破碎巖層路塹高邊坡穩定性動態觀測及分析處理

薛振勇XUE Zhen-yong

（中鐵十七局集團有限公司勘察設計院，太原 030006）

0 引言

山西省高平到沁水高速公路沿線地質復雜、不良地質地段多，其中以風化石及土石混雜為主，山體中常隱藏暗流，有時含有夾層，在高速公路路塹高邊坡施工過程中經常產生邊坡推移和滑塌，為確保邊坡穩定和施工安全，在路塹高邊坡的施工過程中進行穩定性動態觀測是保證工程安全的重要措施之一。

1 背景

高沁高速公路K27+020～K27+270 段路塹邊坡最大挖深55.5m，巖性為強風化泥質砂巖，巖層產狀為260°∠12°，路線走向為223°。經判定巖性走向與線路走向間夾角為53°，為非順層路塹。經地質調查及鉆探揭示，該段路基地層主要為二疊系上統上石盒子組（P2s）泥質砂巖、砂巖等，深度0～2mm 主要為泥質砂巖，深度超過2～20m 主要為中風化泥質砂巖，出露基巖多為砂巖，風化嚴重、結構松散，局部已成半巖半土狀，遇水極易軟化導致強度降低，易發生滑坡、滑塌和崩塌等地質病害。

2 邊坡支護方案的確立

路塹邊坡最大挖深55.5m，經設計計算，共設7 級邊坡，選用錨索+框格梁的方案進行邊坡防護。

自下而上，第1 級邊坡設置M10 水泥砂漿砌片石路塹墻支擋，第2～6 級邊坡防護形式為錨索+C30 鋼筋混凝土格梁+M7.5 水泥砂漿砌片石護坡防護，第7 級邊坡防護形式為漿砌片石護坡。邊坡坡率自下而上，第1 級坡率為1:0.25，第2～4 級坡率為1：1，第5～7 級坡率為1：1.25。除第4 級坡頂平臺寬度為4m 外，其余平臺寬度為2m。（圖1）

圖1 路塹高邊坡斷面圖

3 觀測方案及邊坡穩定性分析

3.1 原觀測方案

原觀測方案：路塹高邊坡坡頂截水溝處，觀測點間距40m；開挖后的每級邊坡平臺上，觀測點間距40m，其中1級設置在擋土墻上，其余設置在框格梁上。

施工過程中發生了坡體開裂和局部滑坡現象，通過研究分析，在邊坡開裂處增加了觀測點。

3.2 邊坡穩定性分析

邊坡穩定性的一般理解是邊坡中的滑動體沿滑面破壞，即抗滑力與滑動力之比，當比值等于1 為極限平衡狀，是一種巖體破壞的穩定性概念。

該段落現狀邊坡自上而下開挖至第4 級和第3 級，坡面出現滲水層，坡頂出現多處裂縫，第3～4 級邊坡出現2處軟弱層裂縫且裂縫出現剪出口，第3 級坡裂縫有水流出。取最不利路基橫斷面K27+140 處進行分析，由于滑面1 和滑面2 已形成，滑動面3（搜索滑動面）受滑動面1 和2 的牽引，也形成潛在滑動面。滑動面1 從坡頂延伸至三級邊坡，滑動面2 從坡頂延伸至二級邊坡，滑動面1 從坡頂延伸至坡底。（圖2）

圖2 邊坡滑面位置斷面圖

現依據不同滑動面的不同工況計算剩余下滑力，判定邊坡是否穩定，以確定是否調整設計方案，并確定觀測方案。

根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2015），可采用“簡化Bishop 法”“不平衡推力法”和“平面滑動面解析法”進行邊坡穩定性計算分析,根據《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013）可采用“靜力法”進行抗震穩定性驗算。

其中平面滑動面解析法計算公式：

K=F/T=（Gcosα*tanφ+CL）/Gsinα

K 安全系數，F 抗滑力，T 下滑力，G 滑動體的重力，α滑動面的傾角，φ 內摩擦角，C 滑動面上的粘結力，L 滑動面的長度。

各滑面及工況計算如表1。

由表1 可以看出，在已施工五、六級錨索情況下，滑面1 自然工況和暴雨工況不穩定，滑面2 和3 各工況均不穩定，需要調整設計方案，并根據邊坡不穩定情況設置邊坡動態觀測點。

表1 各滑面及工況穩定性計算表

3.3 調整觀測方案

路塹高邊坡出現開裂，其中三級和四級邊坡滲水軟弱夾層處變形最大，滲水滑坡面處巖層產狀為320°∠22°，三級和四級滑坡面已貫穿，滲水位已降到三級底，因此需要調整觀測方案，在相應位置加密動態觀測點。

