北流市平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及治理措施

曾 齊

（廣西壯族自治區(qū)三一〇核地質(zhì)大隊(duì)，廣西桂林541213）

1 工程概況

北流市平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡位于北流市白馬鎮(zhèn)境內(nèi)，屬公路路塹邊坡，其坡體主要由殘坡積土、全風(fēng)化花崗巖組成，該邊坡產(chǎn)生于修建公路階段，坡體經(jīng)開挖削坡后形成較陡邊坡，坡度約65°，因未采取有效的加固防護(hù)措施，在不利因素長(zhǎng)期作用下，形成了該不穩(wěn)定邊坡。不穩(wěn)定邊坡平面形態(tài)上總體呈弧形，后緣高程113.80m，坡腳前緣高程51.35m，相對(duì)高差62.45m。不穩(wěn)定邊坡西南側(cè)高、東北側(cè)低，順坡縱向長(zhǎng)度約65.0m，橫向?qū)挾燃s90.0m，潛在滑體平均厚度約12.00m，總體積約7.02×104m3，失穩(wěn)后將形成小型中層牽引式滑坡，產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)，潛在滑動(dòng)方向?yàn)?50°。不穩(wěn)定邊坡全貌見圖1。

圖1 不穩(wěn)定邊坡全貌

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

不穩(wěn)定邊坡地貌上屬侵蝕構(gòu)造低山地貌，其所在山體坡頂與坡腳二級(jí)公路路面高差約95.35m。不穩(wěn)定邊坡中下部路塹邊坡為三級(jí)坡，每級(jí)坡高10m，放坡坡度63°～66°，每級(jí)坡設(shè)1.5m 寬平臺(tái)，現(xiàn)局部已垮塌，垮塌區(qū)面積約2000.0m2，垮塌體總體積約15000m3，坡面出露全風(fēng)化花崗巖。上部自然邊坡坡度較緩，一般為15°～30°，表層為第四系坡殘積粘性土，坡面植被發(fā)育，植被覆蓋率約70%。

2.2 氣象水文

該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)型氣候區(qū)，多年平均降雨量1699.5mm、多年平均蒸發(fā)量1594.58mm，多年平均相對(duì)濕度為78%。夏季炎熱，冬季溫和，但偶有短期霜凍。多年平均氣溫22℃，七月份最熱，平均氣溫28℃。一月較冷，平均氣溫14℃，氣溫極值為38℃和-2.1℃。

2.3 地層巖性

該區(qū)出露的主要地層有第四系坡殘積（Qdl+el）粘性土，下伏基巖為加里東晚期（Pz1γ3）花崗巖。其分述如下：

第四系坡殘積粘性土（Qdl+el）：呈褐黃色，可塑狀，層厚1.0～1.5m，系花崗巖風(fēng)化殘積而成，礦物成份以石英、高嶺土、云母為主，含少量暗色礦物，土質(zhì)較均勻，局部含少量花崗巖風(fēng)化碎塊，分布不均。

加里東晚期（Pz1γ3）全風(fēng)化花崗巖：呈褐色、褐黃色，巖石大部分已風(fēng)化成土狀，局部仍保留有原巖結(jié)構(gòu)，含強(qiáng)—中風(fēng)化原巖碎塊，結(jié)構(gòu)尚可辨認(rèn)，結(jié)構(gòu)基本破壞，具有一定殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，易風(fēng)化，遇水易軟化。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)位于“云開古陸”西北側(cè)，經(jīng)歷了加里東、華力西、印支、燕山及喜馬拉雅山四個(gè)構(gòu)造發(fā)展階段。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以區(qū)域性上升為主，局部地帶有下降表現(xiàn)，主要是斷裂變動(dòng)，并繼承了老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。不穩(wěn)定邊坡區(qū)及附近未見活動(dòng)性斷裂構(gòu)造通過。

