邊坡工程穩(wěn)定性研究及其治理

龐 威 龍志軍

（1.宜昌市國土資源局，湖北 宜昌 443000；2.揚子江工程咨詢有限公司〈湖北〉，湖北 武漢 430000）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，尤其是近年來隨著國家基本建設(shè)力度的加大，公路建設(shè)步伐明顯加快，公路等級的不斷提高，邊坡防護建設(shè)工程中所遇到的巖土邊坡穩(wěn)定性問題也相應(yīng)增多，并成為巖土工程中比較常見的技術(shù)難題。由于工程建設(shè)的需要，往往在一定程度上破壞或擾動原來較為穩(wěn)定的巖土體而形成新的人工邊坡，因而普遍存在著邊坡穩(wěn)定的問題需要解決。顯然，從安全觀點的角度出發(fā)，要求邊坡角越小越安全;但從經(jīng)濟方面看，卻要求邊坡具有較大的角度。因此，合理確定具體工程實際條件下的邊坡角，評判邊坡的穩(wěn)定性和綜合治理，使工程建設(shè)符合既安全又經(jīng)濟的原則，具有十分重要的意義，本文以某公路邊坡為例，分析其穩(wěn)定性，并提出相應(yīng)的治理措施。

1 工程概況

某高速公路高切坡位于四川省某加油站北側(cè)，根據(jù)現(xiàn)場詳細勘查，高切坡總長為96m，最大坡高19m，坡面面積1130m2，高切坡類型為Ⅲ類，影響邊坡下方公路長120m。高切坡屬土質(zhì)坡，現(xiàn)狀已產(chǎn)生邊坡土體的滑移，在降雨作用下可能發(fā)生進一步解體滑移破壞。該高切坡失穩(wěn)將危及高速路上交通安全，對該高切坡進行工程治理是必要的。

2 水文地質(zhì)情況

高切坡區(qū)為滑坡地貌，滑坡后緣高程約318m。測區(qū)分布的基巖，裂隙發(fā)育，巖體破碎，透水性強，物質(zhì)主要為碎石土夾滑動巖體，透水性強，地表水經(jīng)短途經(jīng)面流后即下滲。坡眉以上緩坡分布的粉質(zhì)粘土層屬相對隔水層，但分布面積較小，雨季緩坡地段所匯集的降雨以坡面流的形式向高切坡坡面排泄。

根據(jù)鉆探揭露，各鉆孔均揭露了穩(wěn)定地下水位，地下水位埋深3.6～10.1m。地下水屬覆蓋層孔隙水。地下水水位坡降一般16°～22°，局部存在水面緩坡平臺，水位坡降12°左右。雨季可見邊坡土體可見有少量水滲出，屬粉質(zhì)粘土層中的上層滯水，具淺循環(huán)、短徑流、快交替的動態(tài)特點。據(jù)前人勘察資料及 《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001 2009年版）區(qū)內(nèi)環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

坡體出露地層由老到新為：三疊系中統(tǒng)巴東組第二段紫紅色泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，偶見灰黃色泥質(zhì)粉細砂巖。第三段粉細-中晶灰?guī)r、粉-細晶白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r。第四系廣泛分布于山體斜坡、階地及河漫灘上。成因類型有人工堆積、殘坡積、崩坡積、滑坡堆積等。

該高切坡屬土質(zhì)高切坡，現(xiàn)狀已產(chǎn)生邊坡土體的滑移型破壞，在降雨作用下邊坡土體可能進一步解體滑移破壞，甚至繼續(xù)發(fā)展成逐級牽引式的滑移破壞。

3 邊坡破壞模式分析

根據(jù)高切坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征并參考相同類型高切坡的破壞模式作為高切坡變形破壞預(yù)測的依據(jù)。該高切坡屬土質(zhì)高切坡，現(xiàn)狀已產(chǎn)生邊坡土體的滑移型破壞，預(yù)測破壞模式為邊坡土體在降雨作用下的進一步解體滑移破壞，甚至繼續(xù)發(fā)展成逐級牽引式的滑移破壞。

3.1 穩(wěn)定性分析計算原理

計算方法：圓弧滑動法。本高切坡整體穩(wěn)定性計算軟件采用理正《邊坡穩(wěn)定分析程序》中的瑞典條分法計算程序，計算原理為通過假定不同的滑弧，然后將滑動土體分成若干豎直土條，分別求出各土條底面上的下滑力和抗滑力，然后求出每個條塊底部上的下滑力對滑弧圓心的下滑力矩之和與每個條塊上抗滑力對滑弧圓心的抗滑力矩之和，穩(wěn)定系數(shù)定義為K=抗滑力矩之和/下滑力矩之和。比較眾多滑弧的穩(wěn)定系數(shù)后，求得最小穩(wěn)定系數(shù)作為邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，所對應(yīng)的滑弧為最危險滑動面。

