某高填方邊坡穩定性評價及治理設計

山區建設過程中，高填方邊坡未按規范要求施工，容易產生滑坡等地質災害。因此，在巖土工程設計中，如何對邊坡變形趨勢、可能產生破壞的方式和穩定性作出正確判斷，作出的設計成果才能保證工程的安全性、經濟性和可實施性，方能最大限度地反映現狀實際情況。結合實例，首先分析了該邊坡的水文地質概況；然后對邊坡失穩影響和穩定性進行分析；最后提出了相應的治理設計。結果表明，該邊坡設計分析方法科學有效，治理方案合理，確保了邊坡的穩定，降低了邊坡治理成本。

高填方邊坡； 穩定性分析； 設計； 治理

U416.1+4B

［定稿日期］2024-08-13

［作者簡介］姚文亭（1972—），男，本科，高級工程師，從事巖土工程設計與施工工作。

0 引言

在山區進行城市和道路建設受地形地貌的限制［1］，通常涉及到大量的土石方挖掘和填埋［2］，就會出現很多高填方邊坡工程［3］。此類較多高邊坡工程未按規范要求分層填筑、壓實，不滿足密實、均勻和穩定性要求［4］，由此誘發的山地災害也越來越多，山區高填方滑坡就是其中一種嚴重的災害［5］。

高填方邊坡成為山區建設中常見的一種工程形式［6］，對于這類高填方邊坡，保證邊坡的穩定是建設的必要條件［7］。但影響高填方邊坡穩定性的因素很多，不同坡體地層巖性表現出不同變形破壞形式［8］。只有對邊坡的成因準確分析和穩定性正確評價，才能選取合理治理措施［9］。滑坡穩定性分析的方法應用最為廣泛和有效的主要有兩種，即基于剛體極限平衡理論的條分法和彈塑性理理論數值分析方法，我國相關規程規范對滑坡穩定性評價的方法基本上都采用條分法［10-14］。

很多高填方邊坡體中并不存在滑面，沒有滑動的趨勢，必須通過分析才能確定，不能采用鉆探觀察等方法確定［15］。對高填方邊坡的穩定性進行定性和定量分析［16］，采取合理的設計計算分析方法，為高填方邊坡的治理提供參考。

1 工程概況

1.1 高填方邊坡現狀

場地原地形北高南低，臨江側為一沖溝，場地削高填低堆填整平后形成的人工堆積土邊坡（上部建設道路和房屋，為永久性邊坡工程）。邊坡治理范圍長約50 m，地面標高337.100 m，坡高約46 m，分為兩級平臺，寬度為4 m左右，整體走向53°，坡向東南143°，坡角30°～50°，坡面不規則，凹凸不平，局部坡面較陡。坡體巖土體主要由黏土夾碎塊石構成，其中堆積體最大厚度約28 m的素填土為近期場地開挖整平堆填（堆填時間約2年），呈松散狀，力學性質差異大，欠固結。原方案設計為抗滑樁，共布置10根，間距為5 m，平面尺寸均為2.5 m×3.0 m，樁長均為40 m，以確保場地穩定。圖1為高填方邊坡現狀。

1.2 邊坡水文地質

場地地下水類型主要為基巖裂隙水和上部填土層中的上層滯水。上層滯水主要賦存于第四系覆蓋土層中，受大氣降水補給。場區上部素填土層厚度大，結構較松散，孔隙度較大，滲透性好，大氣降水能快速向下滲流，直接補給基巖裂隙水。上層滯水埋藏較淺，無統一自由水面，水量小，主要以蒸發方式和下滲方式排泄，大氣降水對地下水補給變化較大。基巖裂隙水由于風化節理發育，透水性一般，水位差較大，沿張裂隙下滲至風化或巖層界面，由高處向低處流動。基巖裂隙水在重力作用下，沿一定水力梯度由高水位向低水位處逕流，部分裂隙水沿裂隙或軟弱層面及滑動面徑流。

1.3 邊坡工程地質

根據勘察鉆探揭露邊坡深度范圍內，場地土主要由第四系全新統人工填土（Q4ml）、第四系全新統坡洪積粉質黏土層（Q4dl+pl）、白堊系蒼溪組粉砂巖（K1c）組成。各巖土層物理力學性質指標建議值見表1。

