昔陽至榆次高速公路某路塹邊坡穩(wěn)定性評價

張 鵬

(甘肅省地質礦產勘查開發(fā)局第二地質礦產勘查院(甘肅水文地質工程地質勘察院)，甘肅 蘭州 730020)

昔陽(晉冀界)至榆次高速公路是山西省高速公路主骨架“3縱12橫12環(huán)”第七橫的重要組成部分。工程某段左側為深挖路塹，本路塹建設場地位于山西省晉中市榆次區(qū)，全長120 m，路線中心最大挖深33.062 m，最大坡高34.27 m。路塹邊坡由第四系上更新統(tǒng)風積物(Q3eol)、中更新統(tǒng)沖洪積物(Q2al+pl)及三疊系中統(tǒng)二馬營組下段(T2er1)沉積巖組成。本文對深挖路塹建設場地的工程地質條件進行詳細分析，并對路塹邊坡穩(wěn)定性做出評價，為工程設計與建設提供必要的地質依據(jù)。

1 地質概況

路線方案所處走廊帶位于呂梁—太行斷塊(Ⅲ級)的次級單元—沁水塊坳的北部與晉中新裂陷西部，構造行跡以斷層、褶皺為主。設計路線主要展布于沾尚(昔陽)—武鄉(xiāng)北北東向褶帶的北端，地貌特征屬于構造剝蝕低中山區(qū)，西部與晉中新裂陷之侯城平遙陷隆北端相接，地貌特征屬于山前傾斜平原區(qū)。

本路塹范圍內地層主要由第四系上更新統(tǒng)風積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營組下段(T2er1)強～中風化砂巖組成，巖層產狀較緩，傾角9°左右。本次勘察未發(fā)現(xiàn)有褶皺、斷層等地質構造存在，地質構造簡單。區(qū)內地下水類型為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水，主要接受大氣降水垂直下滲補給。由于地勢較高，地形切割嚴重，無良好的賦水條件，故一般透水而不含水。

2 不良地質與特殊巖土

依據(jù)工程地質調繪成果，本路塹范圍內無不良地質現(xiàn)象發(fā)育。經(jīng)地質調查及鉆探揭示，該深挖路塹范圍內Q3eol濕陷性黃土(粉土)分布于高邊坡。依據(jù)附近探井取樣試驗結果，該黃土(粉土)濕陷系數(shù)δs為0.073～0.093，總濕陷量△s為557.25 mm，自重濕陷系數(shù)為δzs0.001～0.033，自重濕陷量△zs為85.2 mm。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025—2004)中有關規(guī)定，本路塹區(qū)屬于自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級，最大濕陷厚度為5.9 m。

3 各地層工程性能分析與評價

Q3eol濕陷性黃土：該層在路塹范圍內局部分布，揭露厚度3.00～5.90 m，大孔隙及蟲穴發(fā)育，具垂直節(jié)理，稍濕、稍密，具Ⅱ級自重濕陷性，屬Ⅱ級普通土，工程地質性質較差。

Q2al+pl黃土：該層在路塹范圍內局部分布，揭露厚度9.50～10.30 m，小孔較發(fā)育，具垂直節(jié)理，多呈硬塑狀態(tài)，無濕陷性，具中等壓塑性，屬Ⅱ級普通土，工程地質性質較差。

T2er1強風化砂巖：該層在路塹范圍內廣泛分布，揭露厚度為3.9～4.3 m，風化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，為軟巖，屬Ⅳ級軟石，工程地質性質稍差。

T2er1中風化砂巖：該層在路塹范圍內廣泛分布，揭露厚度為19.5～21.7 m，風化裂隙發(fā)育，巖體較破碎，為較堅硬巖，屬Ⅴ級次堅石，工程地質性質較好。

4 邊坡穩(wěn)定性評價

路塹邊坡穩(wěn)定性由邊坡巖性組合、巖體結構、地質構造、風化程度以及含水條件、巖層產狀及結構面與路段邊坡的組合關系等因素綜合控制。根據(jù)本次勘察結果，現(xiàn)將本深挖路段邊坡類型及控制邊坡穩(wěn)定性主要因素分述如下。

4.1 邊坡類型

本深挖路塹邊坡由第四系上更新統(tǒng)風積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營組下段(T2er1)沉積巖組成，屬于土石復合邊坡。

4.2 邊坡結構類型

本深挖路塹邊坡由濕陷性黃土(粉土)、黃土(粉質黏土)、強～中風化砂巖組成，邊坡整體上屬于多層結構。

4.3 巖層產狀與路塹邊坡組合關系

路塹路線走向為277°，左側邊坡坡向為7°，巖層產狀為240°∠9°，巖層傾向與坡向夾角為127°，巖質邊坡為層狀斜向結構，呈較有利組合，屬較穩(wěn)定結構，巖層產狀對左側邊坡穩(wěn)定性影響較小。

4.4 邊坡穩(wěn)定性計算

本次勘察利用理正巖土軟件對AK108+765橫斷面左側邊坡建模搜索最危險滑裂面，進行穩(wěn)定系數(shù)求解，根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30—2015)中相關規(guī)定，采用簡化Bishop法進行分析計算。

簡化Bishop計算方法：

(1)