采用瑞典條分法進行圓弧穩(wěn)定計算的基本表達式為：

式中：

Wi——垂直荷載，包括土條自重和其上部的建筑荷載。其中，自重可將其分為兩部分，地下水位以上用濕容重計算，設(shè)為Wi1；地下水位以下用飽和容重計算，設(shè)為Wi2。其它垂直荷載，設(shè)為Pi。假設(shè)自重的作用線通過條塊寬度的中心線。

Qi——水平荷載，包括水平孔隙水壓力和其它水平荷載，向剪切面的出口方向為正。

Ui——剪切面上的孔隙水壓力的合力，與剪切面正交。

Zi——水平荷載Qi作用線距滑弧圓心O的垂距。

C′φ′——剪切面抗剪強度（有效應(yīng)力指標）。

R——滑弧半徑。

Li——土條底面長度。

αi——土條地面傾角。

圖1 圓弧滑動法計算原理示意圖

3.2 計算工況及計算參數(shù)

邊坡上方為天然緩坡，計算時不考慮建筑物荷載的作用；高切坡勘察范圍內(nèi)地下水位埋藏較深，穩(wěn)定性計算不考慮地下水動水壓力的影響，僅考慮雨季巖土體含水量增大，且邊坡土體受上層滯水的影響而飽和的情況。計算工況為天然和飽和兩種。計算過程中參數(shù)選用情況見表1。

表1 穩(wěn)定性計算參數(shù)選用表

高切坡計算簡圖和高切坡剖面圓弧滑動計算簡圖分別如圖2、圖3。

圖2 剖面滑動前地形圓弧型滑動計算簡圖

圖3 剖面現(xiàn)狀地形圓弧型滑動計算簡圖

穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表2 高切坡的穩(wěn)定性計算成果表

根據(jù)計算原理進行計算，計算結(jié)果表明各剖面在滑動前，天然狀態(tài)下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，飽和狀態(tài)下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此種計算結(jié)果與實際情況相符。

剖面現(xiàn)狀地形在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，飽和狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但不滿足規(guī)范要求。

4 治理方案

根據(jù)勘察報告和現(xiàn)場實際情況，該高切坡為土質(zhì)邊坡，在降雨作用下邊坡穩(wěn)定性不符合要求，主要的破壞模式為邊坡前緣土體淺層發(fā)生滑移破壞，形成土溜等地質(zhì)危害。

根據(jù)以上情況，本設(shè)計方案施工措施為在高切坡范圍內(nèi)布置兩級擋墻。一級擋墻距離公路邊緣7m，擋墻出露地面4m，擋墻前場地平整至高于公路0.5m，墻后進行適當開挖回填形成4m寬平臺，二級擋墻位于平臺與原邊坡相交處，出露地面4-5m，同時在兩級擋土墻墻腳處設(shè)置橫向排水溝，并在高切坡坡眉外緣4m左右設(shè)置截水溝以攔截外部來水，沿兩側(cè)將來水排至坡底。

參照規(guī)范，擋土墻滑動穩(wěn)定安全系數(shù)為1.3，傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.6，基底偏心距與基底寬度比值允許值為0.25，截面偏心距與基底寬度比值允許值為0.3，采用理正巖土計算軟件，對擋土墻進行計算，結(jié)果如下：

剖面計算剖面如圖4所示：

圖4

穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。

表3 高切坡治理后的穩(wěn)定性計算成果表

計算表明，各剖面在滑動前，天然狀態(tài)、飽和狀態(tài)下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，邊坡工程在各項建設(shè)中日益引起重視。因此，及時的總結(jié)和研究邊坡的穩(wěn)定性分析和治理，深入探討邊坡工程中各種不良現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，掌握己有邊坡的成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)具有重要的工程實際意義，才能為新建的工程提供重要的參考資料和決策依據(jù)，對經(jīng)濟的、高質(zhì)量的建設(shè)邊坡工程十分必要。本文結(jié)合工程實踐，對四川某公路高邊坡的穩(wěn)定性和防治技術(shù)進行了探討。

本文通過對邊坡的水文地質(zhì)情況進行詳細的分析的基礎(chǔ)上，利用圓弧滑動法計算原理對公路高邊坡整體穩(wěn)定性進行分析，把握高邊坡的穩(wěn)定性狀況，這種全局性的把握對高邊坡的設(shè)計、施工、維護和局部穩(wěn)定性分析等有重要的意義，針對邊坡穩(wěn)定性狀況及其地質(zhì)情況進行治理和結(jié)果分析，從而確保邊坡治理的有效性和安全性。

［1］夏元友，李梅.邊坡穩(wěn)定性評價方法研究與發(fā)展趨勢[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002.

［2］李斌.公路工程地質(zhì)[M].北京：人民交通出版社，1999.

［3］包承綱，王清友.土坡穩(wěn)定性分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988.

［4］殷躍平.中國滑坡防治工程理論與實踐[J].水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，1998.

［5］祝玉學(xué).邊坡可靠性分析[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

［6］陳忠達.公路擋土墻設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2000.