某山區公路邊坡穩定性分析及滑坡治理措施

宋昱宇

（中鐵二十五局集團第五工程有限公司，山東 青島 266100）

高大邊坡問題在山區公路工程建設中普遍存在，邊坡的穩定性直接影響公路建設和運營的安全。巖土體滑坡是邊坡穩定分析中的重要課題，嚴重時可以直接沖毀施工場地和掩埋道路。為了保障山區公路邊坡穩定及施工和運營的安全，需要對邊坡穩定性分析和論證，制定有效的治理措施。

1 工程概況

某山區公路施工臨時便道，對某省道邊坡腳進行開挖，形成臨空面長約100m。隨后場區遭遇連續陰雨天氣，導致ZK27+850～ZK27+900段左側周邊出現數排非貫通性長條形裂縫，走向與線路基本平行。裂縫前端垮塌，形成圈椅狀陡坎，高度約10m。

1.1 地形地貌

邊坡位于某山區公路橋一側，屬于區屬構造侵蝕丘陵地貌區，自然山體坡度30～35°、局部40～45°，地勢起伏較大，總體地形較為陡峭，為典型的順層邊坡，自然條件下處于基本穩定狀態。

1.2 地質構造

根據現場地質調查，及勘察期間鉆探揭露，滑坡段出露地層自上而下分述如下：

粉質黏土層：黃褐色，硬可塑，干強度、韌性中等，夾較多碎石，土質不均，黏性一般，干強度中等。層厚：1.20～9.00m。

強風化灰巖層：青灰色，隱晶質結構；節理極發育，巖芯極破碎，巖芯多呈碎塊狀。巖質軟硬不均、層厚不均，多夾有薄層強風化砂巖、頁巖等軟弱夾層。層厚：5.00～17.30m。

中風化灰巖：青灰色、深灰色，隱晶質結構，中厚層夾薄層狀構造。巖質較硬、層厚不均，局部夾有中風化砂巖、頁巖等相對軟弱夾層。

滑坡體為表層坡積土（主要為粉質黏土、含碎塊石黏性土）、強風化破碎巖體，薄層夾中厚層狀，巖質軟硬不均、風化不均，節理裂隙極發育，如圖1所示。

圖1 滑坡前緣陡坎形態（視角0°）

滑動面特征復雜，既有強風化巖體與表層坡積土層的界面，也有節理裂隙面和巖層層理面。前者為巖土體交界面，上土下巖、界面清晰。后者巖層層面產狀較穩定，多為泥質充填，層面產狀：240°∠23°；節理裂隙面較復雜，主要發育三組，產狀：3°∠80°、93°∠72°、110°∠65°。具體如圖2所示。

圖2 K27+850左側開挖邊坡陡坎（視角150°)

通過勘察及地質調繪揭示，地層分界線較明顯，滑動跡象較明顯。滑帶土主要由及強風化炭質灰巖夾砂巖、頁巖與粉質黏土組成，受滑動作用巖體結構揉皺破壞呈黏土狀。根據滑動特征推測，滑坡體上、下兩部分基本沿強風化炭質灰巖和粉質黏土接觸帶滑動，中部基本沿強風化灰巖與中風化灰巖間的強風化砂巖與頁巖形成的軟弱夾層滑動。

對上述巖土體進行原位測試和室內土工試驗，其物理力學指標如表1所示。

表1 各巖土層的主要物理、力學指標

2 滑坡成因分析

2.1 地層巖性

根據地質鉆探報告和現場地質調查結果，該邊坡主要由表層坡積土、強風化灰巖夾砂巖、頁巖組成。巖質軟硬不均勻，節理裂隙發育，節理面多為泥質充填，遇水抗剪強度c、φ值明顯降低，自穩性差。巖體明顯存在風化不均、多軟弱夾層的現象，基巖風化程度更高、巖體更破碎，更易滑動。

2.2 地形及地質結構

該邊坡位于自然山體坡度較大的丘陵區地帶，地勢陡峭，對滑坡的形成有利。該處邊坡下伏基巖為順層邊坡，上部基巖風化強烈，巖層破碎，節理裂隙組合切割邊坡巖體，成為滑坡的潛在滑動帶。

2.3 水的影響

連續陰雨天氣，降水及地表水不斷滲入坡體內，巖土體重度增加，在水的浸泡下，造成土體內部的孔隙水壓力增大，使滑面處的巖土體軟化、泥化，有效應力和抗剪強度降低，這是導致滑坡的主要原因。

2.4 工程因素

現場由于開挖邊坡及便道采用自下而上的開挖順序，先開挖坡腳，減少了巖土體的抗滑力，邊坡變陡、形成臨空面，在坡腳處出現應力集中，致使坡腳強度不足，坡腳巖土體被壓潰，從而使邊坡發生塌滑破壞。另外，省道公路在早期修建過程中已經開挖了部分坡腳已對邊坡穩定造成了一定影響；周邊橋梁、隧道施工震動等亦對該邊坡穩定有影響。

