路塹邊坡勘察和穩(wěn)定性實例分析

歐業(yè)頂

（廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊，廣東惠州 516008）

1 項目技術(shù)背景

1.1 工程概況

工程案例道路位于惠州市西南部，北起現(xiàn)狀鵝嶺立交，沿現(xiàn)狀鵝嶺南路、仲愷大道向南至現(xiàn)狀梧村橋后順接S357，道路設(shè)計全長約15.38km，為城市主干路，道路紅線寬42m。古塘坳立交AK3+110～AK3+325（主線里程）和古塘坳東風立交AK3+418～AK3+520（主線里程）段東側(cè)為深挖路塹（陡土巖質(zhì)邊坡），前期道路建設(shè)對原剝蝕低山丘陵開挖適度放坡后，未作治理，該線路運營期間，部分路塹邊坡在外動力地質(zhì)作用下誘發(fā)了小型崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對線路運營安全構(gòu)成威脅，建設(shè)單位擬對易誘發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的深挖路塹邊坡在線路改擴期間進行治理，以確保線路運營安全，擬治理的深挖路塹邊坡及編號見表1（線路“左或右”按小—大里程方向確定，強風化巖按松散土質(zhì)考慮）。

表1 邊坡一覽表

1.2 路塹邊坡勘察手段

路塹邊坡采用綜合勘察方法，資料收集、工程地質(zhì)調(diào)繪、工程鉆探、取巖土試樣、室內(nèi)試驗、原位測試等方法相結(jié)合。路塹邊坡鉆孔根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）中一級邊坡布設(shè)鉆孔，勘探鉆孔終孔要求進入路基標高以下穩(wěn)定中風化巖不小于3m。野外工程地質(zhì)調(diào)繪（含“地質(zhì)、水文、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)”）工作方法按路線穿越法和重點追索法進行野外實地圈定測區(qū)，野外工作底圖采用1∶500地形圖，對重要地質(zhì)點或地質(zhì)現(xiàn)象做拍照記錄，對坡面中風化巖裸露的坡面進行1∶10的裂隙實測、素描，以確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀以及分析結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響。

1.3 場地巖土分布特征

根據(jù)鉆探揭露，綜合坡面露頭地質(zhì)調(diào)查，其下分布的巖土體按成因類型、物質(zhì)成分自上而下可分為：①第四系坡積土層（Qdl）、②侏羅系漳平組第一段基巖（Jz1），對各巖土層由淺至深分述如下：

①層粉質(zhì)粘土：褐紅色、褐黃色，很濕，狀態(tài)主要為硬塑，成份以粉粒/粘粒為主，不均勻約含15%～20%次棱角狀礫和碎石，干強度、韌性中等，屬中—壓縮性土；該層邊坡表層局部分布。

②1層全風化泥質(zhì)砂巖：紅褐色，結(jié)構(gòu)基本破壞，尚可辨認，巖質(zhì)極軟，巖體風化成堅硬土狀，遇水易軟化，屬中—壓縮性土；該層場地局部分布。

②2層強風化泥質(zhì)砂巖：紅褐色，結(jié)構(gòu)大部分破壞，裂隙很發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)極軟，巖體破碎，巖芯為土夾碎塊狀、碎塊狀、塊狀，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；該層場地均有揭露。

②3層中風化泥質(zhì)砂巖：紅褐色，裂隙發(fā)育，局部裂隙面含鐵質(zhì)，泥質(zhì)膠結(jié)，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)極軟，巖體主要為較破碎巖芯主要為短柱狀，局部巖體破碎巖芯為塊狀和餅狀、巖體較完整巖芯為長柱狀，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；該層場地均有分布，均未揭穿。

