道路修建對沿線河道邊坡的影響分析

■曾 山

（福建高能建設(shè)工程有限公司，福州 350000）

1 工程概況

山區(qū)道路修建會對沿線地表水文環(huán)境及地下水環(huán)境造成影響，從而影響到沿線河道邊坡、溝谷邊坡的穩(wěn)定性。

省道309線永定湖坑伯公凹至岐嶺公路改建工程全長26.979km，路線起點(diǎn)位于永定縣與平和縣交界處湖坑鎮(zhèn)伯公凹省道309線上，終點(diǎn)位于永定縣岐嶺鄉(xiāng)團(tuán)村的省道309線上，接已改造的省道309線岐嶺-接官亭公路。本項(xiàng)目的建設(shè)對改善沿線的交通條件和投資環(huán)境，拓展山海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作，推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，將發(fā)揮重要作用。同時本項(xiàng)目公路鄰近洪坑土樓群和初溪土樓群，對于永定土樓旅游資源的開發(fā)利用具有極其重要的意義，使社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃與土樓旅游資源開發(fā)緊密結(jié)合。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對河床K0+000～+365進(jìn)行回填，先后在河床K0+210、K0+105處設(shè)置墻高4m的土袋圍堰，K0+365處設(shè)置混凝土引水槽及攔水壩，在K0+000處砌筑片石混凝土擋水壩。路線K2+158～+281處采用路基加設(shè)箱涵的形式，涵洞中心位于K2+200處（圖1）。

圖1 河道平面圖

2 區(qū)域工程地質(zhì)條件分析

2.1 地形地貌

本路段主線位于龍巖市永定縣境內(nèi)，沿線穿越地區(qū)為博平嶺山脈南端，起點(diǎn)位于永定與平和兩縣的天然界山，金豐溪與平和蘆溪的分水嶺。沿線地貌單元較復(fù)雜，主要為低山、丘陵夾溝谷地貌、河流沖積階地地貌，地形起伏較大。

K2+158～+281區(qū)段屬于丘陵坡地夾河流溝谷地貌，附近海拔標(biāo)高在640～760m之間。U型谷發(fā)育，地勢較高，水流較緩。根據(jù)地形等高線圖，沿河谷山體較陡峻，斜坡坡度 30～35°之間，局部可達(dá)到 35～55°。 采用 GIS 軟件獲得區(qū)段內(nèi)地形地貌如圖2所示。區(qū)段內(nèi)植被發(fā)育一般，地勢起伏較大（圖3）。河床縱坡坡度為5.3%。

圖2 區(qū)段內(nèi)地形地貌（單位：m）

圖3 區(qū)段內(nèi)植被覆蓋情況

2.2 地層巖性

根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料，坡地主要分布?xì)埰路e層，局部地段含碎石、塊石；溝谷地段主要分布漂石層，骨架顆粒充填以砂、卵石及泥質(zhì)為主；階地表層局部地段覆蓋薄層粉質(zhì)粘土，下部為厚層漂石；下伏基巖風(fēng)化裂隙較發(fā)育。根據(jù)K2+158～+475段的鉆孔柱狀圖，區(qū)段內(nèi)巖性由上至下依次為坡積粉質(zhì)粘土 （局部分布有凝灰熔巖殘積粘性土）、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、中風(fēng)化凝灰熔巖（圖4）。其中粘性土層厚分布不均：海拔小于700m、地勢陡峭地段，土層厚度為0.3～1m；海拔大于700m、地勢平緩地段，土層厚度較大。鉆探獲得的粘土層最大厚度為7.8m。地層自上而下表現(xiàn)為：

（1）坡積粉質(zhì)粘土：褐紅色，濕，可塑。以粘粉粒為主，粘性中等，干強(qiáng)度中等，表層可見少量植物根系。

（2）凝灰熔巖殘積粘性土：淺黃色，濕，可塑。以粘性土為主，手搓略有砂感，粘性中等，干強(qiáng)度中等。

（3）砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：淺黃色。原巖結(jié)構(gòu)可辨，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，長石礦物已風(fēng)化成土狀，巖芯呈砂土狀，手掰易散。屬極軟巖。

