道路修建對沿線河道邊坡的影響分析

■曾 山

（福建高能建設工程有限公司，福州 350000）

1 工程概況

山區(qū)道路修建會對沿線地表水文環(huán)境及地下水環(huán)境造成影響，從而影響到沿線河道邊坡、溝谷邊坡的穩(wěn)定性。

省道309線永定湖坑伯公凹至岐嶺公路改建工程全長26.979km，路線起點位于永定縣與平和縣交界處湖坑鎮(zhèn)伯公凹省道309線上，終點位于永定縣岐嶺鄉(xiāng)團村的省道309線上，接已改造的省道309線岐嶺-接官亭公路。本項目的建設對改善沿線的交通條件和投資環(huán)境，拓展山海地區(qū)的經濟技術合作，推動區(qū)域經濟的協調發(fā)展，將發(fā)揮重要作用。同時本項目公路鄰近洪坑土樓群和初溪土樓群，對于永定土樓旅游資源的開發(fā)利用具有極其重要的意義，使社會經濟發(fā)展規(guī)劃與土樓旅游資源開發(fā)緊密結合。

根據設計方案，對河床K0+000～+365進行回填，先后在河床K0+210、K0+105處設置墻高4m的土袋圍堰，K0+365處設置混凝土引水槽及攔水壩，在K0+000處砌筑片石混凝土擋水壩。路線K2+158～+281處采用路基加設箱涵的形式，涵洞中心位于K2+200處（圖1）。

圖1 河道平面圖

2 區(qū)域工程地質條件分析

2.1 地形地貌

本路段主線位于龍巖市永定縣境內，沿線穿越地區(qū)為博平嶺山脈南端，起點位于永定與平和兩縣的天然界山，金豐溪與平和蘆溪的分水嶺。沿線地貌單元較復雜，主要為低山、丘陵夾溝谷地貌、河流沖積階地地貌，地形起伏較大。

K2+158～+281區(qū)段屬于丘陵坡地夾河流溝谷地貌，附近海拔標高在640～760m之間。U型谷發(fā)育，地勢較高，水流較緩。根據地形等高線圖，沿河谷山體較陡峻，斜坡坡度 30～35°之間，局部可達到 35～55°。 采用 GIS 軟件獲得區(qū)段內地形地貌如圖2所示。區(qū)段內植被發(fā)育一般，地勢起伏較大（圖3）。河床縱坡坡度為5.3%。

圖2 區(qū)段內地形地貌（單位：m）

圖3 區(qū)段內植被覆蓋情況

2.2 地層巖性

根據勘察設計資料，坡地主要分布殘坡積層，局部地段含碎石、塊石；溝谷地段主要分布漂石層，骨架顆粒充填以砂、卵石及泥質為主；階地表層局部地段覆蓋薄層粉質粘土，下部為厚層漂石；下伏基巖風化裂隙較發(fā)育。根據K2+158～+475段的鉆孔柱狀圖，區(qū)段內巖性由上至下依次為坡積粉質粘土 （局部分布有凝灰熔巖殘積粘性土）、砂土狀強風化凝灰熔巖、碎塊狀強風化凝灰熔巖、中風化凝灰熔巖（圖4）。其中粘性土層厚分布不均：海拔小于700m、地勢陡峭地段，土層厚度為0.3～1m；海拔大于700m、地勢平緩地段，土層厚度較大。鉆探獲得的粘土層最大厚度為7.8m。地層自上而下表現為：

（1）坡積粉質粘土：褐紅色，濕，可塑。以粘粉粒為主，粘性中等，干強度中等，表層可見少量植物根系。

（2）凝灰熔巖殘積粘性土：淺黃色，濕，可塑。以粘性土為主，手搓略有砂感，粘性中等，干強度中等。

（3）砂土狀強風化凝灰熔巖：淺黃色。原巖結構可辨，巖石風化強烈，長石礦物已風化成土狀，巖芯呈砂土狀，手掰易散。屬極軟巖。

（4）碎塊狀強風化凝灰熔巖：灰色，深灰色。原巖結構易辨，巖石風化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，塊徑以2～5cm為主，碎塊用手不易折斷，錘擊可碎。屬軟巖。