1.4 巖體結(jié)構(gòu)面特征

根據(jù)路塹邊坡坡面露頭現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)繪，坡面產(chǎn)出的主要巖土體上部為坡積土和全—強風化巖體，局部中風化巖石呈透鏡狀、似層狀或呈碎石狀風化體產(chǎn)出，為極軟巖，抗風化能力差，巖體吸水膨脹、失水易收縮/龜裂。路塹邊坡中下部發(fā)育中風化巖體，邊坡巖體各構(gòu)造面和次生結(jié)構(gòu)面（風化裂隙、卸荷裂隙）發(fā)育，裂面泥化發(fā)育；局部發(fā)育軟弱夾層（泥化層理、風化夾層）；由于巖土體物理、力學性質(zhì)的差異和區(qū)域構(gòu)造共同作用，使巖土體形成大小不一、形狀各異的巖石塊體，多呈錐形、楔形、菱形。坡面巖土體結(jié)構(gòu)上部呈松散狀，中下部呈碎塊狀—鑲嵌狀，導(dǎo)致坡面裸露后邊坡穩(wěn)定性、耐久性差。

勘察期間，對各坡面裸露的中風化以上巖體，選擇有代表性的中風化巖體露頭，進行結(jié)構(gòu)面的精細統(tǒng)計描述，選擇結(jié)構(gòu)面描述的視窗面積不小于1m2，對統(tǒng)計的節(jié)理裂隙首先進行節(jié)理玫瑰花圖分析，得出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面方向，進而采用赤平投影分析，Ⅰ號路塹邊坡案例中風化巖結(jié)構(gòu)面分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 Ⅰ號路塹邊坡案例中風化巖結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析圖

2 綜合條件分析

2.1 路塹邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)繪，各邊坡所處地貌類型為剝蝕低山丘陵間夾山間凹地，山體自然斜坡坡度10°～25°，熱帶常綠闊葉林及低矮植被發(fā)育，人工邊坡坡度45°～65°，人工巖質(zhì)邊坡坡面植被不發(fā)育，土質(zhì)邊坡坡面植被發(fā)育；邊坡在原線路施工時按一級坡開挖，坡面均未作治理，開挖形成的邊坡坡面上部主要出露坡積土、全—強風化巖體；坡面中下部出露中風化巖體，另外，局部坡面上部夾溥層狀中風化巖體，巖體層理及節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理/裂隙部分為順層或切層張性裂隙，中厚層狀，Ⅰ號路塹邊坡案例地層產(chǎn)狀為：215°∠55°，局部夾較多團塊狀中風化巖塊，巖體呈碎塊狀—散體狀，夾層風化、囊狀風化、團塊狀風化、透鏡狀風化育，構(gòu)成了邊坡巖土體的不良軟弱夾層，根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，坡面巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，將巖體切割/包圍呈錐形、楔形、菱形、方形，巖體完整性差，洪雨期間坡面可見面狀水流從層間或節(jié)理/裂隙中滲出，對邊坡的穩(wěn)定性不利；根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例節(jié)理裂隙統(tǒng)計、節(jié)理玟瑰花圖、赤平投影分析表明兩組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面組合交差線的傾向與坡面傾向一致，傾角小于設(shè)計開挖放坡坡角，大于坡頂天然坡角，結(jié)構(gòu)面交線在兩種坡面都有出露，對邊坡穩(wěn)定不利。根據(jù)案例分析影響邊坡穩(wěn)定主要因素為地形地貌、巖土層、巖土體力學性質(zhì)、巖體產(chǎn)狀、巖體發(fā)育情況及外力等因素，勘察過程中應(yīng)采用收集資料、地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、室內(nèi)試驗等資料對路塹邊坡進行評價分析。