3.3.1 加密動態觀測點

①通過現狀邊坡調查和分析，加密的動態觀測點主要布置在邊坡開裂處。

①滑面1 與坡頂相交的坡頂裂縫處；

②滑面1 與3 級坡相交的坡面裂縫處；

③3 級和4 級的黃色、白色夾層處；

④其它實際產生的邊坡裂縫處。

3.3.2 觀測樁埋法

路塹高邊坡觀測標設在每級平臺上，間距40m，已出現滑坡、開裂等情況相應加密觀測標，設有擋土墻、護面墻或錨固框架的坡面，平臺觀測點應設在墻或框架上。

土質邊坡段深埋砼做觀測樁，石質邊坡段可在穩固巖面上做20cm 見方的標石（埋設觀測點）設有擋土墻等加固措施者，應在其頂面埋設觀測點，觀測點用不小于Φ16的鋼筋，頂端磨成半球形，中間刻十字。

根據滑坡裂縫設置相對裂縫觀測點和絕對裂縫觀測點：①在三級和四級邊坡滑坡面（最大變形面）設置觀測點應密集，三級邊坡裂縫和四級邊坡裂縫滑坡面從下往上各設三個觀測點，底部觀測點、中部觀測點、上部觀測點。②其余每級坡頂設置沉降觀測點，在每級邊坡結構裂縫處設置裂縫相對觀測點，坡頂截水溝處設置沉降觀測點，坡頂裂縫處設置裂縫相對觀測點。③裂縫及觀測布置點平面圖見圖3。

圖3 裂縫及觀測布置點平面圖

3.3.3 動態觀測點記錄方式

①表格法。將每日記錄用專用記錄簿記錄下來制成表格如表2。

表2 各觀測點每日裂縫寬度變化觀測表

②折線圖法。將數據用折線圖方式記錄如圖4。

圖4 觀測數據折線圖

4 雨后滑坡問題的出現及處置措施

4.1 雨后滑坡問題的出現

該段高邊坡工程施工至3 級邊坡的工期為3～6 月，剩余工程避開雨季后施工，施工至5 月末路塹5 級邊坡頂截水溝開始出現裂縫，經一段時間沉降觀測，未發現較大沉降，且各沉降觀測點趨于穩定。6 月20～24 日項目完成了5級錨索+格梁邊坡防護，6 月25～26 日項目繼續開挖4 級邊坡并開始3 級邊坡開挖，截至6 月27 日的沉降觀測數據分析，各觀測點均未發生較大沉降。但之后6 月28 日和6 月29 日連續2 日強降雨，導致邊坡出現新裂縫，經觀測自6 月29 日發現邊坡開裂以來，6 月30 日開裂達到頂峰，裂縫最大每天增加30mm，4 天后邊坡趨于穩定，邊坡最大變形量每日穩定在1～2mm，邊坡自開始卸載至卸載完工后，8 天后后邊坡基本停止變形。

由于路塹3 級和4 級邊坡坡體開裂失穩，引發了次生滑坡，滑坡體小里程方向側次生滑坡緣逐步發育形成，大里程側緣因坡腳有部分未開挖的土體做支撐面次生滑坡發育不明顯。

4.2 處置措施

由于項目對邊坡穩定性動態觀測和處理的及時，滑坡體未造成重大損失，本項目采取了如下處理措施：①對該段落開挖出的坡腳進行填土反壓；②對七級邊坡進行開挖卸載，減輕滑坡體負荷；③用水泥砂漿封堵坡面及坡頂的裂縫，防止雨水流入；④完善排水系統；⑤清理坡面上的松散土體，用漿砌片石修補恢復因滑坡損壞的坡面；⑥修改設計方案：將擋土墻+錨索調整為抗滑樁+錨索，并修改邊坡坡率和錨索長度。

5 處理后效果觀測

經過處理后最大變形量滿足設計和規范要求（本項目小于2mm/天），位移速率成收斂趨勢，坡面、裂縫趨于穩定。

6 結語

本項目在路塹高邊坡已失穩產生滑動面的情況下，通過現場勘察和動態觀測分析處理，及時采取了有效的處理措施，使高邊坡趨于穩定，治理效果顯著。①加強動態管理，遇到突發事件時，根據動態觀測和分析反饋的信息，及時對設計和施工進行動態調整，確保邊坡安全。②邊坡穩定性動態觀測頻率和標準：動態觀測的頻率取決于變形的大小，除根據規范要求進行動態觀測外，還可根據現場實際情況調整觀測點和觀測頻率，本項目施工過程中邊坡穩定時觀測頻率為1次/天；出現裂縫、沉降量突變等不利因素時觀測頻率調整為2～3 次/天；施工完畢后觀測頻率為每周2 次。邊坡穩定性評價標準主要有最大位移速率小于設計和規范要求（本項目＜2mm/天），位移速率成收斂趨勢，坡面、裂縫趨于穩定。③路塹邊坡失穩后可采取措施：對邊坡坡腳進行填土反壓，將邊坡頂層開挖卸載，對裂縫進行封閉處理，完善排水系統，修改設計方案，用漿砌片石修補恢復因滑坡損壞的坡面等措施。