某高填方邊坡穩(wěn)定性評價及治理設(shè)計

山區(qū)建設(shè)過程中，高填方邊坡未按規(guī)范要求施工，容易產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，在巖土工程設(shè)計中，如何對邊坡變形趨勢、可能產(chǎn)生破壞的方式和穩(wěn)定性作出正確判斷，作出的設(shè)計成果才能保證工程的安全性、經(jīng)濟性和可實施性，方能最大限度地反映現(xiàn)狀實際情況。結(jié)合實例，首先分析了該邊坡的水文地質(zhì)概況；然后對邊坡失穩(wěn)影響和穩(wěn)定性進行分析；最后提出了相應(yīng)的治理設(shè)計。結(jié)果表明，該邊坡設(shè)計分析方法科學(xué)有效，治理方案合理，確保了邊坡的穩(wěn)定，降低了邊坡治理成本。

高填方邊坡； 穩(wěn)定性分析； 設(shè)計； 治理

U416.1+4B

［定稿日期］2024-08-13

［作者簡介］姚文亭（1972—），男，本科，高級工程師，從事巖土工程設(shè)計與施工工作。

0 引言

在山區(qū)進行城市和道路建設(shè)受地形地貌的限制［1］，通常涉及到大量的土石方挖掘和填埋［2］，就會出現(xiàn)很多高填方邊坡工程［3］。此類較多高邊坡工程未按規(guī)范要求分層填筑、壓實，不滿足密實、均勻和穩(wěn)定性要求［4］，由此誘發(fā)的山地災(zāi)害也越來越多，山區(qū)高填方滑坡就是其中一種嚴(yán)重的災(zāi)害［5］。

高填方邊坡成為山區(qū)建設(shè)中常見的一種工程形式［6］，對于這類高填方邊坡，保證邊坡的穩(wěn)定是建設(shè)的必要條件［7］。但影響高填方邊坡穩(wěn)定性的因素很多，不同坡體地層巖性表現(xiàn)出不同變形破壞形式［8］。只有對邊坡的成因準(zhǔn)確分析和穩(wěn)定性正確評價，才能選取合理治理措施［9］?；路€(wěn)定性分析的方法應(yīng)用最為廣泛和有效的主要有兩種，即基于剛體極限平衡理論的條分法和彈塑性理理論數(shù)值分析方法，我國相關(guān)規(guī)程規(guī)范對滑坡穩(wěn)定性評價的方法基本上都采用條分法［10-14］。

很多高填方邊坡體中并不存在滑面，沒有滑動的趨勢，必須通過分析才能確定，不能采用鉆探觀察等方法確定［15］。對高填方邊坡的穩(wěn)定性進行定性和定量分析［16］，采取合理的設(shè)計計算分析方法，為高填方邊坡的治理提供參考。

1 工程概況

1.1 高填方邊坡現(xiàn)狀

場地原地形北高南低，臨江側(cè)為一沖溝，場地削高填低堆填整平后形成的人工堆積土邊坡（上部建設(shè)道路和房屋，為永久性邊坡工程）。邊坡治理范圍長約50 m，地面標(biāo)高337.100 m，坡高約46 m，分為兩級平臺，寬度為4 m左右，整體走向53°，坡向東南143°，坡角30°～50°，坡面不規(guī)則，凹凸不平，局部坡面較陡。坡體巖土體主要由黏土夾碎塊石構(gòu)成，其中堆積體最大厚度約28 m的素填土為近期場地開挖整平堆填（堆填時間約2年），呈松散狀，力學(xué)性質(zhì)差異大，欠固結(jié)。原方案設(shè)計為抗滑樁，共布置10根，間距為5 m，平面尺寸均為2.5 m×3.0 m，樁長均為40 m，以確保場地穩(wěn)定。圖1為高填方邊坡現(xiàn)狀。

1.2 邊坡水文地質(zhì)

