陡坡高填路堤穩定性分析及處治措施

祝 輝

（中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶 400016）

在多山、地形起伏、溝壑縱橫的山區修建道路及基礎設施時，經常遇到陡坡高填路堤。這些陡坡高填路堤極易沿著填土界面或土巖界面產生滑動[1]。因此，對陡坡高填路堤進行穩定性分析并進行合理的抗滑處理顯得尤為重要。本文以重慶市某城市主干路形成的陡坡高填路堤為例，探討陡坡高填路堤的穩定性分析計算及抗滑處治措施。

1 工程概況

重慶市巴南區某城市主干路，設計車速50 km/h，道路全長1 724 m，路基設計路幅寬度為36 m。道路場地屬剝蝕丘陵地貌，場地內多為原始淺丘溝谷地貌，場地整體以淺丘為主。場地地形一般坡角5～20°，局部達50°。場地總體東側較低，西側較高，相對高差達64 m。整個場地由多個小山丘與溝谷相間構成，地形起伏較大，地表多為水田和耕地，局部有魚塘。

場地地質構造單元位于洛漬向斜西翼，呈單斜構造，場地內及鄰近地段未發現斷層及構造破碎帶，部分地段基巖出露，巖層產狀為133～145°∠18°，優勢產狀為140°∠18°，層面巖屑充填，結合程度差，屬硬性結構面。傾向由南向西逐漸變大，傾角由西北側向南東側逐漸變陡，場地水文地質條件簡單。在連續降雨補給時，將在沖溝所在地段的土層和基巖強風化帶中賦存上層滯水，水量小，主要受大氣降水補給。

道路及周邊場地按設計高程整平后，道路左側在K1+160～K1+240 段形成陡坡高填路堤（如圖1 所示）。該段道路沿道路橫向自左向右地形坡角約4～25°，斜坡區覆蓋第四系殘坡積粉質黏土，下伏侏羅系中統沙溪廟組泥巖、砂巖；斜坡上覆蓋層較薄，基巖面隨地形起伏，基巖面傾角為9～26°。

圖1 K1+160～K1+240 段平面布置

設計方案采用分級放坡（每級最高8 m），第一級邊坡坡率為1∶1.5，第二、三級邊坡坡率為1∶1.75，各級邊坡之間設置2 m 寬平臺。此處，選取K1+195.78 處典型剖面進行分析（圖2）。

圖2 K1+195.78 處典型剖面圖

2 陡坡高填路堤穩定性分析

2.1 工況擬定

根據道路填方高度、所在路段的地形地貌及地質狀況，設計2 個陡坡高填路堤處理方案，形成以下2 種工況及潛在滑動面。

工況一：清除地表草皮、腐殖土后，在現狀粉質黏土層上直接填筑路堤；由于粉質黏土層未清除，其抗剪強度指標較低，極易在粉質黏土與巖石分界面處形成軟弱滑動帶。

工況二：先清除基巖面以上較薄的粉質黏土層，然后沿基巖面開挖臺階，基巖面臺階開挖寬度不小于1 m。當基巖面上覆粉質黏土較厚（大于2 m）時，沿粉質黏土層開挖臺階，臺階寬度不小于2 m；由于回填土在巖石頂面易泥化、軟化，因此，易沿著臺階頂點連線所構成潛在滑動面滑動。

2.2 潛在滑動面抗剪強度參數取值

對陡坡高填路堤進行穩定性分析與支護力計算時，確定潛在滑動面抗剪強度參數是十分關鍵的。當前，填土邊坡潛在滑動面抗剪強度參數取值隨意性較大，導致其穩定性分析與支護力計算與實際偏差很大。

方玉樹[2]對碎石土類填土內摩擦角取值進行了研究，中密碎石土類填土內摩擦角可根據填土坡高取值。本工程填土為壓實土石混合料，坡高h＞16 m，可參照碎石土類填土內摩擦角按邊坡高度進行取值Φ=30°。同時，根據方玉樹對土巖界面抗剪強度指標取值進行的研究，認為界面抗剪強度指標取值應考慮泥化、軟化對界面抗剪強度指標的弱化作用。因此，此處壓實填土與巖土分界面抗剪強度指標取C=2 kPa，Φ=25°。

2.3 陡坡高填路堤穩定性計算

根據JTG D30—2015《公路路基設計規范》[3]，路堤沿斜坡地基滑動的穩定性分析可采用不平衡推力法，穩定系數計算公式如下

其中

式中：WQi為第i 個土條的重力與外加豎向荷載之和；αi為第i 個土條底滑面的傾角；ci、φi分別為第i 個土條底的黏聚力和內摩擦角；li為第i 個土條底滑面的長度；αi-1為第i-1 個土條底滑面的傾角；Ei-1為第i-1 個土條傳遞給第i 個土條的下滑力；Fs為路堤穩定系數。