2 邊坡失穩影響分析

2.1 地形地貌因素

潛在邊坡區微地貌單元屬于低山丘陵地貌，原始坡面坡度為24°～55°，坡角30°～50°，在長期的重力作用下，填土斜坡的整體平衡狀態僅保持著脆弱的平衡。

2.2 水的因素

水是導致邊坡產生變形的重要因素，業界有“十滑九水”的說法［17］。地表水滲入坡體內將增加邊坡坡體的孔隙水壓力，降低邊坡土體的抗剪強度，特別是長時間的大氣降雨對邊坡穩定性影響較大。

2.3 地層因素

該斜坡上部第四系填土層厚度大，組成物質結構松散，力學性能差，抗剪強度低。而下部基巖產狀近似水平，物理力學性質良好，抗剪強度較好。

2.4 誘發因素

（1）邊坡坡腳距離巴河約30 m，雨季巴河河水上漲，可能會對坡腳進行沖刷，消弱坡腳的支撐力，使斜坡下部土體沿軟弱面滑動，繼而產生牽引式滑動。

（2）連續降雨也是邊坡變形破壞主要誘發條件，水過量使土體飽和，沿剪切面孔隙水壓力過大造成邊坡變形破壞。

2.5 邊坡土體變化趨勢

回填邊坡在剛形成時，受雨水和自重沉降影響，會產生變形開裂，隨時間的增加，土體自重固結，土體抗剪強度有所增加，邊坡穩定性會逐漸提高。填土為近期場地開挖整平堆填而成，堆填時間約2年，呈松散狀，力學性質差異大，欠固結，穩定性差，易產生土體內部圓弧滑動破壞。且原始地形坡面走向、傾向與現狀勘察邊坡坡面走向、傾向基本一致，坡角較現狀勘察邊坡坡面坡角緩，坡角局部較陡，各段現狀邊坡存在沿原始地形坡面滑動是本次治理考慮的重點。

3 邊坡現狀穩定性分析

坡體土質以黏土夾碎塊石土為主。據調查及工程地質鉆探，未發現明顯軟弱層，推測其潛在滑動面為一圓弧形滑動面，根據GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》推薦的公式（附錄A.0.1）進行高邊坡穩定性計算。根據邊坡的結構特征、土體的雨季飽和情況及所屬地區地震烈度，穩定性計算分一般工況（自重）和暴雨工況（自重+暴雨）兩種工況進行分析。穩定性計算采用理正巖土6.5PB4版軟件計算，選用簡化Bishop法計算圓弧滑裂面的安全系數。

根據坡高、坡率、填土厚度等條件，以1-1’代表性地質剖面進行穩定性計算，計算結果見表2。

通過穩定性分析，該邊坡處于不穩定—基本穩定狀態，符合現狀，應及時采取工程措施，保證高填方邊坡的安全。

4 邊坡治理設計

在全面掌握地質資料，對邊坡變形趨勢、可能產生破壞的方式作出正確判斷，作出的設計成果才能保證工程的安全性、經濟性和可實施性，結果方能最大限度地反映現狀實際情況。邊坡治理設計最終結果通過支護結構體系體現，支護結構體系最重要的是作用在支護結構上的力系，對于抗滑樁（根據本工程邊坡現狀、地質條件、邊坡變形趨勢等判斷，抗滑樁是本工程較為合理的治理方式），須計算滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層的抗力等。本工程滑坡推力和樁前滑體抗力的確定尤為重要，以1-1’地質剖面為例，詳細介紹抗滑樁的設計過程。

（1）采用圓弧滑動法分析邊坡的穩定性，并找出潛在滑動面，表示該部分土體可能滑動，該部分土體不計任何有利作用，見圖2。

（2）以第（1）步滑動面的圓心坐標（72.47，51.08），半徑98.6去掉潛在滑動面以上土體，取剩余部分土體邊坡（圖2），假設沿土巖交界面滑動，該界面參數只能通過反算確定。取穩定安全系數K=1時，通過反算得到滑動面參數，即土巖交界面的C=13.423 kPa，φ=18.473°。

（3）根據第（2）步的滑動面參數，計算K=1（臨界狀態）時各滑塊的下滑力，結果見表3。

（4）計算滑坡各滑塊的下滑推力，治理設計安全系數K0=1.15，結果見表4。

（5）繪制滑坡推力曲線，見圖3。

（6）確定樁前被動區高度。取破裂面角度為45°+φ/2=56.5°，以此角度與破裂面交叉點對應的高度作為被動區（有抗力作用）土體厚度（圖4），計算該部分土體被動土壓力，與第（5）步的P（樁前滑體抗力）比較，取小值作為樁的抗力。最后抗滑樁所承受推力F=T-P。