式中：Fs為穩(wěn)定系數(shù)；bi為第i條個土條寬度，m；ai為第i條個土條底滑面的傾角，(°)；ci為第i條個土條滑弧所在土層的黏聚力，kPa，依滑弧所在位置取對應土層的黏聚力；φi為第i條個土條滑弧所在土層的內摩擦角，(°)，依滑弧所在位置取對應土層的內摩擦角；mai為系數(shù)，按下式計算，式中各符號的意義同前；

(2)

式中：Wi為第i個條土重力，kN；Qi為第i個條土垂直方向外力，kN。

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30—2015)第3.7.4條規(guī)定，在天然工況下，按設計參數(shù)建議值計算，當臺階高度為8 m，每個臺階設置2 m寬的平臺時，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.509，大于安全系數(shù)1.200，滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-1.614,22.318)，半徑22.376 m；在地震工況下，按設計參數(shù)建議值計算，當臺階高度為8 m，每個臺階設置2 m寬的平臺時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.440，大于安全系數(shù)1.200，滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-1.734,22.798)m，半徑22.863 m；在飽和工況下，按設計參數(shù)建議值計算，當臺階高度為8 m，每個臺階設置2 m寬的平臺時，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.730，小于安全系數(shù)1.200，不滿足穩(wěn)定性要求，圓心(-0.894,22.656)m，半徑22.674 m。

4.5 邊坡穩(wěn)定性分析

全長120 m，路基中心設計標高在1 059.090～1 061.230 m之間。路線中心最大挖深33.062 m，最大坡高36.08 m。通過對邊坡穩(wěn)定性因素的組合分析，評價如下：

路塹范圍內無地下水分布，地表水排泄較通暢。路塹開挖后坡面產狀為7°∠53°，左側邊坡主要由第四系上更新統(tǒng)風積物(Q3eol)濕陷性黃土(粉土)、中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)黃土(粉質黏土)及三疊系中統(tǒng)二馬營組下段(T2er1)沉積巖組成；黃土(粉質黏土)，硬塑；砂巖強～中風化，風化裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎；泥巖強～中風化，風化裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎。經(jīng)工程地質調繪及鉆探揭示，巖層產狀為240°∠9°，發(fā)育有3組節(jié)理，J1：11°∠70°，5條/米，張開度2～3 mm，表面平直，無膠結，結合程度差；J2：151°∠39°，6條/米，張開度為1～3 mm，表面平直光滑，無膠結，結合程度很差，J3：206°∠49°，5條/米，張開度為2～3 mm，充填物為巖屑及泥質充填，結合程度差。

(1)單組結構面：巖層產狀與開挖坡面投影弧近乎相對，屬穩(wěn)定結構，此單組結構面對邊坡穩(wěn)定性影響??；J1結構面走向與坡面走向、傾向均相近，但其傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結構，此單組結構面對邊坡穩(wěn)定性影響較??；J2結構面走向與坡面投影弧近乎相對，屬穩(wěn)定結構，此單組結構面對邊坡穩(wěn)定性影響??；J3結構面與坡面投影弧近乎相對，屬穩(wěn)定結構，此單組結構面對邊坡穩(wěn)定性影響小。

(2)兩兩組合：J1與J2結構面組合交點位于邊坡投影弧同一側，但在開挖坡面內側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性影響較??；J1與J3結構面組合交點位于邊坡投影弧同一側，但在開挖坡面內側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角大于坡角，屬較穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性影響較小；J1與巖層產狀結構面組合交點位于邊坡投影弧同一側，但在開挖坡面外側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡角，屬不穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性影響較大。

J2與J3結構面組合交點位于邊坡投影弧對側，沒有滑動的可能，屬穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性基本無影響；J2與巖層產狀結構面組合交點位于邊坡投影弧對側，沒有滑動的可能，屬穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性基本無影響。

J3與巖層產狀結構面組合交點位于邊坡投影弧同一側，但在開挖坡面外側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡角，屬不穩(wěn)定結構，對邊坡穩(wěn)定性影響較大。

綜上所述，土體在大氣降水的沖蝕、潛蝕作用下易產生小范圍坍塌及沿下伏基巖面整體滑塌等不良地質現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性差；基巖邊坡巖層產狀與坡向為層狀斜向結構，呈較有利組合，屬較穩(wěn)定結構，巖層產狀對左側邊坡穩(wěn)定性影響較小，且發(fā)育有3組節(jié)理，經(jīng)赤平投影分別分析單組和兩兩組合結構面，部分結構面為不穩(wěn)定結構面，對邊坡穩(wěn)定性影響較大，易產生碎落、崩塌等不良地質現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性較差；而在施工條件下，由于開挖對巖土體的擾動、破壞作用，可使坡體穩(wěn)定性降低，可能加劇碎落、坍塌、崩塌及滑塌等不良地質現(xiàn)象。綜合評價，該路塹邊坡穩(wěn)定性差。

5 結論

項目區(qū)場地地層結構簡單，斷裂構造不發(fā)育，構造痕跡以褶皺為主，但巖體破碎～較破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育～發(fā)育，對邊坡穩(wěn)定性有影響。場地內不存在泥石流、崩塌、滑坡等不良地質作用或地質災害發(fā)育。擬建工程場地類別為可進行建設的一般場地。結合地質構造、外動力地質現(xiàn)象及巖(土)體強度，綜合分析認為，路塹場地穩(wěn)定性較差，在加強邊坡防護設計后，可以進行擬建工程建設。開挖后該坡體自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，施工過程中宜采用分層開挖、分層防護和坡腳預加固技術，并采取坡面防護措施。