某公路邊坡穩定性研究與治理措施建議

方迎輝

（陜西省煤田地質局194隊，陜西銅川727000）

某公路邊坡穩定性研究與治理措施建議

方迎輝*

（陜西省煤田地質局194隊，陜西銅川727000）

以某公路挖填活動誘發的邊坡穩定問題為研究對象，通過查明邊坡區的地質環境條件，對邊坡巖土體進行基本的室內物理力學試驗，提供穩定性評價所需參數，進行邊坡穩定性的定性和定量評價，并對已建擋土墻的穩定性進行計算，預測邊坡穩定性的發展趨勢，提出相應治理措施建議，為邊坡的治理設計提供相關依據、為邊坡維護工作提供指導。

公路；邊坡；穩定性；措施；建議

1 概述

由于印臺區順河至前齊公路在金山南麓盤山而上，需要對山體進行大量開挖，不可避免的形成一系列路塹邊坡，由于地形的限制和地質構造的原因，致使公路沿線邊坡發生了個別失穩變形現象，如裂縫、滑塌等。這些邊坡的穩定直接影響未來公路的正常運營，并威脅來往車輛、行人的安全。

2 邊坡地質環境條件

2.1 地形地貌

邊坡位于陜北黃土高原南緣黃土殘塬梁峁區，黃土大面積覆蓋于由二疊系基巖地層構成的丘陵山地的基巖古地形之上，區內溝谷密布、地形破碎、溝壁陡峭，切割深度約100～200m，多呈“V”字型溝谷。邊坡位于山腰下部，山上植被茂盛，樹木叢生。邊坡陡峻，沖溝發育，溝壁陡峭，易發生滑坡、崩塌等地質災害。

2.2 地質構造與地層巖性

區內地層平緩，其主體為向北西緩傾斜的單斜構造，傾角5°～15°，南陡北緩，其間發育寬緩的背、向斜和斷層。根據調查，該段邊坡出露巖層產狀基本符合這一特征。

邊坡主要組成物質為離石黃土和二疊系砂巖及砂泥巖互層。邊坡西側黃土覆蓋，未揭露基巖，邊坡東側基巖大范圍出露。

銅川市屬于少震、弱震區，震級通常在4級以下。地震烈度為Ⅵ度區。

2.3 水文地質條件

本區屬暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，多年平均降水量約589mm，最大年降水量達到870mm，最大日降水量達到132.8mm。

漆水河為本區主要河流，從公路坡腳西側通過，距離評價邊坡約50m，流量達800m3/h，河谷較寬，下部為基巖，河床比降12%～20%。

邊坡附近無其它地表水體，邊坡區未見泉水出露。

區內地下水為第四系松散巖孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。

第四系松散巖孔隙水分為第四系沖積層潛水（主要集中于漆水河干流及支流，以潛水為主。含水層為砂礫巖，多在河漫灘前緣陡坎處以泉形式溢出，有隨季節變化的特點）和黃土層孔隙水（分布在黃土殘塬梁峁區，局限大、水量小，常在溝谷底部溢出）。

碎屑巖類孔隙裂隙水主要為洛河砂巖裂隙水，洛河砂巖主要分布在邊坡外的東側，本邊坡坡體上未揭露。

3 邊坡特征分析

3.1 邊坡形貌及結構特征

本段邊坡長170m，高10～30m（圖1）。

具體形貌特征分段描述如下：

（1）0～50m段邊坡為一級路塹邊坡，高20m，平均坡度53°，走向南東（154°）。邊坡表層沖洪積層厚3～4m，下伏依次為二疊系灰白色砂巖、灰綠色泥巖、棕紅色砂質泥巖。其中，灰白色砂巖厚約3m，中風化—強風化；灰綠色泥巖砂質含量較高，厚約0.3m，強風化—全風化，巖體破碎、裂隙發育；其下伏棕紅色泥巖，強風化—全風化，泥巖“X”型剪節理十分發育，巖體破碎、裂隙發育，表面風化成碎塊—粉末狀，遇水軟化崩解速度增加。

圖1 邊坡平面圖（鏡像正北）

本段邊坡頂部為沖溝溝口洪積扇，從邊坡開挖面清晰可見沖溝斷面（圖2），沖溝原狀斷面成“V”型，后由第四系沖洪積物填充。沖溝順該段邊坡走向延伸，在邊坡轉向處向西溯源而上，溝內植被茂密，交匯處溝底比降平緩，溯源而上比降增加，除遇暴雨或持續降雨，溝內無明顯地表徑流。