綜上所述，邊坡開挖形成臨空面，坡腳處出現應力集中，降水下滲致使上層巖土體吸水后重度增大、組合結構面的抗剪強度大幅度降低、巖土體被壓潰，是引起此滑坡的原因。

3 邊坡治理工程分析

3.1 滑坡計算參數選取

根據室內土工試驗及類似工程經驗綜合確定滑動面上部各巖土體在天然及飽和條件下的抗剪強度及重度，取值如表2所示。

表2 滑坡計算參數建議值

3.2 滑坡穩定性分析

對滑坡穩定性進行定量分析，需要合理選擇計算斷面和計算參數，通過數值分析計算穩定性系數Fs，定量評價該滑坡的穩定現狀及其發展趨勢。根據該滑坡產生的因素及特征，結合滑動剖面圖、滑動帶分布特征分析，采用折線滑動定量分析法。

選取滑坡體的主滑面ZK27+865斷面，以及周圍斷面ZK27+893、ZK27+924斷面為軸點，均與路線近似正交，進行鉆孔布設與投影分析計算。基于該滑坡的坡體結構條件與滑坡活動特征，采取深層滑動面，分為上中下三級滑坡體進行分析計算。

滑坡穩定性系數計算公式：

式中：Fs為穩定系數；Ψ1為第i計算條塊剩余下滑推力向第i+1計算條塊的傳遞系數；Gi為第i計算條塊單位寬度巖土體自重，kN/m；Ri為第i計算條塊滑動面上的抗滑力，kN/m；Ti為第i計算條塊滑體在滑動面上的滑動力，kN/m；Ni為第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力，kN/m；θi為第i計算條塊滑體的滑面與水平線夾角，°；φi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值，°；ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的黏聚力標準值，kPa；li為第i計算條塊滑動面長度，m。

其穩定程度分析計算成果如表3、圖3～5所示。

表3 ZK27+824～ZK27+929左側滑坡穩定程度分析計算成果一覽表

圖3 ZK27+865斷面邊坡沿深層滑面滑動時穩定安全系數Fs=0.95

圖4 ZK27+893斷面邊坡沿深層滑面滑動時穩定安全系數Fs=1.00

4 治理方案

力學平衡方法是大多數滑坡治理的主要手段，主要有減重工程、反壓工程、支擋工程。由于該滑坡地形橫向坡度較大，其滑帶坡度較陡，減重措施無法作為主要方案，同時反壓工程主要設置于滑體前增加抗滑力而穩定滑坡，但路線右側為省道，滑體前緣無反壓空間，反壓護道方案較難實施，因此采用支擋工程作為主要治理方案，輔以排水措施。

圖5 ZK27+924斷面邊坡沿深層滑面滑動時穩定安全系數Fs=1.02

通過計算，該滑坡推力較大，抗滑擋墻不足以抵擋；山體底部巖體為主要為中風化灰巖，人工開挖抗滑樁較難施工；滑坡滑帶較深，支撐滲溝不易施工，因此選擇預應力錨索、錨桿，輔以擋土板等措施。

4.1 坡面支擋與防護

左側邊坡按照坡率1∶0.75進行刷坡，坡高10m，一級平臺寬4m，其余平臺寬2m，共分4級。第一級邊坡坡面采用3排6束預應力錨索框架梁+復合網進行加固；第二、三級邊坡坡面分別采用3排6束預應力錨索框架梁+復合網進行加固；第四級邊坡坡面采用3排6束預應力錨索進行加固。各級邊坡的錨索長度詳如圖6所示，錨固段長度均為10m。

圖6 邊坡治理方案示意圖

4.2 排水工程

在第一、二、三級邊坡坡腳各設置1排仰斜式排水孔，長度15m，間距10m，采用直徑為φ90mm的PVC管，鉆孔直徑φ=130mm。每級邊坡平臺均設置平臺排水溝，坡腳設置C25砼邊溝。坡頂在距坡口線5m處設置M7.5漿砌片石截水溝。坡面設置踏步式急流槽。

4.3 鋼花管注漿

在邊坡二級平臺位置設置3排豎向鋼花管注漿，并在鋼花管樁頂設置連接承臺。鋼花管單根長度12m，沿路線縱向單排間距150cm，橫向間距75cm，按梅花形布置，每6m設置1條伸縮縫，鋼花管與鋼筋搭接時可根據現場調整。

4.4 樁頭錨索

在鋼花管樁頭設置1排6束預應力錨索，錨索長26m，錨固段長10m。

4.5 裂縫封堵

對滑坡周界裂縫及滑坡體上的裂縫超挖后采用黏性土回填夯實處理以減少地表水下滲。實施過程中應由監理單位現場確認回填黏土數量。裂縫回填后必須采用人工或機械靜壓，壓實度不低于85%。塹頂裂縫若面積較大，可采用M7.5漿砌片石回填處理。

通過加固后的主滑動面穩定性計算分析，結果表明，加固后的邊坡穩定性系數Fs≥Fst，邊坡處于穩定狀態，如圖7、圖8所示。因此，采取此加固方案是安全有效的。

圖7 ZK27+893斷面刷方后穩定安全系數Fs=1.20時，剩余下滑力F=2100kN/m

圖8 ZK27+893斷面加固后穩定安全系數Fs=1.20

5 結束語

邊坡滑坡會對山區公路的施工和運營的安全和穩定造成嚴重威脅，甚至將直接淹埋道路并摧毀車輛，存在較大安全隱患，因此需要在施工及運營中進行治理和加固。在闡述山區公路邊坡滑坡原因及影響因素并進行穩定性計算分析的基礎上，提出了邊坡滑坡處置方法，并對加固措施的有效性進行了檢驗計算。結果表明該邊坡加固方案安全有效。文中介紹的結論和方法可作為類似工程經驗參考。