（4）碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：灰色，深灰色。原巖結(jié)構(gòu)易辨，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，塊徑以2～5cm為主，碎塊用手不易折斷，錘擊可碎。屬軟巖。

（5）中風(fēng)化凝灰熔巖：淺灰色。凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。安山質(zhì)，礦物成分以長石、角閃石及凝灰質(zhì)為主，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯以柱狀為主，巖芯長5～25cm，少量碎塊狀、短柱狀，巖質(zhì)較新鮮，錘擊聲清脆，有回彈。屬較硬巖。RQD=50。

（6）河谷中有 0.6m厚漂石層，淺灰色，濕-飽和，稍密。漂石含量80%～85%，粒徑20～30cm，呈次圓狀、圓狀，母巖巖性以凝灰熔巖為主，呈中風(fēng)化狀態(tài)。孔隙間充填以卵礫石為主。

2.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存類型分類，本區(qū)主要發(fā)育有第四系沖洪積層孔隙水、基巖裂隙水兩大類型。

其中第四系沖洪積層孔隙水分布于河流及其支流、階地和山間沖洪積小盆地、溝谷地帶，主要貯存于砂、礫、卵石、漂石層中，透水性較好，水位埋藏較淺，水量較豐富，接受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給。

圖4 K2+158～+475地層分布

基巖裂隙水賦存于風(fēng)化層裂隙-孔隙中，富水性較差，沿線凝灰熔巖分布區(qū)巖石風(fēng)化層厚度普遍較大，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖結(jié)構(gòu)松散，透水性相對較好，中風(fēng)化巖富水性較差。主要受大氣降水補(bǔ)給，水量受季節(jié)變化影響大，往兩側(cè)溝谷或低洼地帶排泄。

地下水對混凝土不具腐蝕性，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JTG C20-2011）附錄 D，為Ⅱ類環(huán)境[1]。

河谷水流較緩，流量受降雨量影響明顯，年內(nèi)分配不均，汛期多集中在5～8月，占全年總流量的70%以上。根據(jù)設(shè)計(jì)資料按1/100的設(shè)計(jì)洪水頻率，原中山大橋設(shè)計(jì)洪水位為665.449m。根據(jù)室內(nèi)水質(zhì)分析資料可判定為無腐蝕性。

2.4 氣候條件

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，線路所在區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，溫和濕潤。歷年最大降雨量2348mm，平均降水量約1600mm；年降雨日160～175天，3～4月為春雨季，雨量約占全年23%～24%；5～6月為梅雨季，雨量約占全年36%～37%；7～9月為臺風(fēng)、雷雨季，約占全年20%；10月至次年2月為少雨期，約占全年20%；降雨分布不均勻，變化很大。夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)，最大風(fēng)速24m/s。

3 河道邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性要求與分析方法

明渠修建后由于人為提高地表水位，將引起山體地下水位提升，對山坡土體穩(wěn)定性帶來不利影響。一旦發(fā)生邊坡失穩(wěn)，將對工程的順利進(jìn)展造成影響，因此需對地下水位提高后河道邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

河道邊坡屬于自然邊坡，與路塹邊坡與路堤邊坡存在差異。參照公路邊坡穩(wěn)定性要求[2]，取河道邊坡正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.15～1.25，非正常工況Ⅰ穩(wěn)定安全系數(shù)為1.02～1.05。其中正常工況指邊坡處于天然狀態(tài)下的工況；非正常工況Ⅰ指邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況。

邊坡穩(wěn)定性分析常采用剛體極限平衡理論，該理論是經(jīng)典的確定性分析方法，在工程界應(yīng)用非常廣泛。基本思想是將滑動趨勢范圍內(nèi)的邊坡巖土體按一定規(guī)則劃分為一個個小塊體，通過塊體的平衡條件來建立整個邊坡的平衡條件，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行邊坡分析。目前已有了多種極限平衡分析方法，如：瑞典條分發(fā)、畢肖普法、簡布法、摩根斯頓-普賴斯法、不平衡推力傳遞法、薩爾瑪法、楔體法等[3]。