圖2 原沖溝溝底（鏡像北）

坡體上植被覆蓋率高，坡頂散布落石。坡腳修筑有擋土墻，墻高4m，頂寬1.5m，在棕紅色泥巖出露區域，當地工人正在用青磚進行封閉，封閉墻高度4m。

（2）50～150m段邊坡屬于二級黃土路塹高邊坡，高10～30m，中部高兩側低，坡度55°，走向南東（99°）。坡體結構屬于類均質體結構，除坡頂分布有薄層耕植土外，邊坡整體由離石黃土組成，間夾多層古土壤，巖土體組成物質單一，工程特性簡單，無明顯軟弱結構面。

坡頂植被茂密；坡體上有6孔窯洞，其中1孔完全坍塌掩埋，其余5孔均用砂袋封堵洞口；坡腳修筑有擋土墻，墻高4m，頂寬1.5m。邊坡中部發育有沖溝1條，沖溝寬4m，長15m，側壁近于垂直，溝內植被茂密，調查期間溝內未出現地表徑流，溝口位于一級平臺，由于沖溝沖蝕下切作用，溝口處平臺高度較兩側低2m（圖3）。

圖3 邊坡沖溝（鏡像西）

一級坡高4～10m，中間由于沖溝作用，高度最低，成梯形斷面，由梯形側壁向兩端高度逐漸降低，坡面布有梅花狀氣壓鉆鉆孔，孔內種植有坡面防護用植被。一級平臺寬2m，東高西低，西側平臺高度降至擋土墻墻頂消失，東側平臺在轉角崩塌處消失。平臺挖有排水溝，排水溝深40cm，寬60cm。

二級坡高15～18m，中間高，兩端低，坡度65°。坡面布有梅花狀氣壓鉆鉆孔，孔內種植有坡面防護用植被。

3.2 邊坡變形特征

3.2.1 邊坡變形破壞

在邊坡轉向處，坡體頂部原為小型苞谷地平臺，由于頂部農作物耕種、水體下滲及下部邊坡坡腳開挖，致使該處坡體失穩發生崩塌。崩塌體高10m，寬22m，厚2～3m。崩塌堆積物組成為離石黃土，含少量碎石，碎石成分以泥巖、砂質泥巖為主。坡頂發育1條裂縫，走向90°，長8m、寬0.03～0.1m，距坡頂0.5m。

崩塌處右側棕紅色泥巖在該處坡體向下發育并尖滅（圖4），推測此處有一小型斷層。且崩塌點緊鄰沖溝，崩塌堆積體與泥巖強風化碎石土接觸，巖土體性質差異大，加上外界誘發因素，坡體天然應力狀態發生改變，有可能進而沿黃土及碎石土接觸面產生滑動，發生二次災害，直接威脅擋墻下方公路過往車輛及行人的安全。

圖4 邊坡崩塌體（鏡像東南）

3.2.2 邊坡上建筑（構）物變形破壞

在邊坡東側有6處窯洞，其中一處已垮塌，洞頂裂縫發育，裂縫局部延伸至一級平臺。部分窯洞用砂袋封堵洞口，窯洞內部未做任何處理，裂縫、垮塌仍然發育。黃土垂直節理裂隙發育，降水沿黃土體孔隙或裂隙下滲，當滲透至窯洞頂部并進一步擴散時，洞頂巖土體軟化，強度降低，形成破裂面，同時，土體自重增加，洞體變形破壞，洞頂土體垮塌，坡體天然應力狀態發生改變，促進坡體變形破壞。

4 邊坡穩定性分析評價

4.1 定性評價

本邊坡是在公路修筑場地平整過程中對場地山體進行開挖填方而形成的。0～50m段坡頂松散堆積層較厚，約3～4m，坡面基巖出露，主要為砂巖、泥巖及砂質泥巖，節理裂隙發育，坡面陡峭，巖層反傾。其中，泥巖與砂質泥巖已風化成碎塊狀，砂巖為中風化—強風化。50～150m段坡面均為離石黃土，節理、裂隙發育，局部有0.5～1m的古土壤出露。

坡腳已修筑漿砌塊石擋墻，擋墻高4m，墻前修筑排水溝（0.7m×0.7m）及綠化帶，坡面整體已植草防護。其中，0～10m段邊坡目前處于基本穩定狀態，但是由于坡面較陡，臨空面較高，且一級平臺未修筑排水溝，若遇暴雨，局部有發生變形破壞的可能；邊坡轉向處有一處小型崩塌，若遇暴雨，有再次發生崩塌的可能，現狀欠穩定；邊坡西側有6處窯洞，窯洞口密封，窯洞內為充空狀態，局部垮塌，現狀欠穩定；坡體上的小型沖溝匯水面積小，沖溝內植被發育，形成泥石流的可能小。