場地地下水類型主要為基巖裂隙水和上部填土層中的上層滯水。上層滯水主要賦存于第四系覆蓋土層中，受大氣降水補給。場區(qū)上部素填土層厚度大，結(jié)構(gòu)較松散，孔隙度較大，滲透性好，大氣降水能快速向下滲流，直接補給基巖裂隙水。上層滯水埋藏較淺，無統(tǒng)一自由水面，水量小，主要以蒸發(fā)方式和下滲方式排泄，大氣降水對地下水補給變化較大?；鶐r裂隙水由于風(fēng)化節(jié)理發(fā)育，透水性一般，水位差較大，沿張裂隙下滲至風(fēng)化或巖層界面，由高處向低處流動?；鶐r裂隙水在重力作用下，沿一定水力梯度由高水位向低水位處逕流，部分裂隙水沿裂隙或軟弱層面及滑動面徑流。

1.3 邊坡工程地質(zhì)

根據(jù)勘察鉆探揭露邊坡深度范圍內(nèi)，場地土主要由第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土層（Q4dl+pl）、白堊系蒼溪組粉砂巖（K1c）組成。各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值見表1。

2 邊坡失穩(wěn)影響分析

2.1 地形地貌因素

潛在邊坡區(qū)微地貌單元屬于低山丘陵地貌，原始坡面坡度為24°～55°，坡角30°～50°，在長期的重力作用下，填土斜坡的整體平衡狀態(tài)僅保持著脆弱的平衡。

2.2 水的因素

水是導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生變形的重要因素，業(yè)界有“十滑九水”的說法［17］。地表水滲入坡體內(nèi)將增加邊坡坡體的孔隙水壓力，降低邊坡土體的抗剪強度，特別是長時間的大氣降雨對邊坡穩(wěn)定性影響較大。

2.3 地層因素

該斜坡上部第四系填土層厚度大，組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性能差，抗剪強度低。而下部基巖產(chǎn)狀近似水平，物理力學(xué)性質(zhì)良好，抗剪強度較好。

2.4 誘發(fā)因素

（1）邊坡坡腳距離巴河約30 m，雨季巴河河水上漲，可能會對坡腳進行沖刷，消弱坡腳的支撐力，使斜坡下部土體沿軟弱面滑動，繼而產(chǎn)生牽引式滑動。

（2）連續(xù)降雨也是邊坡變形破壞主要誘發(fā)條件，水過量使土體飽和，沿剪切面孔隙水壓力過大造成邊坡變形破壞。

2.5 邊坡土體變化趨勢

回填邊坡在剛形成時，受雨水和自重沉降影響，會產(chǎn)生變形開裂，隨時間的增加，土體自重固結(jié)，土體抗剪強度有所增加，邊坡穩(wěn)定性會逐漸提高。填土為近期場地開挖整平堆填而成，堆填時間約2年，呈松散狀，力學(xué)性質(zhì)差異大，欠固結(jié)，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生土體內(nèi)部圓弧滑動破壞。且原始地形坡面走向、傾向與現(xiàn)狀勘察邊坡坡面走向、傾向基本一致，坡角較現(xiàn)狀勘察邊坡坡面坡角緩，坡角局部較陡，各段現(xiàn)狀邊坡存在沿原始地形坡面滑動是本次治理考慮的重點。

3 邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

坡體土質(zhì)以黏土夾碎塊石土為主。據(jù)調(diào)查及工程地質(zhì)鉆探，未發(fā)現(xiàn)明顯軟弱層，推測其潛在滑動面為一圓弧形滑動面，根據(jù)GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》推薦的公式（附錄A.0.1）進行高邊坡穩(wěn)定性計算。根據(jù)邊坡的結(jié)構(gòu)特征、土體的雨季飽和情況及所屬地區(qū)地震烈度，穩(wěn)定性計算分一般工況（自重）和暴雨工況（自重+暴雨）兩種工況進行分析。穩(wěn)定性計算采用理正巖土6.5PB4版軟件計算，選用簡化Bishop法計算圓弧滑裂面的安全系數(shù)。

根據(jù)坡高、坡率、填土厚度等條件，以1-1’代表性地質(zhì)剖面進行穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果見表2。

通過穩(wěn)定性分析，該邊坡處于不穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，符合現(xiàn)狀，應(yīng)及時采取工程措施，保證高填方邊坡的安全。