（5）中風化凝灰熔巖：淺灰色。凝灰結構，塊狀構造。安山質，礦物成分以長石、角閃石及凝灰質為主，巖石風化較強烈，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯以柱狀為主，巖芯長5～25cm，少量碎塊狀、短柱狀，巖質較新鮮，錘擊聲清脆，有回彈。屬較硬巖。RQD=50。

（6）河谷中有 0.6m厚漂石層，淺灰色，濕-飽和，稍密。漂石含量80%～85%，粒徑20～30cm，呈次圓狀、圓狀，母巖巖性以凝灰熔巖為主，呈中風化狀態(tài)?？紫堕g充填以卵礫石為主。

2.3 水文地質條件

根據地下水的賦存類型分類，本區(qū)主要發(fā)育有第四系沖洪積層孔隙水、基巖裂隙水兩大類型。

其中第四系沖洪積層孔隙水分布于河流及其支流、階地和山間沖洪積小盆地、溝谷地帶，主要貯存于砂、礫、卵石、漂石層中，透水性較好，水位埋藏較淺，水量較豐富，接受大氣降水及地下水側向補給。

圖4 K2+158～+475地層分布

基巖裂隙水賦存于風化層裂隙-孔隙中，富水性較差，沿線凝灰熔巖分布區(qū)巖石風化層厚度普遍較大，碎塊狀強風化巖結構松散，透水性相對較好，中風化巖富水性較差。主要受大氣降水補給，水量受季節(jié)變化影響大，往兩側溝谷或低洼地帶排泄。

地下水對混凝土不具腐蝕性，根據《公路工程地質勘查規(guī)范》（JTG C20-2011）附錄 D，為Ⅱ類環(huán)境[1]。

河谷水流較緩，流量受降雨量影響明顯，年內分配不均，汛期多集中在5～8月，占全年總流量的70%以上。根據設計資料按1/100的設計洪水頻率，原中山大橋設計洪水位為665.449m。根據室內水質分析資料可判定為無腐蝕性。

2.4 氣候條件

根據設計資料，線路所在區(qū)域屬于亞熱帶季風氣候，四季分明，溫和濕潤。歷年最大降雨量2348mm，平均降水量約1600mm；年降雨日160～175天，3～4月為春雨季，雨量約占全年23%～24%；5～6月為梅雨季，雨量約占全年36%～37%；7～9月為臺風、雷雨季，約占全年20%；10月至次年2月為少雨期，約占全年20%；降雨分布不均勻，變化很大。夏季多偏南風，冬季多偏北風，最大風速24m/s。

3 河道邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性要求與分析方法

明渠修建后由于人為提高地表水位，將引起山體地下水位提升，對山坡土體穩(wěn)定性帶來不利影響。一旦發(fā)生邊坡失穩(wěn)，將對工程的順利進展造成影響，因此需對地下水位提高后河道邊坡的穩(wěn)定性進行分析。

河道邊坡屬于自然邊坡，與路塹邊坡與路堤邊坡存在差異。參照公路邊坡穩(wěn)定性要求[2]，取河道邊坡正常工況穩(wěn)定安全系數為1.15～1.25，非正常工況Ⅰ穩(wěn)定安全系數為1.02～1.05。其中正常工況指邊坡處于天然狀態(tài)下的工況；非正常工況Ⅰ指邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況。

邊坡穩(wěn)定性分析常采用剛體極限平衡理論，該理論是經典的確定性分析方法，在工程界應用非常廣泛?；舅枷胧菍⒒瑒于厔莘秶鷥鹊倪吰聨r土體按一定規(guī)則劃分為一個個小塊體，通過塊體的平衡條件來建立整個邊坡的平衡條件，以此為基礎進行邊坡分析。目前已有了多種極限平衡分析方法，如：瑞典條分發(fā)、畢肖普法、簡布法、摩根斯頓-普賴斯法、不平衡推力傳遞法、薩爾瑪法、楔體法等[3]。

