昔陽(yáng)至榆次高速公路某路塹邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張 鵬

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院(甘肅水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院)，甘肅 蘭州 730020)

昔陽(yáng)(晉冀界)至榆次高速公路是山西省高速公路主骨架“3縱12橫12環(huán)”第七橫的重要組成部分。工程某段左側(cè)為深挖路塹，本路塹建設(shè)場(chǎng)地位于山西省晉中市榆次區(qū)，全長(zhǎng)120 m，路線中心最大挖深33.062 m，最大坡高34.27 m。路塹邊坡由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物(Q3eol)、中更新統(tǒng)沖洪積物(Q2al+pl)及三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組下段(T2er1)沉積巖組成。本文對(duì)深挖路塹建設(shè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)，為工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供必要的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

路線方案所處走廊帶位于呂梁—太行斷塊(Ⅲ級(jí))的次級(jí)單元—沁水塊坳的北部與晉中新裂陷西部，構(gòu)造行跡以斷層、褶皺為主。設(shè)計(jì)路線主要展布于沾尚(昔陽(yáng))—武鄉(xiāng)北北東向褶帶的北端，地貌特征屬于構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)，西部與晉中新裂陷之侯城平遙陷隆北端相接，地貌特征屬于山前傾斜平原區(qū)。

本路塹范圍內(nèi)地層主要由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質(zhì)黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組下段(T2er1)強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖組成，巖層產(chǎn)狀較緩，傾角9°左右。本次勘察未發(fā)現(xiàn)有褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造存在，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水，主要接受大氣降水垂直下滲補(bǔ)給。由于地勢(shì)較高，地形切割嚴(yán)重，無(wú)良好的賦水條件，故一般透水而不含水。

2 不良地質(zhì)與特殊巖土

依據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪成果，本路塹范圍內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭示，該深挖路塹范圍內(nèi)Q3eol濕陷性黃土(粉土)分布于高邊坡。依據(jù)附近探井取樣試驗(yàn)結(jié)果，該黃土(粉土)濕陷系數(shù)δs為0.073～0.093，總濕陷量△s為557.25 mm，自重濕陷系數(shù)為δzs0.001～0.033，自重濕陷量△zs為85.2 mm。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025—2004)中有關(guān)規(guī)定，本路塹區(qū)屬于自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)，最大濕陷厚度為5.9 m。

3 各地層工程性能分析與評(píng)價(jià)

Q3eol濕陷性黃土：該層在路塹范圍內(nèi)局部分布，揭露厚度3.00～5.90 m，大孔隙及蟲穴發(fā)育，具垂直節(jié)理，稍濕、稍密，具Ⅱ級(jí)自重濕陷性，屬Ⅱ級(jí)普通土，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

Q2al+pl黃土：該層在路塹范圍內(nèi)局部分布，揭露厚度9.50～10.30 m，小孔較發(fā)育，具垂直節(jié)理，多呈硬塑狀態(tài)，無(wú)濕陷性，具中等壓塑性，屬Ⅱ級(jí)普通土，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

T2er1強(qiáng)風(fēng)化砂巖：該層在路塹范圍內(nèi)廣泛分布，揭露厚度為3.9～4.3 m，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，為軟巖，屬Ⅳ級(jí)軟石，工程地質(zhì)性質(zhì)稍差。

T2er1中風(fēng)化砂巖：該層在路塹范圍內(nèi)廣泛分布，揭露厚度為19.5～21.7 m，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體較破碎，為較堅(jiān)硬巖，屬Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

4 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

路塹邊坡穩(wěn)定性由邊坡巖性組合、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度以及含水條件、巖層產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面與路段邊坡的組合關(guān)系等因素綜合控制。根據(jù)本次勘察結(jié)果，現(xiàn)將本深挖路段邊坡類型及控制邊坡穩(wěn)定性主要因素分述如下。

4.1 邊坡類型

本深挖路塹邊坡由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質(zhì)黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組下段(T2er1)沉積巖組成，屬于土石復(fù)合邊坡。

4.2 邊坡結(jié)構(gòu)類型

本深挖路塹邊坡由濕陷性黃土(粉土)、黃土(粉質(zhì)黏土)、強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖組成，邊坡整體上屬于多層結(jié)構(gòu)。

4.3 巖層產(chǎn)狀與路塹邊坡組合關(guān)系

路塹路線走向?yàn)?77°，左側(cè)邊坡坡向?yàn)?°，巖層產(chǎn)狀為240°∠9°，巖層傾向與坡向夾角為127°，巖質(zhì)邊坡為層狀斜向結(jié)構(gòu)，呈較有利組合，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀對(duì)左側(cè)邊坡穩(wěn)定性影響較小。

4.4 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

本次勘察利用理正巖土軟件對(duì)AK108+765橫斷面左側(cè)邊坡建模搜索最危險(xiǎn)滑裂面，進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)求解，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30—2015)中相關(guān)規(guī)定，采用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行分析計(jì)算。

簡(jiǎn)化Bishop計(jì)算方法：

(1)

式中：Fs為穩(wěn)定系數(shù)；bi為第i條個(gè)土條寬度，m；ai為第i條個(gè)土條底滑面的傾角，(°)；ci為第i條個(gè)土條滑弧所在土層的黏聚力，kPa，依滑弧所在位置取對(duì)應(yīng)土層的黏聚力；φi為第i條個(gè)土條滑弧所在土層的內(nèi)摩擦角，(°)，依滑弧所在位置取對(duì)應(yīng)土層的內(nèi)摩擦角；mai為系數(shù)，按下式計(jì)算，式中各符號(hào)的意義同前；

