斜坡路基邊坡穩定性及治理措施研究

馮志剛

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南鄭州454500）

1 引發斜坡路基邊坡破壞的原因

不同于其他類型的邊坡穩定問題，斜坡路基邊坡具有比較突出的地質復雜性，且一般有挖填方高度較大、工期長的特點，所以導致邊坡破壞的原因往往也比較復雜，不同因素之間也存在相互促進作用，具體來看可大致歸為以下幾點：

1.1 水的作用

我國幅員遼闊、地質條件多樣，這也就導致工程建設往往需要面對復雜的環境，尤其是在山區開展的建設還應當對泉眼、溪流等進行考慮。在挖填工序結束后，常常會導致原有的泉眼、流徑被堵塞，使得排水通道被堵塞。若未能采取合理的排水措施，那么地表水系就很容易向下滲入填土中，導致邊坡穩定性下降。具體來看，主要可分為下面兩種情況：填土中水位高于坡面高度，使得地下水存在向坡面滲透的趨勢，以此在邊坡內產生水動力，導致邊坡向下發生相對滑動；同時水的滲透作用也會導致土體軟化，進而使得結構的抗剪承載力損失。此外，受到強降水的影響，若邊坡施工時排水設施不健全、水流高差大，則往往還會對坡面產生大面積沖刷，為后續施工作業帶來嚴重問題，甚至還會引發滑坡、泥石流等地質災害。

1.2 軟弱夾層和結構面

邊坡土體中若存在軟弱夾層或薄弱結構面，那么填土工序就會使得滑動面上的剪應力水平不斷提升，若其超過極限抗剪強度，則填土就會發生滑移。因此，在施工前就需要技術人員能夠對建設地的地質條件進行全面有效的勘察，盡可能發現其中存在的軟弱夾層，并采取適當的措施進行處理。在工程建設的范圍內，原有的坑槽、洞穴都需要回填處理，并且依據規范要求壓實至滿足要求。對于原地基為耕地或松土的，還需要進行地基處理，處理深度應當滿足設計要求，并反復壓實[1]。

1.3 填土施工質量缺乏保障

根據我國現行規范要求，永久性邊坡坡度應當控制在1.5～2.0 的范圍內。但值得注意的是，在一些特殊工程中需要采取盡可能大的邊坡坡度，以此來達到節約土地資源的目的。但這樣也會在一定程度上降低邊坡穩定性，并提升施工作業的難度。所以，在進行分層碾壓施工時，應當嚴格控制碾壓設備的位置，限制其與邊坡的間距。此外，由于邊坡失水問題一般比較突出，難以控制土體的最佳含水量和最大密度指標，容易導致壓實系數的不穩定問題。特別是對無側向支撐的邊坡而言，在大型機械的持續作用下，土體的橫向運動趨勢也會更加明顯，并在坡面方向上產生滑移。這對于控制地基壓實度而言就產生了一定的不利影響，同時也導致邊坡內出現縱向微隙，使得壓實不連續問題更加突出。

1.4 外界環境的影響

邊坡土體的抗剪強度在外界因素作用下會發生比較明顯的下降，所以外界因素也是影響邊坡穩定的重要因素。當土體內滑動面的滑動力達到極限抗剪強度時，土體即會產生滑動。

具體來看，可分為以下兩個方面：一方面，外界施加的作用會對土體產生一定的擾動，使其偏離原有的平衡狀態。譬如在路塹、路堤的開挖作業中，由于受到外加荷載、地震作用、地下水滲流等的影響，土體很容易出現失穩狀況。另一方面，受到外界環境因素的長期作用，土體的抗剪強度往往會出現一定程度的損失，使得邊坡處于不可控的力學狀態下。譬如，天氣的突然變化導致土體發生濕脹、凍脹等現象，進而導致土體變得松散，抗剪強度也會隨之下降[2]。

2 斜坡路基邊坡的設計原則

對已有的研究與實踐進行分析可以得出，斜坡路基邊坡設計應當遵從以下原則進行：

其一，斜坡路基的處理需要對復雜地質條件進行全面考慮，同時近些年我國設計標準不斷提高，考慮到高填方工程在安全可靠、經濟環保上存在的劣勢，應盡可能避免采取高填方設計。特別是當填方高度過大、存在順層滑坡時，應當對路線做出調整，避開這一區域，同時制定相應的防護措施。如果有條件，在超高路堤位置可以制定高架橋設計、隧道設計等多個方案，并進行比對分析，選擇其中最佳的方案。

其二，當邊坡坡度處于1∶5～1∶2.5 的范圍內時，在施工位置應當開挖臺階，且臺階的寬度應當大于2m。對于覆蓋層較薄的巖基，還應當先清理好覆蓋層再進行臺階施工。對于具有一定厚度且較為穩定的覆蓋層，可以予以保留。