由計算結果可知，被動土壓力大于樁前滑體抗力，取樁前滑體抗力作為抗力值，且由（3）計算可知，當樁前提供971.48 kN滑體抗力時，樁前滑坡體不會滑動。考慮各種因素影響，取樁前滑體抗力的80%計算，因此1-1’剖面的抗滑樁承受的滑動推力F=T-0.8P=704.1 kN。

（7）用以上步驟獲取的結果進行樁的結構設計計算。

按以上設計思路，樁截面尺寸和樁長大幅減少，工程造價僅為原方案的50%左右，目前工程完工10年運行良好，是一個相對較優的方案。應特別注意，該樁前抗力的計算都是基于樁前土體不會滑走的情況，如果樁前土體會滑走（如本工程3-3’剖面），應將滑坡推力直接作為樁上設計力。

5 結束語

高填方邊坡治理難度大，本文通過治理設計案例，詳細的設計思路介紹，為類似工程提供解決問題的方法。

（1） 邊坡治理設計必須遵循定性分析為基礎，定量計算為手段的原則。定性分析是診斷邊坡的破壞模式，定量分析是根據破壞模式準確給出符合實際情況的治理方案。

（2）采取治理措施主要考慮邊坡整體滑動可能，若按現狀邊坡穩定系數達到規范要求的安全系數，需對樁前整個坡體進行處治，治理難度和費用不可估量，與解決主要矛盾不符，將造成工程方案大方向嚴重偏離，經濟性明顯偏低。

（3） 本文結合現狀實際，考慮了部分樁前回填土體的作用，保證工程安全性的同時節約了造價。

（4） 邊坡治理設計首先要全面掌握場地的地質資料，對巖土工程的模型、邊界、參數進行認真分析，在此基礎上去除不重要的部分，保留實質、核心內容，再通過合理的抽象建立概念模型，只有這樣才能為建立有效的力學計算模型奠定基礎，使結果最大限度地反映真實的坡體情況。

參考文獻

［1］ 吳紅剛，馮文強，艾揮，等. 山區機場高填方邊坡工程實踐與研究［J］. 防災減災工程學報， 2018，38（1）： 385-400.

［2］ 曹文正. 巖土工程中高填方邊坡的穩定性分析及治理措施［J］. 防災減災工程學報， 2022（26）： 121-123.

［3］ 中華人民共和國行業標準編寫組. 民用機場巖土工程設計規范：MH/T5027-2013［S］. 北京：中國民航出版社， 2013.

［4］ 中華人民共和國國家標準編寫組. 高填方地基技術規范：GB51254-2017［S］. 北京：中國建筑工業出版社， 2017.

［5］ 賴國泉，楊昊天，尹威江，等. 西南山區高填方滑坡變形失穩機制及治理措施［J］.水利水電快報， 2023，44（11）： 57-63.

［6］ 馬惠民，吳紅剛. 山區高速公路高邊坡病害防治實踐［J］.鐵道工程學報， 2011（7）： 34-41.

［7］ 程崗，陳銘銘. 高填方邊坡加固方案的對比分析［J］.土工基礎 2023，37（4）： 574-578.

［8］ 曹淼鑫. 巖工工程高填方邊坡的穩定性分析與治理措施［J］.山西建筑， 2020，46（10）： 90-92.

［9］ 劉永紅，程杰，屈希峰. 瑞達水泥廠滑坡穩定性分析及治理措施［J］.路基工程， 2011（5）： 187-190.

［10］ 夏澤群，譚黎明，費天偉. 三峽庫區秭歸某滑坡地質特征及穩定性分析［J］.南華大學學報（自然科學版），2007，21（3）： 48-52.

［11］ 陳勝，鄧華鋒. 某庫岸滑坡穩定分析及治理措施研究［J］.三峽大學學報（自然科學版）， 2008，30（6）： 41-44.

［12］ 謝佳能，彭振斌，熊清林. 滑坡工程成因穩定性分析及處理措施［J］.山西建筑， 2010，36（5）： 92-94.

［13］ 王巖. 公路滑坡穩定性分析及治理方案設計［J］.交通世界， 2023（29）： 89-91.

［14］ 賀利峰. 某高填方邊坡穩定性分析［J］.科學技術創新， 2023（26）： 112-115.

［15］ 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑波工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［16］ 重慶市設計院，中國建筑技術集團有限公司.建筑邊坡工程技術規范：GB50330-2013［S］. 北京：中國建筑工業出版社，2013.

［17］ 成永剛.工程斜坡病害防治理念與方案優化［M］.北京：中國地質大學出版社，2022.