某山區城市道路路塹高邊坡加固方案研究

李 晨

（中恒工程設計院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

山區城市人多地少，土地資源極其寶貴，因此，在城市發展的過程中，為了增加土地供應，不可避免地會出現“向山丘要土地”的舉措，其市政道路也隨之出現了一批深挖方、高填方等在平原城市中罕見的情況。雖然隨著設計理論和技術設備的不斷進步，設計工作計算過程簡化、速率加快、計算精度大大提高，但在實際施工驗證中還是出現了一些問題，往往引起設計方案變更，資金投入加大，甚至導致邊坡出現滑移、垮塌等情況，給業主的管理、施工的進度和工程的安全帶來了一定的隱患。其中的原因雖然是多方面的，但設計方案科學與否、勘察工作是否嚴謹也是造成以上問題的重要原因，有必要對其進行深入研究。

1 工程概況和地質結構

1.1 工程概況

本道路總體成東西走向，全長約1 km，紅線寬度30 m，道路等級為主干路，設計時速40 km/h，交通等級為重交通。

該市政道路挖方邊坡屬巖質邊坡，最高大于30 m，為高邊坡。原設計采用分級放坡形式處理，每8 m一級，坡率從底部往上依次為1:0.75、1:1、……1:1，每級之間設置2 m寬平臺。具體見圖1。

1.2 邊坡滑移情況簡介

施工期間，在道路K0+620右側坡頂部位，出現了長度約5.00 m，高度約3.00 m，體量大約14 m3的滑塌體；在K0+770右側標高565.24 m第一階平臺部位，出現了長約9.00 m，高約3.00 m，體量約50 m3的滑塌體；另在發生滑塌的坡面部位有長度、寬度不等的裂隙分布，存在繼續產生滑塌的可能，見圖2、圖3。

1.3 區域地質構造

本項目所在地構造帶產生于侏羅系、白堊系地層中，表現為舒緩寬展的褶皺，斷裂極少，呈現由北東逐漸向東面偏轉的弧形褶皺，總的趨勢為北東東向。

由于該邊坡地理位置相對較高，整體南西高北東低，屬淺丘斜坡地貌。暴雨時，局部雨水匯集，在坡頂局部地段有沖刷現象，對坡頂巖土體的穩定有一定的影響。

1.4 邊坡巖體結構特征和物理力學性質參數

場地地層由上至下依次是粉質粘土、泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖。具體構特征如下：

粉質粘土①（Q4dl）：主要在場地內的坡頂及坡腳前沿斜坡地段分布。褐黃色，濕，可塑。干強度較高，韌性較好。層厚1.00～2.70 m。該層物理力學性質一般，是中壓縮性土，有一定承載力，分布較穩定。

泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖②：呈紫紅色，為泥質、粉砂質結構，薄～中厚層狀構造，強風化帶以下層理清晰，產狀185°∠5°。根據風化程度，可將其劃分為強風化層②1和中風化層②2。

圖1 一般路基設計圖

圖2 滑移位置

圖3 邊坡橫斷面圖

原道路詳勘提供的各巖土物理力學指標值見表1。

表1 巖土主要物理力學指標值

2 邊坡滑移現象及穩定性分析

2.1 采用圓弧滑動法進行邊坡穩定性分析試算

圓弧滑動法是道路邊坡最常用的穩定性分析方法。在詳勘階段，勘察單位只提供了巖土體自身的抗剪強度參數，此參數也只能應用于圓弧滑動法，因此先用圓弧滑動法進行試算，見圖4。

圖4 圓弧滑動法穩定性分析原理圖

采用圓弧滑動法計算，抗滑力矩MR和滑動力矩MS之比，即為該巖坡的穩定安全系數FS：

采用簡化Bishop法，使用理正巖土計算程序對邊坡進行穩定性驗證計算。選取邊坡最高的30.5 m處，具體巖土層參數選取表1中的數據。

根據計算，本邊坡在一般工況下的滑動安全系數為6.939，地震工況下安全系數為6.631。根據規范[1]，該道路為主干路，其穩定安全系數正常工況取1.30，地震工況取1.10。按此方法計算，本邊坡穩定性系數滿足規范，是穩定的。

2.2 圓弧滑動法存在的問題

鑒于邊坡發生失穩破壞的實際情況，可看出圓弧滑動法計算結果與實際情況不同。具體原因分析如下：

（1）計算模型選擇。由于絕大多數城市道路工程所在區域均位于相對平坦的地形區，填挖方量相對不大，邊坡高度較低，且絕大部分都為土質邊坡，用圓弧滑動模型進行分析計算是合理的。而這往往導致缺乏經驗的設計人員產生慣性思維，將其應用至所有項目設計計算中。而從滑塌現場可以看出，滑塌體均位于巖質邊坡，滑動面基本呈直線或折線，因此對整個邊坡簡單地采用圓弧滑動法進行計算是不合理的。

（2）計算參數選取。選用圓弧滑動法進行分析時，其抗滑力的主要來源是巖土體自身的抗剪強度（粘聚力、內摩擦角）。本項目巖體自身的抗剪強度較強，使得安全系數偏大。而根據實際情況可看出，邊坡垮塌滑動面和潛在裂隙均位于巖石結構面，因此對此部位作穩定性分析計算時應當選用巖層結構面抗剪強度值，方能得到符合實際的結果。

