公路邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治實例

何宏智，趙懷剛，段佳宏

（1.昆明理工大學 建筑工程學院，云南 昆明 650500；2.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650500；3.云南大學 建筑與規(guī)劃學院，云南 昆明 650500）

在我國西南云貴川地區(qū)，山脈眾多，地形復雜，地質(zhì)災害頻繁發(fā)生[1～2]。尤其在西南地區(qū)存在著大量的自然邊坡，下伏基巖起伏變化大，土層復雜。大量工程實踐表明，在山區(qū)公路工程建設中，這些不良邊坡體往往給公路工程的建設和維護帶來很多不可預知的風險。20世紀90年代以來,我國眾多專家學者充分認識到滑坡的形成是多種因素作用的結(jié)果[3]，對邊坡災害的防治也開始采用多手段并存的綜合方案。

1 工程概況

1.1 地形地貌

在云南昭通某山區(qū)修建公路，當?shù)氐貏輺|北高西南低，地面高程1 882～1 922m，相對高差約40m，自然橫坡10°～45°，斜坡多為林地，坡度較緩。

1.2 巖土體類型

根據(jù)鉆孔揭露結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，該滑坡區(qū)地層巖性為第四系覆蓋層滑坡堆積土層、沖洪積黏土、粉質(zhì)黏土、殘坡積黏土、粉質(zhì)黏土、碎石土，覆蓋層總體厚度10.4～47.5m。下伏基巖為石炭系下統(tǒng)擺佐組、大塘組上司段并層灰?guī)r。

1)滑坡堆積土層 主要由粉質(zhì)粘土夾塊石等組成，褐灰、褐紅褐黃色，部分表土層為人工填筑而成。分布于滑坡范圍內(nèi)地表層，厚度2.6～12.6m。根據(jù)滑坡區(qū)鉆孔土樣室內(nèi)試驗成果，部分黏土具有一定膨脹性，大部分土樣以弱膨脹性為主，部分土樣不具膨脹性，因此，滑坡體土層具有一定的弱膨脹性，對填方路基的變形失穩(wěn)及滑坡的形成均具有較大的影響。

2)沖洪積層 褐灰、灰黑色，可、硬塑狀，分布于滑坡中下部及滑坡前緣，厚度3～20m。

3)硬塑狀黏土、粉質(zhì)粘土 淺黃色,含較多礫石,分布于滑坡范圍內(nèi)中下地層，厚度0～4.5m。

4)碎石土 灰黃色，粒徑2～5cm，粘性土填充。分布于滑坡中下地層，厚度0～15.2m。

5)石炭系下統(tǒng)擺佐組、大塘組上司段并層灰?guī)r 灰白色,局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，為滑坡區(qū)下伏地層，埋深10.4～47.5m，起伏較大。

1.3 水文地質(zhì)條件

山坡呈圈椅狀和多級臺坎，便于匯集地表水，其次為基巖裂隙水和巖溶水補給，流量變化較大?；聟^(qū)附近主要地質(zhì)構(gòu)造體為斷層。

2 邊坡滑坡因素分析

該山坡地表坡角一般10°～30°不等，整體地形均較緩，有利于雨水及地表水匯集，進而軟化土層，不利于坡體穩(wěn)定。下部為可硬塑狀黏土及碎石土，從而形成較為明顯的軟硬分層。路基邊坡填方后，阻礙并改變了原地表水、地下水的排泄路徑，遇水軟化的土體遭到破壞，在上部加載及降雨等作用下最終導致滑坡形成。同時由于挖填作業(yè)，自然邊坡的平衡狀態(tài)被打破，所以邊坡體受力失衡而失穩(wěn)，并順坡向出現(xiàn)了一定的橫向滑移。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

通過計算一個邊坡體穩(wěn)定系數(shù)可以用來評價邊坡的整體穩(wěn)定性。通過計算邊坡體剩余下滑力，以及坡體平衡狀態(tài)可以判定邊坡的整體穩(wěn)定性能。通過剩余下滑力和局部穩(wěn)定狀態(tài)分析，可以確定邊坡的局部穩(wěn)定性和保持穩(wěn)定需要的加固力。