4 邊坡治理設(shè)計

在全面掌握地質(zhì)資料，對邊坡變形趨勢、可能產(chǎn)生破壞的方式作出正確判斷，作出的設(shè)計成果才能保證工程的安全性、經(jīng)濟性和可實施性，結(jié)果方能最大限度地反映現(xiàn)狀實際情況。邊坡治理設(shè)計最終結(jié)果通過支護結(jié)構(gòu)體系體現(xiàn)，支護結(jié)構(gòu)體系最重要的是作用在支護結(jié)構(gòu)上的力系，對于抗滑樁（根據(jù)本工程邊坡現(xiàn)狀、地質(zhì)條件、邊坡變形趨勢等判斷，抗滑樁是本工程較為合理的治理方式），須計算滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層的抗力等。本工程滑坡推力和樁前滑體抗力的確定尤為重要，以1-1’地質(zhì)剖面為例，詳細介紹抗滑樁的設(shè)計過程。

（1）采用圓弧滑動法分析邊坡的穩(wěn)定性，并找出潛在滑動面，表示該部分土體可能滑動，該部分土體不計任何有利作用，見圖2。

（2）以第（1）步滑動面的圓心坐標(biāo)（72.47，51.08），半徑98.6去掉潛在滑動面以上土體，取剩余部分土體邊坡（圖2），假設(shè)沿土巖交界面滑動，該界面參數(shù)只能通過反算確定。取穩(wěn)定安全系數(shù)K=1時，通過反算得到滑動面參數(shù)，即土巖交界面的C=13.423 kPa，φ=18.473°。

（3）根據(jù)第（2）步的滑動面參數(shù)，計算K=1（臨界狀態(tài)）時各滑塊的下滑力，結(jié)果見表3。

（4）計算滑坡各滑塊的下滑推力，治理設(shè)計安全系數(shù)K0=1.15，結(jié)果見表4。

（5）繪制滑坡推力曲線，見圖3。

（6）確定樁前被動區(qū)高度。取破裂面角度為45°+φ/2=56.5°，以此角度與破裂面交叉點對應(yīng)的高度作為被動區(qū)（有抗力作用）土體厚度（圖4），計算該部分土體被動土壓力，與第（5）步的P（樁前滑體抗力）比較，取小值作為樁的抗力。最后抗滑樁所承受推力F=T-P。

由計算結(jié)果可知，被動土壓力大于樁前滑體抗力，取樁前滑體抗力作為抗力值，且由（3）計算可知，當(dāng)樁前提供971.48 kN滑體抗力時，樁前滑坡體不會滑動。考慮各種因素影響，取樁前滑體抗力的80%計算，因此1-1’剖面的抗滑樁承受的滑動推力F=T-0.8P=704.1 kN。

（7）用以上步驟獲取的結(jié)果進行樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。

按以上設(shè)計思路，樁截面尺寸和樁長大幅減少，工程造價僅為原方案的50%左右，目前工程完工10年運行良好，是一個相對較優(yōu)的方案。應(yīng)特別注意，該樁前抗力的計算都是基于樁前土體不會滑走的情況，如果樁前土體會滑走（如本工程3-3’剖面），應(yīng)將滑坡推力直接作為樁上設(shè)計力。

5 結(jié)束語

高填方邊坡治理難度大，本文通過治理設(shè)計案例，詳細的設(shè)計思路介紹，為類似工程提供解決問題的方法。

（1） 邊坡治理設(shè)計必須遵循定性分析為基礎(chǔ)，定量計算為手段的原則。定性分析是診斷邊坡的破壞模式，定量分析是根據(jù)破壞模式準(zhǔn)確給出符合實際情況的治理方案。

（2）采取治理措施主要考慮邊坡整體滑動可能，若按現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定系數(shù)達到規(guī)范要求的安全系數(shù)，需對樁前整個坡體進行處治，治理難度和費用不可估量，與解決主要矛盾不符，將造成工程方案大方向嚴(yán)重偏離，經(jīng)濟性明顯偏低。

（3） 本文結(jié)合現(xiàn)狀實際，考慮了部分樁前回填土體的作用，保證工程安全性的同時節(jié)約了造價。

（4） 邊坡治理設(shè)計首先要全面掌握場地的地質(zhì)資料，對巖土工程的模型、邊界、參數(shù)進行認真分析，在此基礎(chǔ)上去除不重要的部分，保留實質(zhì)、核心內(nèi)容，再通過合理的抽象建立概念模型，只有這樣才能為建立有效的力學(xué)計算模型奠定基礎(chǔ)，使結(jié)果最大限度地反映真實的坡體情況。

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