公路邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治實(shí)例

何宏智，趙懷剛，段佳宏

（1.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650500；3.云南大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，云南 昆明 650500）

在我國西南云貴川地區(qū)，山脈眾多，地形復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生[1～2]。尤其在西南地區(qū)存在著大量的自然邊坡，下伏基巖起伏變化大，土層復(fù)雜。大量工程實(shí)踐表明，在山區(qū)公路工程建設(shè)中，這些不良邊坡體往往給公路工程的建設(shè)和維護(hù)帶來很多不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)90年代以來,我國眾多專家學(xué)者充分認(rèn)識(shí)到滑坡的形成是多種因素作用的結(jié)果[3]，對(duì)邊坡災(zāi)害的防治也開始采用多手段并存的綜合方案。

1 工程概況

1.1 地形地貌

在云南昭通某山區(qū)修建公路，當(dāng)?shù)氐貏?shì)東北高西南低，地面高程1 882～1 922m，相對(duì)高差約40m，自然橫坡10°～45°，斜坡多為林地，坡度較緩。

1.2 巖土體類型

根據(jù)鉆孔揭露結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，該滑坡區(qū)地層巖性為第四系覆蓋層滑坡堆積土層、沖洪積黏土、粉質(zhì)黏土、殘坡積黏土、粉質(zhì)黏土、碎石土，覆蓋層總體厚度10.4～47.5m。下伏基巖為石炭系下統(tǒng)擺佐組、大塘組上司段并層灰?guī)r。

1)滑坡堆積土層 主要由粉質(zhì)粘土夾塊石等組成，褐灰、褐紅褐黃色，部分表土層為人工填筑而成。分布于滑坡范圍內(nèi)地表層，厚度2.6～12.6m。根據(jù)滑坡區(qū)鉆孔土樣室內(nèi)試驗(yàn)成果，部分黏土具有一定膨脹性，大部分土樣以弱膨脹性為主，部分土樣不具膨脹性，因此，滑坡體土層具有一定的弱膨脹性，對(duì)填方路基的變形失穩(wěn)及滑坡的形成均具有較大的影響。

2)沖洪積層 褐灰、灰黑色，可、硬塑狀，分布于滑坡中下部及滑坡前緣，厚度3～20m。

3)硬塑狀黏土、粉質(zhì)粘土 淺黃色,含較多礫石,分布于滑坡范圍內(nèi)中下地層，厚度0～4.5m。

4)碎石土 灰黃色，粒徑2～5cm，粘性土填充。分布于滑坡中下地層，厚度0～15.2m。

5)石炭系下統(tǒng)擺佐組、大塘組上司段并層灰?guī)r 灰白色,局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，為滑坡區(qū)下伏地層，埋深10.4～47.5m，起伏較大。

1.3 水文地質(zhì)條件

山坡呈圈椅狀和多級(jí)臺(tái)坎，便于匯集地表水，其次為基巖裂隙水和巖溶水補(bǔ)給，流量變化較大。滑坡區(qū)附近主要地質(zhì)構(gòu)造體為斷層。

2 邊坡滑坡因素分析

該山坡地表坡角一般10°～30°不等，整體地形均較緩，有利于雨水及地表水匯集，進(jìn)而軟化土層，不利于坡體穩(wěn)定。下部為可硬塑狀黏土及碎石土，從而形成較為明顯的軟硬分層。路基邊坡填方后，阻礙并改變了原地表水、地下水的排泄路徑，遇水軟化的土體遭到破壞，在上部加載及降雨等作用下最終導(dǎo)致滑坡形成。同時(shí)由于挖填作業(yè)，自然邊坡的平衡狀態(tài)被打破，所以邊坡體受力失衡而失穩(wěn)，并順坡向出現(xiàn)了一定的橫向滑移。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

通過計(jì)算一個(gè)邊坡體穩(wěn)定系數(shù)可以用來評(píng)價(jià)邊坡的整體穩(wěn)定性。通過計(jì)算邊坡體剩余下滑力，以及坡體平衡狀態(tài)可以判定邊坡的整體穩(wěn)定性能。通過剩余下滑力和局部穩(wěn)定狀態(tài)分析，可以確定邊坡的局部穩(wěn)定性和保持穩(wěn)定需要的加固力。