各巖土層計算參數按表1 取值，坡頂行車荷載按照均布荷載考慮，此處坡頂按15 kPa/m 計算。

表1 巖土層計算參數

此處，根據擬定的工況，分別對典型剖面進行條分，并采用不平衡推力法進行計算。

工況一（如圖3 所示）：擬定粉質黏土與巖石分界面為潛在滑動面，滑動面抗剪強度指標取粉質黏土飽和狀態下的抗剪強度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

圖3 典型剖面條分計算圖（工況一）

經計算，工況一情況下，剩余下滑力為0 時的穩定安全系數為：Fs=1.07（見表2），不滿足規范要求的穩定安全系數。

表2 工況一不平衡推力法計算表

工況二（如圖4 所示）：擬定臺階頂點連線構成的面為潛在滑動面，滑動面抗剪強度指標取C=2 kPa，Φ=25°。

圖4 基地挖臺階后的典型剖面條分計算圖（工況二）

經計算，工況二情況下，剩余下滑力為0 時的穩定安全系數為：Fs=1.73（見表3），滿足規范要求的穩定安全系數。

表3 工況二不平衡推力法計算表

為保證計算的精準性，進一步采用理正邊坡綜合治理軟件進行計算，各巖土層計算參數按表1 取值。

工況一（如圖5 所示）：擬定粉質黏土與巖石分界面為潛在滑動面，滑動面抗剪強度指標取粉質黏土飽和狀態下的抗剪強度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

圖5 工況一的典型剖面計算圖

理正邊坡綜合治理軟件計算結果表明，工況一情況下，剩余下滑力為0 時的穩定安全系數為：Fs=0.95，不滿足規范要求的穩定安全系數。

工況二（如圖6 所示）：擬定臺階頂點連線構成的面為潛在滑動面，滑動面抗剪強度指標取C=2 kPa，Φ=25°。

圖6 工況二的典型剖面計算圖

理正邊坡綜合治理軟件計算結果表明，工況二情況下，剩余下滑力為0 時的穩定安全系數為：Fs=1.56，滿足規范要求的穩定安全系數。

通過對兩類工況下的陡坡高填路堤穩定性分析結果來看，采用先清除基巖面以上較薄的粉質黏土層，然后沿基巖面開挖臺階的方案，能夠大幅度提高陡坡高填路堤的抗滑穩定性。

3 處治措施

經過上述計算分析，若不經過處理，直接進行路基填筑，將造成路堤失穩，要提高陡坡高填路堤的穩定性，可以從以下幾個方面考慮。

3.1 改善基底條件

改善路堤基底條件是防止陡坡高填路堤下滑的有效措施[4]。具體可用以下方式。

1）清除地表草皮、腐殖土、較軟弱土層或覆蓋層。

2）原地面開挖臺階，臺階寬度不小于2 m，并做成4%的內傾斜坡。

3）鋪設土工格柵，以增加基底與路基調料之間的連接。

3.2 防排水

水是影響陡坡高填路堤穩定性的最主要的原因之一[5]，如果滑動面附近有水的作用，致使路堤的下滑力增大，接觸面或軟弱面抗剪強度顯著降低。因此，可沿道路橫向填挖交界處每隔一定高度設置一處盲溝。

3.3 支護

當陡坡高填路堤穩定性不夠時，還可以根據地形地質條件，在路堤邊坡下方設置支擋構造物，防止路堤下滑，如護肩、護腳、路肩或路堤式擋土墻等。

根據以上綜述，該段陡坡高填路堤通過清除覆蓋層，沿基巖面挖臺階等改善基底條件，然后每隔一定高度設置一處盲溝來排除土巖界面積水，最后在坡腳處設置護腳墻來提高路堤抗滑穩定性，坡面設置格構護坡，防止坡面土體被沖刷，其處治措施如圖7 所示。

圖7 處治措施典型剖面圖

4 結論

陡坡高填路堤穩定性分析要重點關注路堤沿斜坡地基或軟弱帶滑動的穩定性。設計時，應充分掌握場地水文地質條件、填料來源及其性質，綜合進行路堤斷面、地基及堤身處治、排水設施和支護等設計。施工時，應根據實際情況的變化，及時對設計進行調整，確保路堤穩定。