其三，當邊坡坡度大于1∶2.5 時，應當預先對邊坡穩定性進行驗算，且要求其抗滑穩定系數不應低于規范相應限制，否則需要采取措施改進基底條件或外設支擋結構。

其四，當路堤基底選定在軟弱土體上時，設計人員應當驗算在外界作用下結構的穩定性，若驗算結果不滿足要求，那么就需要采取針對性措施改善基底條件。在洼地、稻田等不良基底條件下，需要首先排干地表水系，或在底部填埋一定量的滲水材料。在軟土條件下開展筑路施工，需要采取可靠的加固措施，譬如換填、拋石擠淤、砂墊層等都是工程中常見的方法。

3 工程案例分析

下面以我國某公路工程為例展開分析，該項目位于區域路網規劃的重要位置，采用雙向四車道設計，全長約107km，其設計速度為80km/h。以該項目沿線124 個路基邊坡的勘察報告數據為基礎展開分析。

3.1 穩定性計算分析

選擇項目中比較具有代表性的邊坡段進行評價。該邊坡土體的基本物理力學參數如表1所示。借助FLAC 有限元分析軟件對未經處理的結構進行2D 平面應變計算，評價其穩定性。若計算結果顯示其不滿足規范要求，結構處于不穩定狀態下，那么就需要制定完善的加固措施進行補強處理，并借助FLAC 有限元分析軟件對應變進行計算，如不滿足要求則需要對其加固措施進行調整，直至計算結果滿足要求位置。

表1 土層的基本物理力學參數

通過計算得到，按照原設計該邊坡的安全系數僅為1.01，低于標準限值，所以需要采取措施進行治理。

3.2 治理措施及穩定性分析

由于該邊坡安全系數不滿足要求，因此在本項目中要采取削坡減載的方式來進行治理。

對于坡度較大的填方邊坡，實際工程中還可以通過降低坡度的方式來提升結構的穩定性。削坡時一般可采用直接削坡法或挖臺階法兩種，其中直接削坡法的操作簡單但對施工環境要求比較嚴格，若不滿足就需要擴展坡腳，這會導致工程量顯著提升。作為一類通過減載來提升結構安全性的方法，挖臺階法需要在施工前反復校核施工后臺階的穩定性。一般而言，滑坡體的上部重量對于結構穩定有著不利影響，而下部重量則有著積極作用。所以，在工程中可以借助挖填平衡原則來改善邊坡的穩定性，且該方法降低邊坡坡度不會帶來工程量增大的問題，但應當保證坡腳位置的質量可靠。如有必要，還應當在坡腳位置額外設置排水墊層來緩解水的滲透作用對坡面穩定性的不利影響。削方減載直接受到滑動面形態的影響，同時也與排水措施有著密切關系，一般適宜在前緣緩坡段較長的滑坡中進行應用，且削方量應盡可能控制在滑體20%以內。

3.3 應用挖臺階法進行治理

清理路基坡腳，使得坡腳附近沒有雜物、植被。

在原有邊坡坡面上開挖臺階，且臺階寬度應大于2m，高度以2m 為宜，且臺階最好形成2%～4%的反向橫坡，臺階的壓實度指標應當滿足規范中對相應填土的規定。

碼砌邊坡。該工序可以依據邊坡的高度分三級完成，其中第一級高度定為5m，選擇1∶1.25 的坡率，使用大塊石進行雙層碼砌，每層厚度取為1m；第二級高度定為7m，選擇1∶1.5 的坡率，使用大塊石進行多層碼砌，每層厚度取為1.5m；第三級選擇1∶1.75 的坡率，使用大塊石進行多層碼砌，每層厚度取為2m；在變坡的地方應當額外設立一道1m 寬的臺階，臺階面以4%的坡度向外傾斜。碼砌石塊時應當保證相鄰石塊間能夠緊密貼合，且沒有松動、空洞的問題，砌塊的接觸面還可以略微向內偏移[3]。

填料。石材攤鋪環節應當分層完成，且秉承先底后高、先兩側后中央的基本原則。石料鋪設的厚度一般需要小于50cm，且石料的最大粒徑應當小于鋪層厚度的2/3。

碾壓。在對鋪設的填料進行找平后，需要首先采用18t 的光輪壓路機碾壓一遍，隨后再用重型壓路機以振動碾壓的方式碾壓兩遍。碾壓的過程應當秉承先兩側、后中間的原則，且相鄰兩遍碾壓需要錯開至少1/3 的輪寬。當對同一位置的前后相鄰兩次碾壓高差小于3mm 時，即可認為達到停止碾壓要求。

3.4 治理后邊坡的穩定性分析

在對原有邊坡進行處理后，再次借助FLAC 有限元分析軟件進行計算，得出其穩定系數為1.38，滿足建設規范要求，因此可以認為挖臺階法治理的效果可靠，能夠達到預期效果。

4 結語

目前斜坡路基邊坡的穩定性評價及邊坡治理已經成為我國工程建設的關鍵內容，特別是在山區公路工程項目中發揮著重要影響。需要技術人員在工程中秉承基本設計原則，充分考慮到水、軟弱夾層、氣候條件等的影響，并且選用合適的治理措施來使其穩定性滿足要求。