淺談公路穿越殘積土挖方路塹邊坡穩定性

王文光

(山西省交通規劃勘察設計院)

1 項目區自然條件

(1)地形地貌

地貌單元屬黃土覆蓋低山區，微地貌有山梁、黃土斜坡、陡坎、沖溝等，地勢整體南高北低，地形起伏較大，沖溝近南北走向，溝谷切割約5～10 m，溝岸較緩，溝底寬約10～20 m，呈“U”字型溝谷(見圖1)。勘察區位于沖溝南側斜坡地帶，現因施工開挖邊坡，改變了原地貌形態，形成人工邊坡，設計為3 級邊坡，坡腳與坡頂相對高差約25 m，邊坡坡率為1∶0.50～1∶0.75。

(2)氣象

項目區屬溫帶大陸性季風氣候區，主要特點是:大陸性氣候明顯，冬短夏長，季風強盛;春季干燥多風，十年九旱;夏季炎熱多雨，雨勢不均;秋季溫和宜人，陰雨稍多;冬季寒冷寡照，雨雪稀少，地方性風盛行。氣溫歷年平均10.60 ℃，一月份最冷，平均最低氣溫－5.20 ℃，七月份較熱，平均最高氣溫25.00 ℃;多年平均降雨量為610.0 mm。歷史上年最大降水量877.2 mm，日最大降水量220.5 mm，時最大降水量60.6 mm，10 min 最大降水量34.5 mm，年平均蒸發量為1 800 mm，歷年土壤最大凍結深度55 cm，無霜期歷年平均170 d 左右。

(3)地層巖性

依據工程地質調繪、鉆探及挖探揭露，勘察區地層由第四系中更新統(Q2al+pl)沖洪積物和二疊系上統石千峰組沉積巖組成。現具體分述如下。

①第四系中更新統(Q2al+pl)

黃土(低液限黏土):在開挖邊坡上部分布，揭露厚度10.6 m，淺棕紅色，土質較均，結構較緊密，針狀孔隙及柱狀節理發育，成分主要為粉質黏土為主，含少量礫石，呈硬塑狀態，局部由于裂縫位移破壞原土體結構破壞，土質很疏松。

②二疊系上統上石盒子組(P2sh)沉積巖

a 強風化泥巖:在勘察區內均有分布，揭露厚度11.9～25.2 m，灰黃色，泥質結構，泥質膠結，中厚層狀構造，節理裂隙極發育，組織結構已基本破壞，但尚可辨認并且有微弱殘余結構，巖芯多呈散體土狀，局部呈碎塊狀，夾多層薄層灰綠色砂巖，差異風化明顯，極易崩解，錘擊聲啞。

b 中風化泥巖:灰黃色，泥質結構，泥質膠結，中厚層狀構造，節理裂隙發育，極易崩解，巖芯呈短柱狀，局部呈碎塊狀，一般柱長5～15 cm，錘擊啞，有凹痕，局部夾多層薄層灰綠色砂巖，差異風化明顯，極易崩解。

c 中風化砂巖:黃綠色，中細粒結構，中厚層狀構造，節理裂隙發育，巖芯呈柱狀，柱長5～10 cm，錘擊聲較清脆，稍震手，局部夾薄層灰黃色泥巖。

(4)地質構造

項目區在大地構造上處于中朝準地臺之山西地臺，Ⅱ級構造單元為山西斷隆，Ⅲ級單元為沁水臺凹，Ⅳ級單元為沁水凹陷，地層總體傾向SW，傾角5°～8°，以單斜構造為主，局部發育兩翼平緩的波狀褶曲。

勘察區內地層主要由第四系上更新統(Q2al+pl)黃土(低液限黏土)、二疊系上統石千峰組(P2sh)泥巖、砂巖組成，巖層產狀平緩，為35～121 ＜9°。

2 邊坡現狀特征

本項目工程類型為挖方路塹，路塹邊坡的地層以黃土及強風化泥巖為主，強風化泥巖，風化裂隙極發育(見圖2)，巖體以散體土狀為主，局部為碎塊狀，整體呈松散結構和碎裂狀結構，自穩能力差，邊坡開挖后，為邊坡形成了有利的臨空面，而在雨季施工，降水集中，大氣降水沿節理裂隙下滲，導致開挖邊坡局部出現蠕動變形，在強風化泥巖吸水膨脹，失水干裂，極易崩解等因素的共同作用之下，最終將會導致開挖邊坡沿路基面產生整體滑動，運動形式以牽引式為主。大氣降水、人類工程活動是影響邊坡穩定性的主要因素。