綜合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和環(huán)境因素，沿邊坡走向依次取ABCD4個(gè)典型計(jì)算分析點(diǎn)，分別對(duì)其進(jìn)行在不同工況下的抗滑力和穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算，同時(shí)作出穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

3.1 剩余下滑力計(jì)算公式

根據(jù)GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中剩余下滑力計(jì)算公式隱式解可知

式中，F(xiàn)st為邊坡安全系數(shù)；∝為巖層層面傾角，單位度；φ為巖層層面內(nèi)摩擦角，單位度。

3.2 穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算

穩(wěn)定性系數(shù)是反應(yīng)滑坡在計(jì)算工況下穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)，用Fs表示。

結(jié)合其現(xiàn)場(chǎng)勘查資料和試驗(yàn)報(bào)告，通過上述方法對(duì)其坡體受力和狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算，其計(jì)算分析結(jié)果見下表1所示。

表1 滑坡體穩(wěn)定性分析表

通過上表，可知該邊坡目前仍處于極限平衡狀態(tài)下的蠕動(dòng)變形階段，但由于引起該邊坡變形滑移的內(nèi)外部不利因素（上部卸載、雨季地表水匯集于凹形洼地、地下水位及水壓力上升、坡體滑動(dòng)帶軟弱土層）均還存在，且地表水及地下水不能有效排出的情況下，邊坡穩(wěn)定性會(huì)持續(xù)降低，因此必須采取措施防止在開挖、降雨及施工等不利工況下，發(fā)生進(jìn)一步的變形破壞。

4 邊坡加固處理措施

通過上面的失穩(wěn)分析和加固計(jì)算，該工程選擇如下治理措施，如圖1所示。

圖1 邊坡治理剖面圖

1）在坡頂處以1∶0.5坡比向后側(cè)開挖至原坡頂，進(jìn)行清方減載。順坡向分別在坡頂—坡腰—坡腳處設(shè)置短—長—中型錨桿組合加固[4]，坡頂淺錨區(qū)采用?22，長度為4m的短錨桿。坡腰深錨區(qū)采用?32、長度為16m的長錨桿。坡腳中長錨區(qū)采用?25、長度為10m的中長錨桿。同時(shí)在坡腰處設(shè)置平臺(tái)，形成梯級(jí)放坡。

2）邊坡下部長期暴露而導(dǎo)致風(fēng)化侵蝕作用嚴(yán)重，為了既阻止風(fēng)化侵蝕作用的進(jìn)一步發(fā)生，同時(shí)又加強(qiáng)底部邊坡體的穩(wěn)定性，在坡腳所在影響面進(jìn)行框格梁護(hù)坡，同時(shí)在框格內(nèi)培土植草，形成生態(tài)護(hù)坡。其施工流程為：坡面開挖及錨桿施工完成后→框格梁溝槽位置放線→框格梁鋼筋綁扎→框格梁模板安裝→框格梁澆筑混凝土→框格梁拆模及養(yǎng)護(hù)→生態(tài)綠化。

3）鑒于水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的巨大侵蝕作用，加強(qiáng)該段邊坡的截排水工作，坡頂設(shè)置截水溝，對(duì)坡頂部分進(jìn)行砂漿抹面封水。在邊坡體底部開挖排水渠，及時(shí)排走匯集水流。

5 結(jié) 論

1）滑坡體內(nèi)部巖土體工程力學(xué)性質(zhì)很差，存在軟弱土層及破碎地帶，這決定了巖土體內(nèi)部有滑坡風(fēng)險(xiǎn)的存在，同時(shí)挖填作業(yè)破壞了土體原有平衡狀態(tài)。這一系列的內(nèi)外因素使得整個(gè)土體處于極限平衡狀態(tài)，當(dāng)某一降雨過程或者過載的發(fā)生，土體極限平衡狀態(tài)被打破，土體滑坡產(chǎn)生。

2）根據(jù)邊坡失穩(wěn)的特點(diǎn)及誘發(fā)滑坡的成因機(jī)制，采取開挖截排水溝的辦法以減少地表水、地下水和大氣降水對(duì)邊坡的影響。其次采用短—長—中型錨桿組合加固來增加順層滑坡的抗滑力，同時(shí)在邊坡體下部設(shè)置框格梁護(hù)坡。通過上述的治理措施，其目的主要是減少滑坡體外荷載、降低地下水位，增強(qiáng)土體抗滑力，使其保持一定的穩(wěn)定性狀態(tài)。