4.2 定量評價

4.2.1 圓弧條分法

在對本邊坡進行調查、取樣并對樣品進行大量室內試驗的基礎上，結合反算和經驗的參數，確定了該區巖土體的工程參數（表1），將邊坡的實測現狀斷面在理正巖土系列軟件的邊坡穩定分析模塊中進行建模，并且輸入相關的巖土體參數，應用圓弧自動搜索方法對該邊坡的實測現狀斷面進行最危險滑面的搜索。

表1 巖土體工程參數取值表

在對整體坡的穩定性進行檢算的同時，對單級坡的檢算也是必要的。通過分析，需對該邊坡的1-1′、2-2′兩條離石黃土坡實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模塊和3-3′、4-4′黃土基巖邊坡和沖洪積層覆蓋的基巖斷面處的復合邊坡分別建立模型，輸入參數并用圓弧條分法進行了穩定性檢算，檢算結果見表2。

表2 邊坡穩定性計算結果表

通過用理正巖土系列軟件的圓弧條分法算法對本邊坡的2條離石黃土坡實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模塊和黃土基巖邊坡和沖洪積層覆蓋的基巖復合邊坡斷面進行搜索計算，該邊坡現在處于基本穩定到穩定狀態。若發生破壞，則坡體東側黃土坡體發生破壞的可能性較大，且坡體整體破壞的可能性大于局部破壞的可能性。

4.2.2 主動破裂角推斷法

根據現狀坡形，用主動破裂角推斷法對該邊坡進行進一步的檢算。在對整體坡的穩定性進行檢算的同時，對單級坡的檢算也是必要的。通過分析，需對該邊坡的1-1′、2-2′兩條黃土坡體實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模分別建立了模型，輸入參數并用圓弧條分法進行了穩定性檢算，檢算結果見表3。

表3 邊坡穩定性計算結果表

通過分析，需對該邊坡的1-1′、2-2′兩條黃土坡體實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模分別建立模型，通過主動破裂角推斷法計算，主動土壓力均小于零，說明該段邊坡現在處于基本穩定到穩定狀態。若發生破壞，則坡體中部發生破壞的可能性較大，且坡體整體破壞的可能性大于局部破壞的可能，這與圓弧條分法的搜索結果一致，破裂角范圍在44.3°～45.8°之間。

4.2.3 直線破裂角法

根據主動破裂角推斷出來的結果，用直線破裂角法對該邊坡進行進一步的驗算。4條現狀斷面在理正巖土系列軟件的邊坡穩定分析模塊中進行建模，并且輸入相關的巖土體參數，應用直線破裂面自動搜索方法對該邊坡的1-1′、2-2′兩條離石黃土坡實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模塊和3-3′、4-4′黃土基巖邊坡和沖洪積層覆蓋的基巖斷面處的復合邊坡分別建立模型，輸入參數并用直線破裂角法進行穩定性檢算，檢算結果見表4。

表4 邊坡穩定性計算結果表

通過對2條離石黃土坡實測現狀斷面整體坡形及每條斷面內包含的2條單級坡模塊和黃土基巖邊坡和沖洪積層覆蓋的基巖復合邊坡斷面進行搜索計算，該段邊坡現在處于基本穩定到穩定狀態。這與定性評價的結果相一致。但是通過對3種計算結果的統計，3種方法計算的結果都表明處于基本穩定狀態的斷面占大多數，黃土基巖邊坡和沖洪積層覆蓋的基巖復合邊坡現在處于穩定狀態，若發生破壞，發生圓弧破壞的可能較大，坡體中部及東側黃土邊坡發生破壞的可能性較大，且坡體整體破壞的可能性大于局部破壞的可能，推測可能滑面見圖5～圖8。

圖51 -1工程地質斷面圖

圖62 -2工程地質斷面圖

圖73 -3工程地質斷面圖

4.3 擋土墻穩定性計算

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002），對已修筑的擋土墻進行抗滑動穩定性和抗傾覆穩定性計算，利用理正巖土系列軟件搜索出的滑面并結合邊坡現狀特征對邊坡進行抗滑動穩定性和抗傾覆穩定性計算。