河道邊坡穩(wěn)定性分析中，主要考慮表層粘土和強(qiáng)風(fēng)化層的穩(wěn)定性；路堤邊坡穩(wěn)定分析中，填料為散體結(jié)構(gòu)。由于Morgenstern-Price法可用于任意形狀的滑動面，同時滿足力矩平衡條件和靜力平衡條件，還容許條塊間力的方向發(fā)生變化，因此采用該方法對河道邊坡和路堤邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

計(jì)算中采用GEO SLOPE/W軟件。SLOPE/W是全球巖土工程界應(yīng)用最廣泛的專業(yè)邊坡穩(wěn)定性分析軟件[4]。軟件中用極限平衡理論對不同土體類型、復(fù)雜地層和各種滑移面形狀的邊坡中的孔隙水壓力分布狀況進(jìn)行建模分析。該軟件能采用多種方法（Morgenstern-Price、Spencer、Bishop等）對滑移面形狀改變、孔隙水壓力狀況、土體性質(zhì)、不同的加載方式等巖土工程問題進(jìn)行分析。

3.2 河道邊坡穩(wěn)定性分析

工程施工過程中第一步在河床樁號K0+210處土袋圍堰頂高程670.40m，墻高4m，并沿山谷右側(cè)山體開挖一道明渠（3.00×2.50，長 180m）將水引至河床樁號為 K0+365處，出口高程為667m，采用臨時急流槽回原河床高程660.50m。至此河道內(nèi)水沿明渠排出，確保填方在無地表水作用下施工。

由于人為提高地表水位，將引起山體地下水位提升，對山坡土體穩(wěn)定性帶來不利影響。為將河道水流排走，分三次在不同的地方修建明渠。下面主要對第一條明渠進(jìn)行分析。

水位提高按4m計(jì)算。河道邊坡地質(zhì)剖面圖見圖5，計(jì)算結(jié)果見圖6，河道邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.652。計(jì)算結(jié)果表明，潛在最危險滑動面存在于表層坡積含砂粘土中；修建明渠水位提高后，邊坡穩(wěn)定性滿足要求。

圖5 河道上游邊坡地質(zhì)剖面圖

圖6 河道邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果（Fs=1.652）

4 施工建議

（1）為確保原河道回填后地表水流暢通，建議在回填處設(shè)置3%的橫坡，朝明渠方向傾斜。

（2）山體邊坡必須做好截排水工作。建議將右側(cè)山體水流引至最終成型的明渠中。對于左側(cè)山體，在山腳處做好截水溝，相應(yīng)的在路基下方設(shè)置過水洞，將左側(cè)山體地表水流及滲水引走。

（3）施工過程中應(yīng)注意對河道邊坡植被的保護(hù)，如有破壞或原本存在的地表裸露區(qū)，應(yīng)在工后進(jìn)行補(bǔ)種。

（4）明渠若砌筑在回填后形成的地表面上，應(yīng)確保渠底填筑土體壓實(shí)度大于原地表壓實(shí)度，防止明渠因不均勻沉降而導(dǎo)致?lián)p壞。

（5）為防止明渠中的水流滲入原河道中，建議對明渠采用混凝土護(hù)面加固，尤其要對明渠底部做好防滲砌筑。

5 結(jié)論

（1）山區(qū)道路施工中，由于山體地下水位提升，對附近河道山坡土體穩(wěn)定性將帶來不利影響。

（2）省道309線永定段U型谷發(fā)育，地勢較高，水流較緩，施工造成地下水位最高提高4m。

（3）采用Morgenstern-Price法計(jì)算表明，該項(xiàng)目河道邊坡安全系數(shù)為1.652，符合穩(wěn)定性要求。

[1]JTG C20-2011,公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[2]JTG D30-2015,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]王新忠,薛小剛,李寧利,等.基于極限平衡法的機(jī)場高填方邊坡穩(wěn)定性分析研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,43（4）:89-93.

[4]馬暾.基于Geo-Slope某高速公路邊坡?lián)跬翂Ψ€(wěn)定性分析[J].礦產(chǎn)勘查,2009,12（2）:61-63.