2.2 路塹邊坡穩(wěn)定性計算

根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例坡面產(chǎn)出的強風化以上巖土體（全風化巖、坡積土）存在呈圓弧破壞的潛勢，而中風化風化巖體存在沿不良結(jié)構(gòu)面變形失穩(wěn)的潛勢。為進一步分析各邊坡呈圓弧和順層破壞時的特征，根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例工程地質(zhì)剖面（剖面ⅠE-ⅠE′）對改建后設(shè)計人工邊坡最終坡面按一定坡率分級分臺階放坡后，采用簡化畢肖浦（Bishop）法進行穩(wěn)定性分析計算，計算時以最終設(shè)計邊坡面及線路路面標為基準，以坡腳出平面點為坐標原點建立直角坐標系，輸入有關(guān)巖土參數(shù)自動搜索最危險滑動面，得出最小安全系數(shù)，從而判定邊坡當前所處的穩(wěn)定狀態(tài)，為下一步治理提供依據(jù)；根據(jù)計算結(jié)果，Ⅰ號路塹邊坡案例坡面呈圓弧破裂時的安全系數(shù)為K=1.855（見圖2），且圓弧破裂面均呈小曲率曲面，邊坡計算剖面安全系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的最小穩(wěn)定性安全系數(shù)（最小安全系數(shù)為1.30），邊坡還應(yīng)該考慮在臺風暴雨天氣誘發(fā)下（巖土體飽水后抗剪強度急劇降低）邊坡易沿上部坡積土、全/強風化巖土質(zhì)出露坡面產(chǎn)生失穩(wěn)、破壞。根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例中風化赤平投影分析安全系數(shù)為K=0.983（見圖1），赤平投影分析安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定的最小穩(wěn)定性安全系數(shù)（最小安全系數(shù)為1.35），故邊坡存在不穩(wěn)定潛勢，穩(wěn)定類型為：可能滑動。根據(jù)案例分析土質(zhì)邊坡可采用圓弧法計算，巖質(zhì)邊坡在巖體露頭清晰時，可通過有代表性的中風化巖體露頭進行結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計進行節(jié)理裂隙進行玫瑰花圖分析最優(yōu)結(jié)構(gòu)面進行赤平投影分析計算。

圖2 ⅠE-ⅠE′剖面地質(zhì)情況和穩(wěn)定性計算

2.3 路塹邊坡勘察支護評價

根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例定性及定量分析計算，邊坡開挖至最終設(shè)計坡面和路面坪標后，土質(zhì)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；而巖質(zhì)邊坡中風化巖體出露的坡面受多組結(jié)構(gòu)面切割，坡面巖體易沿結(jié)構(gòu)面交線或不良結(jié)構(gòu)面滑動的潛勢，且穩(wěn)定性系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定的最小穩(wěn)定性安全系數(shù)，對未來線路經(jīng)過路段的安全運營存在威脅，須進行邊坡支護、加固。路塹邊坡場地均為交通運輸線路，路塹邊坡支護設(shè)計應(yīng)根據(jù)勘察最終穩(wěn)定性、定量分析進行設(shè)計，同時應(yīng)并兼顧各坡面美觀，在條件情況允許情況下優(yōu)先考慮分級放坡開挖，邊坡坡分級坡不宜大于10m，每級邊坡間設(shè)置臺階，臺階寬度不小于2m。不同巖性界面應(yīng)設(shè)置臺階，土體坡率大多按（1∶1.0）～（1∶1.25）放坡，巖體坡率按（1∶0.5）～（1∶1.0）放坡為宜。

路塹邊坡巖土體對水的敏感性較強，局部存在的傾向與坡向相同、傾角小于邊坡角的結(jié)構(gòu)面易產(chǎn)生順結(jié)構(gòu)面的滑移失穩(wěn)，并且?guī)r土體風化裂隙/卸荷裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生書頁狀崩塌、溜坍剝離失穩(wěn)，路塹邊坡進一步放坡后仍應(yīng)采取工程加固措施，根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例巖土體特征和已有定性、定量分析評價，建議坡面采用注漿錨桿（索）加混凝土格構(gòu)梁支護（錨桿長度應(yīng)由計算確定），局部呈夾層風化體產(chǎn)出的中風化巖體出露坡面采用加長錨桿或錨桿樁加混凝土格構(gòu)梁支護（錨桿長度應(yīng)由計算確定），邊坡中下部為碎塊狀—散體狀中風化巖，易掉塊，建議格內(nèi)掛鋼絲網(wǎng)采用U型釘固定后噴射營養(yǎng)土植草以美化環(huán)境。坡頂應(yīng)設(shè)置排水天溝、臺階面靠近邊坡內(nèi)側(cè)設(shè)排水明溝、坡腳設(shè)置排水地溝，脊間谷地應(yīng)設(shè)置坡面排水溝（吊溝）將天溝、臺階明溝、坡腳地溝的地表水一同引入線路的統(tǒng)一排水系統(tǒng)；坡面排水溝應(yīng)設(shè)置消能池，且坡面地表水在引入場地排水系統(tǒng)前應(yīng)經(jīng)沉淀池沉淀后方可排入場外統(tǒng)一的排水系統(tǒng)。

