由赤平投影圖分析可得：斷層①與線路小角度相交，影響范圍較大;節(jié)理②為順坡節(jié)理，傾向與坡向相近，為順坡節(jié)理，且傾角較緩，邊坡開挖可能產(chǎn)生沿節(jié)理面滑塌或坍塌；受節(jié)理③與節(jié)理⑦、節(jié)理⑥與節(jié)理⑦組合影響易產(chǎn)生鍥形體破壞。

圖1為赤平投影圖。

2.4 各工程地質(zhì)(亞)層劃分及評述

根據(jù)工程地質(zhì)測繪和調(diào)查、工程鉆探揭露及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，將場地勘探深度以淺巖土體按其成因時代、埋藏分布規(guī)律、巖性特征及基物理力學(xué)性質(zhì)，劃分為2個工程地質(zhì)層，現(xiàn)自上而下分述如下：

③1層含碎石粉質(zhì)粘土：灰黃，可塑，飽和，含少量碎石。該層為邊坡的表層堆積物，揭露層厚1.2～2.8 m。

圖1 赤平投影圖

構(gòu)造破碎帶F：灰黃色，灰色，密實，屬擠壓構(gòu)造，根據(jù)鉆探視厚度厚15.6～26.4 m，巖石風(fēng)化蝕變強(qiáng)烈，呈全～強(qiáng)風(fēng)化狀，呈散體～碎裂狀，寬度約50 m。

④2層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：紫褐色，灰黃色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎塊狀構(gòu)造，受構(gòu)造破碎帶影響，節(jié)理裂隙很發(fā)育，蝕變風(fēng)化強(qiáng)烈?guī)r芯呈碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面鐵錳質(zhì)渲染。巖芯呈泥狀、塊狀、柱狀等。厚度變化大，破碎帶兩側(cè)巖體受影響，風(fēng)化程度厚度明顯較深。

④3層中風(fēng)化凝灰?guī)r：紫褐，灰，青灰，巖芯呈碎塊～短柱狀，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙較～發(fā)育，節(jié)理面少量鐵錳質(zhì)渲染，局部充填白色方解石細(xì)脈。

④大層為邊坡區(qū)下伏基巖，未揭穿。

2.5 地震及區(qū)域穩(wěn)定性

工作區(qū)內(nèi)地震動參數(shù)峰值加速度分區(qū)為小于0.05 g區(qū)，相當(dāng)于地震基本烈度小于Ⅵ度區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

邊坡屬低山丘陵區(qū)，場地土屬Ⅰ～Ⅱ類場地土，為堅硬～中硬土，屬抗震有利地段。

3 穩(wěn)定性計算與評價

3.1 邊坡現(xiàn)狀

現(xiàn)狀邊坡已開挖成一個二級臺階，自上而下臺階寬度約23.5 m、8.0 m，上部臺階已接近設(shè)計標(biāo)高，線路右側(cè)為一級放坡，邊坡坡率為1∶0.5左右，坡面未防護(hù)。右側(cè)坡面揭露主要為殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土和構(gòu)造破碎帶及影響帶，巖體呈散體～碎裂狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙很發(fā)育，部分裂隙面有地下水滲出。

邊坡于2013年5月開挖，經(jīng)歷夏季多個臺風(fēng)形成的強(qiáng)降雨至現(xiàn)狀未曾改變。2013年10月17日，坡頂?shù)乇?、坡面未發(fā)現(xiàn)裂縫、坡腳未見鼓出等滑動破壞痕跡，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 參數(shù)取值

根據(jù)勘探成果和經(jīng)驗，地表為第四系殘坡積碎石土，碎石、塊石含量不均，原狀土樣采取極其困難，下部滑動帶位置巖體破碎，采取柱狀巖樣較困難，地層抗剪強(qiáng)度參數(shù)采用實驗、經(jīng)驗數(shù)據(jù)類比與反演相結(jié)合的辦法確定（見表1）。

表1 地層抗剪強(qiáng)度參數(shù)表

3.3 采用傳遞系數(shù)法計算邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)K25+198剖面，按最不利假定該邊坡可能產(chǎn)生整體性滑動破壞，假定一個滑動面，采用傳遞系數(shù)法折線形計算滑面穩(wěn)定系數(shù)（K）（公式引自《工程地質(zhì)手冊》），計算滑動帶剪出位置為開挖邊坡坡腳，計算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)（公式（1））及剩余推力（公式（2））。

3.3.1 穩(wěn)定系數(shù)計算公式

式中：Wi——第i條塊的重量，kN/m，

i——第i條塊滑面傾角，（°）；

φi——第i條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Ci——第i條塊內(nèi)聚力，kPa；

Li——第i條塊滑面長度，m；

j——第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i塊段時的傳遞系數(shù)（j=i），即 ψj=

3.3.2 剩余推力計算公式

式中：Ks——安全系數(shù)，取1.20和1.25分別計算；

其余符號意義同穩(wěn)定系數(shù)計算公式。

圖2為假定最不利滑動面示意圖，圖3為K25+198段邊坡穩(wěn)定性驗算條塊劃分簡圖，表2為采用傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性驗算結(jié)果一覽表。