3 邊坡穩定性計算及分析

(1)邊坡穩定性計算

采用簡化Bishop 法計算本邊坡的穩定系數，計算簡圖見圖1，計算公式見式1。

圖1 計算簡圖

式中:Wi為第i 土條重力;ai為第i 土條底滑面的傾角;Qi為第i 土條垂直方向外力;Ki為系數，按式①－1 計算。

式中:Pi為第i 條塊推力，kN/m;Pi－1為第i－1 條塊的剩余下滑力，kN/m;Ti為第i 條塊下滑力;Ri為第i 條塊抗滑力;ψ 為下滑力傳遞系數;Ks為設計安全系數。

分別計算正常工況(天然狀態)和非正常工況Ⅰ(飽水狀態)下開挖路塹邊坡穩定性，其穩定系數計算結果見表1。

表1 開挖路塹邊坡穩定性計算成果表

(2)邊坡穩定性分析

根據現場勘察結果，邊坡前緣未見明顯的剪出口，鉆探也未揭示到明顯的滑面擦痕，滑坡特性不明顯。該段邊坡巖土體以強風化泥巖、砂巖組成，巖層傾向于路基方向(凌空面)。坡面坍塌、坡體開裂現象嚴重，坡腳出現大量積水。綜合考慮以上因素，該段邊坡坡體內地下水較為豐富，砂泥巖遇水軟化、抗剪強度降低，在這種工況下，山體沿巖層結構面從路基坡腳處剪出的可能性較大。

4 邊坡處治方案

(1)調整邊坡坡率及卸載:一級邊坡坡率采用1∶0.5，高度8 m，留設4 m 寬的平臺，二級及三級邊坡坡率采用1∶1.0，每8 m 高留2 m 的平臺。三級邊坡以上進行卸載，卸載橫坡5%，從坡口卸至不穩定體后緣(最遠裂縫處)。

(2)完善排水系統:根據勘察可知，此次滑坡的主要誘發因素之一即為地下水(地表水下滲)，卸載的同時，應完善排水系統，如坡口的截水溝、平臺截水溝、坡面急流槽，路側邊溝等，使地表匯水能順利匯流并排出路基之外的自然溝渠。對邊坡裂縫及坡口裂縫應進行回填，防止雨水下滲。

(3)設置抗滑擋土墻:刷方主要為土體部分，下覆強風化泥巖，為了方便植被恢復，泥巖頂面預留1～2 m 厚的黃土。刷方后的剩余下滑力，一級邊坡設置C15片石混凝土擋土墻進行抵抗。擋土墻頂寬1.2 m，面坡1∶0.5，背坡1∶0.3，基礎埋深2.0 m，墻后設置碎石排水層，碎石排水層底部設置一道縱向帶孔PE 排水管。平臺進行25 cm 厚的漿砌片石硬化，并施工30 ×30 cm 的平臺截水溝。

邊坡治理施工，應先進行坡頂卸載、邊坡刷坡，然后施工前緣防護。前緣防護基坑開挖應跳巢進行，間距以10 m 為宜，方案布置見圖2。

圖2 處治方案布置圖

5 結 論

結合公路路基設計規范、對應的相關地質勘察資料和以往路塹的工程資料，同時考慮殘積物結構松散、用作路塹邊坡時易出現坍塌和沖刷的工程特性，最終得出合理的設計施工方案，解決了高沁高速相應段落左側路塹邊坡穩定性問題，可為以后類似的工程提供經驗，作為參考依據。

［1］張社榮，賈世軍，郭懷志.巖石邊坡穩定的可靠度分析［J］.巖土力學，1999，20(2):57－61.

［2］中交第二公路勘察設計研究院.公路路基設計規范(JTG D30－2004)［S］.北京:交通出版社，2004.

［3］鄭穎人，陳祖煌，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2007.