2.5 水文地質(zhì)條件

項(xiàng)目區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水，賦存于花崗巖的風(fēng)化、構(gòu)造裂隙中，接受降雨的滲入補(bǔ)給，并通過裂隙徑流排泄至溝谷和側(cè)向補(bǔ)給其它類型水。項(xiàng)目區(qū)附近主要河流為羅江，但多年最高洪水位未超過二級(jí)公路路面標(biāo)高，故該段羅江對(duì)不穩(wěn)定邊坡的穩(wěn)定性無影響。

3 不穩(wěn)定邊坡成因機(jī)制分析

該邊坡目前處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，整體無明顯滑動(dòng)跡象。該不穩(wěn)定邊坡起控制和影響因素主要有：

（1）物質(zhì)基礎(chǔ)：邊坡坡體上主要為殘坡積土、全風(fēng)化的花崗巖，其風(fēng)化不均，該風(fēng)化層孔隙較大，易于地表水的入滲，遇水易軟化，巖土體在水的作用下，抗剪強(qiáng)度降低，水下滲匯集于相對(duì)隔水面并沿該隔水接觸面徑流，在長(zhǎng)期干濕交替作用下，在相對(duì)隔水接觸帶形成軟弱面（滑帶），滑帶土在自重的作用下沿該面蠕動(dòng)變形，即形成滑動(dòng)面。

（2）地形：不穩(wěn)定邊坡坡度63°～66°，相對(duì)高差約95m，遇水易軟化的巖土體在暴雨作用下其自重的下滑分力常會(huì)超出法向分力，使巖土體失穩(wěn)。

（3）降雨：降雨使巖土體飽和，滑體重力增大，下滑力增加；同時(shí)雨水滲入巖土體使其浸潤(rùn)軟化，降低滑帶土抗剪強(qiáng)度，致使滑坡體在自重作用下產(chǎn)生滑動(dòng)。

（4）人類工程活動(dòng)：邊坡前緣由于人工切坡修建公路形成臨空面，使斜坡體失去支撐，改變了原有的平衡狀態(tài)，為達(dá)到新的平衡，斜坡產(chǎn)生變形破壞。

4 不穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

4.1 計(jì)算模型與工況

根據(jù)北流市平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡破壞模式分析，其潛在滑動(dòng)面可能產(chǎn)生于全風(fēng)化花崗巖中，其破壞方式近似圓弧形破壞。計(jì)算方法采用瑞典條分法，計(jì)算工況為：工況Ⅰ：自重（天然狀態(tài)）；工況Ⅲ：自重+暴雨（飽和狀態(tài)）。穩(wěn)定性系數(shù)參照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T32864-2016）確定（見表1）。

表1 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

4.2 計(jì)算方法

根據(jù)不穩(wěn)定邊坡破壞模式分析，其計(jì)算公式如下：

（1）穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算公式：

式中：Wi——第i條塊的重量，kN/m；

Ci——第i條塊內(nèi)聚力，kPa；

φi——第i條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Li——第i條塊滑面長(zhǎng)度，m；

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

A——地震加速度，重力加速度g；

TDi——滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面壓力，kN/m；

RDi——滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面壓力，kN/m；

Kf——穩(wěn)定系數(shù)。

（2）滑坡推力計(jì)算公式：

式中：Hs——滑坡推力，kN；

Ks——設(shè)計(jì)安全系數(shù)，kPa；

Ti——第i條塊重量在滑面切線反向的分力。

4.3 計(jì)算參數(shù)選取

通過勘查取樣室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，全風(fēng)化花崗巖天然重度取19.0kN/m3;飽和重度取19.5kN/m3，潛在滑動(dòng)帶的C、φ值范圍值為：C=30.0～40.0kPa，φ=30°～40°。選用3-3′剖面進(jìn)行反演計(jì)算，反演計(jì)算工況為工況Ⅲ，取極限平衡狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.00，反演方法采用傳遞系數(shù)法，其反演計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)C=35～37kPa，φ=33°～35°時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)接近1.00。本文針對(duì)滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)值采取試驗(yàn)值與反算值進(jìn)行綜合確定，提出該不穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)建議值，見表2。