2.3 邊坡穩定性重新計算

2.3.1 穩定性分析方法及計算參數的選取

根據上文分析，結合地質情況，可首先對邊坡采用赤平極射投影法作定性分析，再使用平面滑動解析法進行定量計算[2]。為此，應要求勘察單位進行補充勘察，提供赤平投影圖和巖石結構面抗剪強度相關參數。

根據補充勘察報告的結果，本邊坡穩定性分析的相關參數見表2。

表2 補充勘察巖土主要物理力學指標值

2.3.2 赤平投影圖分析

根據該調查點的赤平極射投影圖（見圖5）解析：該邊坡坡面產狀193°∠46°，巖層層理面產狀175°∠5°，為順向坡，巖體呈薄層～厚層狀構造；節理面④、⑤、⑥、⑦傾角較大，接近豎直，裂面較平直，無充填，張開0.1～0.3 cm，裂隙間距15～50 cm，屬硬性結構面，結合差，可見發育長度3～5 m。右側邊坡層理、節理的交點位于邊坡線同側，節理與層理之間的交點均位于邊坡弧線外側，即節理裂隙與層理的組合交線傾角較邊坡面傾角緩，極易沿組合線滑動，屬于不穩定邊坡。

圖5 赤平極射投影圖

2.3.3 定量計算

邊坡平面滑動穩定性分析（極限平衡法），計算簡圖見圖6。基本參數見表3。

圖6 計算簡圖（單位：mm）

表3 基本參數選取表

根據計算，本邊坡在一般工況下的滑動安全系數為1.214，地震工況下安全系數為1.027。根據規范，邊坡不滿足規范規定的安全系數，是欠穩定的。

3 邊坡加固方案分析與比選

3.1 方案一——坡率法

擬將邊坡四級邊坡坡率放緩為 1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5。采用平面滑動法，考慮正常工況和地震工況兩種工況，選取邊坡最高、最不利的位置進行穩定性分析計算。根據計算，一般工況下的滑動安全系數為1.336，地震工況下安全系數為1.110。

由此可見，坡率調整后，在天然工況和地震工況下均滿足相關安全系數要求[1]。因此，采用坡率法可使穩定性系數滿足規范，技術上是可行的。

3.2 方案二——抗滑樁

抗滑樁具備施工安全性高，土石方開挖少，對滑體變形及穩定性影響小，在施工過程中可同步驗證地勘資料，發現隱患可以及時處理等優勢。根據本項目邊坡地質情況，可作為比選方案之一。

根據計算，本方案可如下設置：

墻身尺寸：樁總長:16.000 m；嵌入深度：8.000 m；截面形狀：方樁樁寬：1.500 m；樁高：2.000 m；樁間距：3.000 m。

具體設計簡圖見圖7。

圖7 抗滑樁方案設計簡圖

根據計算，抗滑樁方案的各項安全系數和指標滿足相關規范，技術上可行。

3.3 方案三——錨桿框格支護

本方案是在清除滑坡體后采取錨桿+坡面格構進行邊坡治理。具體可如下設置：

水平間距：3 m；豎向間距：3 m；錨桿長度：5～18 m；格構截面尺寸：0.3 m×0.3 m。具體設計簡圖見圖8。

圖8 錨桿框格方案設計簡圖（單位：mm）

根據計算，錨桿框格設計方案的各項安全系數和指標滿足相關規范要求，技術上是可行的。

3.4 方案比選

根據計算，以上三種方案在技術上都可以提高邊坡穩定性，但應結合城市道路特點進行綜合比選，見表4。

表4 方案比選表

作為城市道路工程邊坡治理方案，在選取時應當著重遵循契合上位規劃、減少征地拆遷、提升城市景觀、減少環境破壞等原則。根據這些原則以及表4的對比可以看出：

（1）坡率法雖然施工簡便、造價最低，但突破用地紅線，侵占大量非道路用地，與規劃沖突，其對植被的破壞和棄土堆填導致了嚴重的環境破壞，因此不具有可行性。

（2）抗滑樁技術上可行，但投資巨大，竣工后景觀效果較差，不適用于本次城市道路工程，因此也不具備可行性。

（3）錨桿框格方案造價適中，不侵占額外用地，新增土方量最小，且框格間采用植物防護后，景觀效果可以接受。

綜合以上論證分析，采納方案三作為推薦方案。

3.5 驗證計算與實施效果

采用錨桿框格結合綜合支擋加固措施后，用理正軟件進行驗證計算，得出一般工況安全系數為1.387，地震工況安全系數為1.196，加固治理后的邊坡穩定性系數滿足規范[1]。目前，工程已按設計方案完成主體施工，邊坡狀況良好，坡體穩定。

4 結論

（1）邊坡穩定性分析應當選取正確的計算方法和巖土力學參數。對于巖質邊坡，應當采用平面或折線滑動法進行計算，并選取巖體結構面抗剪強度進行計算。

（2）對于城市道路邊坡支擋防護工程，在方案比選時應當綜合考慮規劃契合度、土地占用、城市景觀效果以及環境影響等多方面因素，不能僅僅依據技術因素和投資造價進行判斷。

（3）邊坡治理應當遵循綜合治理的思路和措施，通盤考慮支擋結構、邊坡排水、坡面防護等內容。