蘭州新區黃土路塹高邊坡勘察實錄

唐 俊，王 輝

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

本挖方段高邊坡位于甘肅省蘭州新區西岔鎮境內，挖方長度約610.0 m，最大開挖高度約56.0 m。

勘察采用工程地質調繪、鉆探、挖探、原位測試及室內物理力學試驗相結合的綜合勘察手段，具體實物工作量見表1。

2 自然地理條件

勘察區深居內陸，屬甘肅中部干旱區，大陸性氣候顯著，其氣候特征是：降水稀少，氣候干燥，風沙多，光照較短，蒸發量大。年均降水量263.4 mm，降水量的年際變化很大，年降水量變化率為23%，降水量在年內分配很不均勻，多集中于7、8、9三個月，其降水量約占全年降水量80%以上。年均氣溫7.2℃，年均蒸發量1 785.6 mm，是降水量的6.8倍。年均日照2 768 h，無霜期144 d。晝夜溫差大。最大凍土深度1.25 m，標準凍土深度1.14 m。

表1 完成實物工作量

勘察場地位于龔巴川源頭處，地表水主要為黃河一級支流蔡家河及引大入秦灌溉渠等，場地內河溝常年干涸，只有在暴雨時，才有水流通過。

3 場地工程地質條件

3.1 地形地貌

勘察區地貌單元屬于構造剝蝕黃土丘陵地貌，微地貌為黃土梁、峁、山體斜坡、水間溝谷等，黃土梁峁丘陵由一些NW—SE向、近ES向相間排列的黃土梁峁丘陵與寬谷組成。山頂呈渾圓狀，山坡上緩下陡，呈凸形，上部坡度15°～20°，下部20°～35°，局部較陡，可達50°。海拔1 800～2 000 m。坡體上部主要被低矮的雜草及灌木覆蓋。如圖1所示。

圖1 勘察區地形地貌

3.2 地層巖性

根據工程地質調繪和鉆探、挖探等勘察成果，挖方區上覆地層為第四系上更新統風積(Q3eol)黃土層，如圖2所示。

圖2 勘察區地層巖性

3.3 地質構造

根據勘察結果，結合工程地質調繪，邊坡區地質構造簡單，未見影響邊坡穩定的地質構造通過。

3.4 新構造運動與地震

勘察場地新構造運動表現形式以震蕩式垂直升降運動為主，場地地質構造基本穩定，適宜工程建設。

3.5 水文地質

根據地質調查和鉆探揭示，路塹范圍內無地下水分布，其周圍坡麓地帶及沖溝內亦未發現泉水出露，地表水由大氣降水補給，排泄順暢，水文地質條件簡單。

3.6 不良地質及特殊性巖土

(1)不良地質

強震區：場地地震動峰值加速度為0.10 g，屬強震區，邊坡設計時應依據相關規范進行相應的抗震設防設計。

(2)特殊性巖土

黃土：根據黃土勘察資料，場地黃土具有濕陷性，自重濕陷量為1 291.50～2 652.75 mm，濕陷量為1 873.00～2 863.50 mm，場地黃土濕陷等級為Ⅳ(很嚴重)。路基設計高程以下黃土厚度為4.0～7.0 m，具有濕陷性，濕陷性的計算從基礎以下算起，濕陷等級為Ⅱ(一般)～Ⅲ(嚴重)，路基基礎應采取強夯或者換填處理。同時對邊坡坡面應做好護面措施，防止雨水沖刷。

季節性凍土：勘察區凍土主要為季節性凍土，標準凍結深度為1.14 m。路基填料特別是路床應選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

4 工程地質評價

4.1 場地的穩定性和適宜性

勘察結果表明，未見影響邊坡穩定的地質構造通過，適宜進行本工程的建設。

4.2 挖方邊坡穩定性評價

(1)邊坡開挖

根據勘察，挖方段內挖方土石的主體為黃土，為Ⅱ級普通土。其開挖邊坡坡率建議1∶0.75～1∶1.00，坡體設置2～6 m寬的平臺。

(2)邊坡穩定性分析及評價

①定性分析及評價

邊坡最大開挖高度約56.0 m，開挖地層巖性主要為第四系上更新統風積(Q3eol)黃土，屬土質邊坡，本次勘察按照1∶1.00坡率，邊坡局部坡率為45°，整體坡率約為40°考慮，坡體設置2～6 m寬的平臺，放緩邊坡綜合坡率，減小坡體的自重，有利于邊坡的穩定。原始邊坡局部坡率最大達50°，仍處于穩定狀態，所以通過工程類比分析，開挖后的邊坡天然狀態下整體穩定較好。