河道邊坡穩(wěn)定性分析中，主要考慮表層粘土和強風化層的穩(wěn)定性；路堤邊坡穩(wěn)定分析中，填料為散體結構。由于Morgenstern-Price法可用于任意形狀的滑動面，同時滿足力矩平衡條件和靜力平衡條件，還容許條塊間力的方向發(fā)生變化，因此采用該方法對河道邊坡和路堤邊坡進行穩(wěn)定性分析。

計算中采用GEO SLOPE/W軟件。SLOPE/W是全球巖土工程界應用最廣泛的專業(yè)邊坡穩(wěn)定性分析軟件[4]。軟件中用極限平衡理論對不同土體類型、復雜地層和各種滑移面形狀的邊坡中的孔隙水壓力分布狀況進行建模分析。該軟件能采用多種方法（Morgenstern-Price、Spencer、Bishop等）對滑移面形狀改變、孔隙水壓力狀況、土體性質、不同的加載方式等巖土工程問題進行分析。

3.2 河道邊坡穩(wěn)定性分析

工程施工過程中第一步在河床樁號K0+210處土袋圍堰頂高程670.40m，墻高4m，并沿山谷右側山體開挖一道明渠（3.00×2.50，長 180m）將水引至河床樁號為 K0+365處，出口高程為667m，采用臨時急流槽回原河床高程660.50m。至此河道內水沿明渠排出，確保填方在無地表水作用下施工。

由于人為提高地表水位，將引起山體地下水位提升，對山坡土體穩(wěn)定性帶來不利影響。為將河道水流排走，分三次在不同的地方修建明渠。下面主要對第一條明渠進行分析。

水位提高按4m計算。河道邊坡地質剖面圖見圖5，計算結果見圖6，河道邊坡穩(wěn)定性安全系數為1.652。計算結果表明，潛在最危險滑動面存在于表層坡積含砂粘土中；修建明渠水位提高后，邊坡穩(wěn)定性滿足要求。

圖5 河道上游邊坡地質剖面圖

圖6 河道邊坡穩(wěn)定性分析結果（Fs=1.652）

4 施工建議

（1）為確保原河道回填后地表水流暢通，建議在回填處設置3%的橫坡，朝明渠方向傾斜。

（2）山體邊坡必須做好截排水工作。建議將右側山體水流引至最終成型的明渠中。對于左側山體，在山腳處做好截水溝，相應的在路基下方設置過水洞，將左側山體地表水流及滲水引走。

（3）施工過程中應注意對河道邊坡植被的保護，如有破壞或原本存在的地表裸露區(qū)，應在工后進行補種。

（4）明渠若砌筑在回填后形成的地表面上，應確保渠底填筑土體壓實度大于原地表壓實度，防止明渠因不均勻沉降而導致損壞。

（5）為防止明渠中的水流滲入原河道中，建議對明渠采用混凝土護面加固，尤其要對明渠底部做好防滲砌筑。

5 結論

（1）山區(qū)道路施工中，由于山體地下水位提升，對附近河道山坡土體穩(wěn)定性將帶來不利影響。

（2）省道309線永定段U型谷發(fā)育，地勢較高，水流較緩，施工造成地下水位最高提高4m。

（3）采用Morgenstern-Price法計算表明，該項目河道邊坡安全系數為1.652，符合穩(wěn)定性要求。

[1]JTG C20-2011,公路工程地質勘查規(guī)范[S].

[2]JTG D30-2015,公路路基設計規(guī)范[S].

[3]王新忠,薛小剛,李寧利,等.基于極限平衡法的機場高填方邊坡穩(wěn)定性分析研究[J].河北工業(yè)大學學報,2014,43（4）:89-93.

[4]馬暾.基于Geo-Slope某高速公路邊坡擋土墻穩(wěn)定性分析[J].礦產勘查,2009,12（2）:61-63.