圖2 假定最不利滑動面示意圖

圖3 K25+198段邊坡穩(wěn)定性驗算條塊劃分簡圖

3.4 采用簡化BISHOP圓弧計算邊坡穩(wěn)定性

在前面調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，采用簡化Bishop法計算滑坡的穩(wěn)定性，計算時采用圓弧自動搜索，合理確定潛在滑面位置，參數(shù)取值見表1所列。

根據(jù)邊坡現(xiàn)狀計算，結(jié)果表明邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定性較好，如圖4所示，最小安全系數(shù)Fs=1.07，最不利滑動面出現(xiàn)在上部現(xiàn)狀開挖陡坡，表現(xiàn)為坡面小型崩塌、滑塌，說明淺部殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土在臨空面出現(xiàn)后長時間自穩(wěn)能力差。

現(xiàn)狀邊坡如圖5所示，按K25+198斷面，建議右側(cè)邊坡分四級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25，最上一級一坡到頂，自下而上，第一、二級高約8 m，第三級高約12 m，每級間設(shè)置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。按圓弧計算表明開挖后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不滿足要求，最小安全系數(shù)Fs=1.07（見圖6），最不利滑動面上部出現(xiàn)邊坡頂部，在邊坡坡腳處剪出，貫穿整個邊坡，在不利條件易出現(xiàn)整體性滑動破壞，需要采取整體加固措施。

按K25+198斷面，建議右側(cè)邊坡分七級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七級一坡到頂，第一、二級高約8 m，其余高約10 m，每級間設(shè)置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。按圓弧計算表明開挖后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)基本滿足要求，最小安全系數(shù)Fs=1.22，最不利滑動面上部出現(xiàn)邊坡頂部，在邊坡坡腳處剪出，貫穿整個邊坡（見圖7）。對該邊坡需要加強(qiáng)邊坡體內(nèi)排水措施，考慮到暴雨情況下邊坡穩(wěn)定性不能滿足要求，需要對該邊坡采取加固措施。

3.5 邊坡穩(wěn)定性評價

邊坡上部殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土，層厚約1.20～2.80 m，自穩(wěn)能力差；構(gòu)造破碎帶，呈散體～碎裂狀，擠壓痕跡明顯，分化蝕變強(qiáng)烈，視厚度15.6～26.4 m，自穩(wěn)能力較差；強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，灰黃色，灰色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，裂隙張開狀為主，裂隙泥質(zhì)充填，裂隙寬度0.5～15 cm不等，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)能力較差；中風(fēng)化凝灰?guī)r，紫褐～青灰，風(fēng)化裂隙較～不發(fā)育，呈巨塊狀構(gòu)造，巖芯呈中柱狀，部分晶屑凝灰?guī)r，部分為沉凝灰?guī)r，為次堅石，自穩(wěn)能力較好。

根據(jù)K25+198剖面穩(wěn)定性驗算結(jié)果分析：現(xiàn)今狀態(tài)下，邊坡整體性穩(wěn)定系數(shù)大于1.0，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)狀基本吻合。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及計算分析，隨開挖臨空面增加和暴露時間加長受降雨等不利影響，已開挖陡坡可能發(fā)生局部滑塌等地質(zhì)災(zāi)害。

表2 采用傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性驗算結(jié)果一覽表

圖4 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性計算圖示

圖5 現(xiàn)狀邊坡實景

圖6 四級開挖穩(wěn)定性計算圖示

圖7 七級開挖穩(wěn)定性計算圖示

4 結(jié)論

（1）通過補(bǔ)充勘察，基本查明了邊坡巖土體的分布情況、橋梁樁基持力層分布情況，分析了邊坡工程地質(zhì)特征，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查分析，因此該報告可作為治理邊坡的地質(zhì)依據(jù)。

（2）該邊坡為安全等級二級。

（3）工作區(qū)內(nèi)地震動參數(shù)峰值加速度分區(qū)為小于0.05 g區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性較好。邊坡屬低山丘陵區(qū)，判定場地土屬Ⅰ～Ⅱ類場地土，為堅硬～中硬土，屬抗震有利地段。

（4）該邊坡目前基本穩(wěn)定，但隨開挖臨空面增加和暴露時間加長受降雨等不利影響，可能發(fā)生局部滑塌等地質(zhì)災(zāi)害。

（5）根據(jù)施工圖工程地質(zhì)勘察報告地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微侵腐蝕性。

（6）根據(jù)K25+198斷面建議右側(cè)邊坡分七級放坡，坡率自下而上取1∶0.75、1∶1.0、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25，第七級一坡到頂，第一、二級高約8 m，其余高約10 m，每級間設(shè)置碎落臺，碎落臺寬度4～5 m。；自上而下分級開挖，及時防護(hù)，并做好坡頂和坡面防排水措施。

（7）邊坡巖體受構(gòu)造影響，巖體破碎，構(gòu)造破碎帶及其影響帶巖石風(fēng)化蝕變強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙很發(fā)育，呈散體～碎裂結(jié)構(gòu)，建議加強(qiáng)坡面加固措施，采用錨索+框格。

（8）施工時設(shè)置監(jiān)控量測點，定時定員檢測邊坡穩(wěn)定狀況。

（9）位于斷層范圍內(nèi)橋梁樁基穿過斷層破碎帶，樁端進(jìn)入下部完整中風(fēng)化基巖中。

（10）樁基施工時建議采用機(jī)械成孔，減少擾動。

[1]JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]JTG D30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB50011-2008，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]GB18306-2001，中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[7]JTJ 004-89，公路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].