②定量計算及評價

a.計算模型選取

本段邊坡為土質邊坡，潛在的破壞形式為圓弧形滑動，邊坡穩定性驗算采用簡化Bishop法計算正常工況(天然狀態)和非正常工況Ⅰ(暴雨或連續降雨狀態)下的穩定性系數。

b.參數選取

根據室內試驗結果，參考《公路路基設計規范》(JTG D30-2015)及同類工程經驗數據綜合確定巖土參數。

濕陷性黃土邊坡穩定性受雨水影響大，但由于勘察區位于甘肅中部干旱區，降水稀少，氣候干，很難形成連續降水且降雨量很小，且坡體周邊排水條件好，邊坡難以形成穩定的地下水位，所以在穩定性定量計算中，暴雨或連續降雨工況下，邊坡不能整體統一進行強度折減，而是應根據坡體浸水深度，分段折減取值。

本文勘察過程中，結合該區域黃土邊坡暴雨條件下的相關研究，初步擬定以下計算模型：暴雨或連續降雨條件下，坡體及開挖坡面設計高程5 m以淺范圍內為雨水飽和區；坡體及開挖坡面設計高程5 m以深范圍內為雨水浸潤區，巖土參數對應進行折減。各巖土層計算參數見表2。

③穩定性計算

本次邊坡穩定性計算選用南京庫倫公司的GEO5巖土軟件。選取三個典型斷面進行正常工況和非正常工況Ⅰ條件下的邊坡穩定性計算。邊坡穩定性計算公式如下，穩定性計算結果見表3。

表2 計算參數表

(1)

式中：Q為條塊上垂直方向外力；c、φ為巖土體強度參數有效值；W為條塊重量；α為各條塊滑面段的傾斜角度；b為條塊的水平寬度。

表3 計算參數表

④邊坡穩定性評價

根據定性分析和定量計算結果，邊坡主體按照1∶1.00坡率放坡后，該段邊坡開挖后在正常工況和非正常工況下均處于穩定狀態。

4.3 防護加固措施

結合邊坡高度、巖土體結構及穩定性分析，邊坡按照設計斷面放坡后，在正常工況和非正常工況下均處于穩定狀態；但在暴雨或連續降雨情況下，黃土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對坡面采取骨架植物防護。同時應設置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設截水溝，在平臺及坡腳設排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得在影響邊坡穩定范圍內積水。

為確保高邊坡的穩定性，建議在坡腳采用擋墻進行支護。

5 挖方巖土體路用性能評價

本段邊坡開挖后棄方主要為黃土。根據黃土素土材料試驗，黃土素土最大干密度為1.71 g/cm3，最佳含水率為16.20%，壓實度93%、94%、96%的CBR值分別為7.0%、8.3%、10.3%，基本滿足上路床路基填料填筑要求，但黃土以粉土為主，粉粒含量較高，作上路床路基填料填使用時，須進行摻灰處理。根據該工點易溶鹽試驗，表層1 m深度范圍內的易溶鹽平均含量小于0.3%，為非鹽漬土，對路基填料無影響。

6 結論與建議

(1)本段邊坡屬土質邊坡，開挖主體黃土為Ⅱ級普通土。

(2)場地屬強震區，邊坡設計時應依據相關規范進行相應的抗震設防設計。

(3)路基設計高程以下黃土厚度為4.0～7.0 m，具有濕陷性，濕陷等級為Ⅱ(一般)～Ⅲ(嚴重)；場地季節性凍土標準凍結深度為1.14 m。路基填料特別是路床應選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

(4)建議本段邊坡主體按1∶1.00的坡率放坡，坡體設置2～6 m寬的平臺，在正常工況和非正常工況下均處于穩定狀態。但在降雨情況下，黃土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對坡面采取骨架植物防護。同時應設置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設截水溝，在平臺及坡腳設排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得在影響邊坡穩定范圍內積水。同時建議在坡腳采用擋墻進行支護。

(5)挖方素土基本滿足上路床路基填料填筑要求，但黃土以粉土為主，粉粒含量較高，作上路床路基填料填使用時，須進行摻灰處理。