綜合當?shù)氐刭|(zhì)條件和環(huán)境因素，沿邊坡走向依次取ABCD4個典型計算分析點，分別對其進行在不同工況下的抗滑力和穩(wěn)定系數(shù)計算，同時作出穩(wěn)定性評價。

3.1 剩余下滑力計算公式

根據(jù)GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中剩余下滑力計算公式隱式解可知

式中，F(xiàn)st為邊坡安全系數(shù)；∝為巖層層面傾角，單位度；φ為巖層層面內(nèi)摩擦角，單位度。

3.2 穩(wěn)定系數(shù)計算

穩(wěn)定性系數(shù)是反應滑坡在計算工況下穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)，用Fs表示。

結(jié)合其現(xiàn)場勘查資料和試驗報告，通過上述方法對其坡體受力和狀態(tài)進行分析計算，其計算分析結(jié)果見下表1所示。

表1 滑坡體穩(wěn)定性分析表

通過上表，可知該邊坡目前仍處于極限平衡狀態(tài)下的蠕動變形階段，但由于引起該邊坡變形滑移的內(nèi)外部不利因素（上部卸載、雨季地表水匯集于凹形洼地、地下水位及水壓力上升、坡體滑動帶軟弱土層）均還存在，且地表水及地下水不能有效排出的情況下，邊坡穩(wěn)定性會持續(xù)降低，因此必須采取措施防止在開挖、降雨及施工等不利工況下，發(fā)生進一步的變形破壞。

4 邊坡加固處理措施

通過上面的失穩(wěn)分析和加固計算，該工程選擇如下治理措施，如圖1所示。

圖1 邊坡治理剖面圖

1）在坡頂處以1∶0.5坡比向后側(cè)開挖至原坡頂，進行清方減載。順坡向分別在坡頂—坡腰—坡腳處設置短—長—中型錨桿組合加固[4]，坡頂淺錨區(qū)采用?22，長度為4m的短錨桿。坡腰深錨區(qū)采用?32、長度為16m的長錨桿。坡腳中長錨區(qū)采用?25、長度為10m的中長錨桿。同時在坡腰處設置平臺，形成梯級放坡。

2）邊坡下部長期暴露而導致風化侵蝕作用嚴重，為了既阻止風化侵蝕作用的進一步發(fā)生，同時又加強底部邊坡體的穩(wěn)定性，在坡腳所在影響面進行框格梁護坡，同時在框格內(nèi)培土植草，形成生態(tài)護坡。其施工流程為：坡面開挖及錨桿施工完成后→框格梁溝槽位置放線→框格梁鋼筋綁扎→框格梁模板安裝→框格梁澆筑混凝土→框格梁拆模及養(yǎng)護→生態(tài)綠化。

3）鑒于水對邊坡穩(wěn)定性的巨大侵蝕作用，加強該段邊坡的截排水工作，坡頂設置截水溝，對坡頂部分進行砂漿抹面封水。在邊坡體底部開挖排水渠，及時排走匯集水流。

5 結(jié) 論

1）滑坡體內(nèi)部巖土體工程力學性質(zhì)很差，存在軟弱土層及破碎地帶，這決定了巖土體內(nèi)部有滑坡風險的存在，同時挖填作業(yè)破壞了土體原有平衡狀態(tài)。這一系列的內(nèi)外因素使得整個土體處于極限平衡狀態(tài)，當某一降雨過程或者過載的發(fā)生，土體極限平衡狀態(tài)被打破，土體滑坡產(chǎn)生。

2）根據(jù)邊坡失穩(wěn)的特點及誘發(fā)滑坡的成因機制，采取開挖截排水溝的辦法以減少地表水、地下水和大氣降水對邊坡的影響。其次采用短—長—中型錨桿組合加固來增加順層滑坡的抗滑力，同時在邊坡體下部設置框格梁護坡。通過上述的治理措施，其目的主要是減少滑坡體外荷載、降低地下水位，增強土體抗滑力，使其保持一定的穩(wěn)定性狀態(tài)。