4.4 計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

根據(jù)表2 中參數(shù)對(duì)1-1′～4-4′縱斷面采用潛在滑動(dòng)面為圓弧形進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和推力計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)主要參數(shù)建議值

表3 不穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑力一覽表

計(jì)算結(jié)果可知：在天然狀態(tài)（工況Ⅰ）下，不穩(wěn)定邊坡剖面1-1′～4-4′處于穩(wěn)定狀態(tài)，在持續(xù)暴雨?duì)顟B(tài)（工況Ⅲ）下,不穩(wěn)定邊坡剖面1-1′～4-4′處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

北流市平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡雖然天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，但其地形陡峻，且坡面未進(jìn)行任何防護(hù)加固和排水措施，在氣候的干濕交替、強(qiáng)降雨、坡腳開挖等因素的影響下，不穩(wěn)定邊坡巖土體結(jié)構(gòu)將不斷破壞，同時(shí)不穩(wěn)定邊坡的應(yīng)力卸荷作用，致使巖土體裂隙不斷發(fā)育，地表水極易入滲，軟化巖土體，加上巖土體經(jīng)風(fēng)化后本身力學(xué)性質(zhì)差，將引起巖土體抗剪強(qiáng)度不斷降低，隨著時(shí)間推移，在多種不利因素反復(fù)作用下，不穩(wěn)定邊坡緩慢蠕變，最終將發(fā)生整體失穩(wěn)，形成滑坡，將嚴(yán)重威脅到過往人員車輛的生命財(cái)產(chǎn)安全及公路的安全，影響正常的交通生活秩序。因此，必須采取積極有效的防治加固工程措施，防患于未然。

5 治理措施

根據(jù)該不穩(wěn)定邊坡的地質(zhì)特點(diǎn)、穩(wěn)定性以及施工條件、地形條件和盡量減少對(duì)環(huán)境的破壞的原則，綜合治理工程步驟如下：

（1）削坡卸載工程：依潛在滑坡體狀況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆旨?jí)削坡，減小滑坡推力，坡率在（1∶0.75）～（1∶1.25）。

（2）支擋加固工程及護(hù)坡工程：根據(jù)潛在滑坡體的地層巖性及現(xiàn)狀、剩余推力值、施工條件：①分級(jí)、分段防護(hù)加固；②在坡面采用錨桿+格構(gòu)梁或錨噴進(jìn)行防護(hù)加固；③格構(gòu)梁間采用植草防護(hù)。

（3）排水工程：①依據(jù)地形條件在不穩(wěn)定邊坡邊界外設(shè)置排水溝及集水井；②在各級(jí)平臺(tái)上設(shè)置截水溝，并與排水溝相連；③修復(fù)公路邊溝。

（4）監(jiān)測(cè)工程：對(duì)不穩(wěn)定邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括不穩(wěn)定邊坡地表位移變形、支擋結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)等。

6 結(jié)論

（1）白馬鎮(zhèn)平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡屬于小型中層牽引式不穩(wěn)定邊坡，破壞因素主要是邊坡巖土體自身工程性質(zhì)、地形地貌、地表水及不合理的人類工程活動(dòng)等共同作用的結(jié)果。

（2）根據(jù)不穩(wěn)定邊坡破壞模式分析，北流市平坡南山灣公路不穩(wěn)定邊坡采用潛在滑動(dòng)面為圓弧形進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果表明：在工況Ⅰ天然狀態(tài)條件下，不穩(wěn)定邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在工況Ⅲ暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)條件下，不穩(wěn)定邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）邊坡可采用削坡卸載+錨桿+格構(gòu)梁+植草、錨噴+截排水溝工程+監(jiān)測(cè)工程的綜合治理方案。