由計算結果可知，擋土墻抗滑動穩定系數為1.35，抗傾覆穩定系數為1.64，滿足規范要求。

5 工程措施建議

5.1 存在問題

邊坡東側處于基本穩定狀態，邊坡西側處于穩定狀態。坡體有6孔窯洞，其中1孔完全坍塌掩埋，其余5孔均用砂袋封堵洞口，且洞口均出現裂縫，處于欠穩定狀態。目前，邊坡下部的漿砌片石擋墻及墻前排水溝等支擋工程結構物完好，坡面已用植被防護，未見變形位移，但坡面截排水系統不完善，一級平臺未修筑排水溝，坡頂未修筑截水溝。該邊坡中段發育1條沖溝，溝口溝底比降平緩，溯源而上比降增加，遇暴雨或持續降雨，流水將對坡體造成破壞。邊坡西側除原沖溝溝底以上分布有沖洪積物外，其下由反傾灰綠色及棕紅色強風化泥巖組成，巖體破碎，節理、裂隙發育，遇水軟化崩解，工程性質差，是該段邊坡軟弱層面，目前處于穩定狀態，但排水系統不完善，雨水下滲將致軟弱層面軟化，致使沖洪積層沿該軟弱面剪出。

圖84 -4工程地質斷面圖

5.2 邊坡加固和防護的基本原則

（1）充分利用現有邊坡的坡形和坡率及完好的坡腳小擋墻，不做大的坡形改變，減少刷方工程量及施工中維持安全運輸。

（2）按照公路對邊坡穩定的要求，完善地表排水系統，邊坡滲水處應增加必要的地下排水工程，減少水對邊坡穩定的影響。

（3）針對各個邊坡不同的地質條件、變形類型、穩定狀態，采取不同的加固和防護工程措施。低邊坡及土質、類土質邊坡以設計穩定的坡形、坡率為主，只做排水和坡面防護工程，不做加固工程；高陡邊坡整體穩定者，只做局部加固；對有整體失穩滑動和崩塌的邊坡，包括順層邊坡，應采取強有力措施加固，確保邊坡穩定。

（4）關于邊坡綠色防護，依據已有邊坡現狀，在確保穩定的前提下，不強調全坡面綠色生態防護。低邊坡應做綠色植物防護，高陡的巖質邊坡盡量做到第一級坡綠色防護，以上可保持原狀。

5.3 邊坡加固和防護措施建議

鑒于邊坡目前穩定狀況，在特殊的環境地質條件因素影響作用下，坡面有變形破壞的隱患，為加強邊坡的防護加固工程力度，結合邊坡處治的基本原則，提出以下邊坡處治的基本措施：

（1）完善坡面排水系統。除坡頂為反向坡無地表水流入邊坡區的以外，均設坡口外截水溝，將自然坡水流引排入邊坡兩側自然溝或路塹邊溝排除。

（2）在邊坡的一級平臺臺階上設置漿砌片石排水溝，截面0.3m×0.3m或0.3m×0.4m。據邊坡匯水面積而定，并引入兩側截水溝或引入邊溝排除。

（3）邊坡轉向處崩塌災害點，由于修建護坡墻封閉崩塌體中下部，墻頂設有排水溝，起到一定防護效果，但仍需完善。建議在護坡墻墻頂崩塌體寬度范圍內設置一道防崩墻，墻體外立面與排水溝里側銜接，采用M10漿砌片石砌筑，墻高1m，頂寬40cm；墻體高30cm處設置排水孔，孔徑100mm，坡度5%，間距2m；對崩塌體及其后壁進行植草綠化。

（4）坡面6處窯洞應重新進行全空間封堵填實處理，即采用普通磚配合M10砂漿以1m間距方格狀填充墻處理，洞口上頂封堵填實，洞口植草綠化。

（5）邊坡西側沖溝溝口設置跌水，將水流引排入邊坡兩側自然溝或路塹邊溝排除。

（6）邊坡轉向處崩塌災害點，在其后緣平臺處設置截水溝，截水溝向北延伸與一級平臺排水溝順接，截面0.3m×0.4m。

[1]銅川市印臺區姜女祠景觀路（K0+800～K0+950段及K1+ 440～K1+650段）邊坡穩定性評價報告[R].陜西省煤田地質局一九四隊，2013.

[2]陜西省銅川市印臺區地質災害調查與區劃報告[R].西安科技大學，2009.

[3]DZ/T0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].中華人民共和國國土資源部.

[4]GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S].中華人民共和國建設部.

U416.1

B

1004-5716(2015)11-0021-05

2015-06-29

2015-07-01

方迎輝（1975-），女（漢族），湖南岳陽人，工程師，現從事水文地質、工程地質與環境地質工作。