(2)

式中：Wi為第i個(gè)條土重力，kN；Qi為第i個(gè)條土垂直方向外力，kN。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30—2015)第3.7.4條規(guī)定，在天然工況下，按設(shè)計(jì)參數(shù)建議值計(jì)算，當(dāng)臺(tái)階高度為8 m，每個(gè)臺(tái)階設(shè)置2 m寬的平臺(tái)時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.509，大于安全系數(shù)1.200，滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-1.614,22.318)，半徑22.376 m；在地震工況下，按設(shè)計(jì)參數(shù)建議值計(jì)算，當(dāng)臺(tái)階高度為8 m，每個(gè)臺(tái)階設(shè)置2 m寬的平臺(tái)時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.440，大于安全系數(shù)1.200，滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-1.734,22.798)m，半徑22.863 m；在飽和工況下，按設(shè)計(jì)參數(shù)建議值計(jì)算，當(dāng)臺(tái)階高度為8 m，每個(gè)臺(tái)階設(shè)置2 m寬的平臺(tái)時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.730，小于安全系數(shù)1.200，不滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-0.894,22.656)m，半徑22.674 m。

4.5 邊坡穩(wěn)定性分析

全長(zhǎng)120 m，路基中心設(shè)計(jì)標(biāo)高在1 059.090～1 061.230 m之間。路線中心最大挖深33.062 m，最大坡高36.08 m。通過(guò)對(duì)邊坡穩(wěn)定性因素的組合分析，評(píng)價(jià)如下：

路塹范圍內(nèi)無(wú)地下水分布，地表水排泄較通暢。路塹開挖后坡面產(chǎn)狀為7°∠53°，左側(cè)邊坡主要由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質(zhì)黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組下段(T2er1)沉積巖組成；黃土(粉質(zhì)黏土)，硬塑；砂巖強(qiáng)～中風(fēng)化，風(fēng)化裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎；泥巖強(qiáng)～中風(fēng)化，風(fēng)化裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎。經(jīng)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭示，巖層產(chǎn)狀為240°∠9°，發(fā)育有3組節(jié)理，J1：11°∠70°，5條/米，張開度2～3 mm，表面平直，無(wú)膠結(jié)，結(jié)合程度差；J2：151°∠39°，6條/米，張開度為1～3 mm，表面平直光滑，無(wú)膠結(jié)，結(jié)合程度很差，J3：206°∠49°，5條/米，張開度為2～3 mm，充填物為巖屑及泥質(zhì)充填，結(jié)合程度差。

(1)單組結(jié)構(gòu)面：巖層產(chǎn)狀與開挖坡面投影弧近乎相對(duì)，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此單組結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響小；J1結(jié)構(gòu)面走向與坡面走向、傾向均相近，但其傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此單組結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較小；J2結(jié)構(gòu)面走向與坡面投影弧近乎相對(duì)，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此單組結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響小；J3結(jié)構(gòu)面與坡面投影弧近乎相對(duì)，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此單組結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響小。

(2)兩兩組合：J1與J2結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧同一側(cè)，但在開挖坡面內(nèi)側(cè)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較小；J1與J3結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧同一側(cè)，但在開挖坡面內(nèi)側(cè)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較小；J1與巖層產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧同一側(cè)，但在開挖坡面外側(cè)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡角，屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。

J2與J3結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧對(duì)側(cè)，沒(méi)有滑動(dòng)的可能，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性基本無(wú)影響；J2與巖層產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧對(duì)側(cè)，沒(méi)有滑動(dòng)的可能，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性基本無(wú)影響。

J3與巖層產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)位于邊坡投影弧同一側(cè)，但在開挖坡面外側(cè)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡角，屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。

綜上所述，土體在大氣降水的沖蝕、潛蝕作用下易產(chǎn)生小范圍坍塌及沿下伏基巖面整體滑塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性差；基巖邊坡巖層產(chǎn)狀與坡向?yàn)閷訝钚毕蚪Y(jié)構(gòu)，呈較有利組合，屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀對(duì)左側(cè)邊坡穩(wěn)定性影響較小，且發(fā)育有3組節(jié)理，經(jīng)赤平投影分別分析單組和兩兩組合結(jié)構(gòu)面，部分結(jié)構(gòu)面為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，易產(chǎn)生碎落、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性較差；而在施工條件下，由于開挖對(duì)巖土體的擾動(dòng)、破壞作用，可使坡體穩(wěn)定性降低，可能加劇碎落、坍塌、崩塌及滑塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。綜合評(píng)價(jià)，該路塹邊坡穩(wěn)定性差。

5 結(jié)論

項(xiàng)目區(qū)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造痕跡以褶皺為主，但巖體破碎～較破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育～發(fā)育，對(duì)邊坡穩(wěn)定性有影響。場(chǎng)地內(nèi)不存在泥石流、崩塌、滑坡等不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。擬建工程場(chǎng)地類別為可進(jìn)行建設(shè)的一般場(chǎng)地。結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、外動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象及巖(土)體強(qiáng)度，綜合分析認(rèn)為，路塹場(chǎng)地穩(wěn)定性較差，在加強(qiáng)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)后，可以進(jìn)行擬建工程建設(shè)。開挖后該坡體自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，施工過(guò)程中宜采用分層開挖、分層防護(hù)和坡腳預(yù)加固技術(shù)，并采取坡面防護(hù)措施。