3 應(yīng)對措施分析

3.1 路塹邊坡設(shè)計治理方案

根據(jù)設(shè)計院出版的路塹邊坡施工圖設(shè)計方案，Ⅰ號路塹邊坡采用3～5 級坡開挖，坡率采用1∶1，每級坡高8m，每級坡頂設(shè)置2m臺階，坡面采用錨桿+格構(gòu)梁支護，自下而上一級坡和二級坡錨桿長度為9m，三級坡、四級坡及五級坡錨桿長度為12m，錨桿水平和垂直間距均為3m，錨桿直徑為130mm，坡面格構(gòu)梁截面尺寸為0.3m×0.3m；格構(gòu)梁內(nèi)采用噴混植生綠化；坡頂和坡頂臺階設(shè)置截水溝，坡中間設(shè)置截流槽把地表水統(tǒng)一匯流至坡腳市政管溝中。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）規(guī)定一級邊坡抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)為不小于1.35，Ⅰ號路塹邊坡案例巖質(zhì)邊坡赤平投影分析安全系數(shù)為0.983，根據(jù)路塹邊坡施工圖設(shè)計文件采用錨桿+格構(gòu)梁支護后計算得到安全系數(shù)為1.39，安全系數(shù)不小于1.35滿足規(guī)范要求。

3.2 路塹邊坡治理效果

施工過程中裸露出來的中風化巖產(chǎn)狀和結(jié)構(gòu)裂隙面產(chǎn)狀經(jīng)過復(fù)測與勘察期間測得出露巖層產(chǎn)狀和節(jié)理裂隙產(chǎn)狀吻合，路塹邊坡開挖后處于穩(wěn)定狀態(tài)與勘察階段分析計算評價相近，邊坡支護采用錨桿+格構(gòu)梁及框內(nèi)噴混植生綠化支護后，施工后經(jīng)過第三方檢測和監(jiān)測，錨桿抗拔力滿足設(shè)計要求，監(jiān)測邊坡表層移位、深層位移和沉降數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范和設(shè)計要求，后期經(jīng)過惡劣等天氣后觀察邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理效果良好。

4 分析結(jié)論

路塹邊坡可按場地地形地貌、出露地質(zhì)條件、工程規(guī)模、施工條件等選擇具有針對性勘察手段，根據(jù)Ⅰ號路塹邊坡案例在土巖質(zhì)路塹邊坡巖土層露頭清晰情況下可采用工程地質(zhì)調(diào)繪、工程鉆探、室內(nèi)試驗等方法結(jié)合進行勘察，通過鉆探、工程地質(zhì)調(diào)繪及室內(nèi)試驗查明邊坡巖土層分布規(guī)律和特征、巖土層參數(shù)、巖體和節(jié)理裂隙產(chǎn)狀、已發(fā)生滑坡或崩塌的破壞機理等，結(jié)合查明資料對路塹邊坡進行穩(wěn)定性分析評價計算，土質(zhì)邊坡主要采用土層分布規(guī)律和巖土參數(shù)進行圓弧法計算邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，巖質(zhì)邊坡主要采用有代表性的中風化巖體露頭進行結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計進行節(jié)理裂隙進行玫瑰花圖分析最優(yōu)結(jié)構(gòu)面進行赤平投影分析計算邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，施工圖設(shè)計可按路塹邊坡穩(wěn)定性定性和定量分析結(jié)論進行設(shè)計，可有效治理路塹邊坡穩(wěn)定。