蘭州新區(qū)黃土路塹高邊坡勘察實(shí)錄

唐 俊，王 輝

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

本挖方段高邊坡位于甘肅省蘭州新區(qū)西岔鎮(zhèn)境內(nèi)，挖方長(zhǎng)度約610.0 m，最大開挖高度約56.0 m。

勘察采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、挖探、原位測(cè)試及室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘察手段，具體實(shí)物工作量見表1。

2 自然地理?xiàng)l件

勘察區(qū)深居內(nèi)陸，屬甘肅中部干旱區(qū)，大陸性氣候顯著，其氣候特征是：降水稀少，氣候干燥，風(fēng)沙多，光照較短，蒸發(fā)量大。年均降水量263.4 mm，降水量的年際變化很大，年降水量變化率為23%，降水量在年內(nèi)分配很不均勻，多集中于7、8、9三個(gè)月，其降水量約占全年降水量80%以上。年均氣溫7.2℃，年均蒸發(fā)量1 785.6 mm，是降水量的6.8倍。年均日照2 768 h，無霜期144 d。晝夜溫差大。最大凍土深度1.25 m，標(biāo)準(zhǔn)凍土深度1.14 m。

表1 完成實(shí)物工作量

勘察場(chǎng)地位于龔巴川源頭處，地表水主要為黃河一級(jí)支流蔡家河及引大入秦灌溉渠等，場(chǎng)地內(nèi)河溝常年干涸，只有在暴雨時(shí)，才有水流通過。

3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

勘察區(qū)地貌單元屬于構(gòu)造剝蝕黃土丘陵地貌，微地貌為黃土梁、峁、山體斜坡、水間溝谷等，黃土梁峁丘陵由一些NW—SE向、近ES向相間排列的黃土梁峁丘陵與寬谷組成。山頂呈渾圓狀，山坡上緩下陡，呈凸形，上部坡度15°～20°，下部20°～35°，局部較陡，可達(dá)50°。海拔1 800～2 000 m。坡體上部主要被低矮的雜草及灌木覆蓋。如圖1所示。

圖1 勘察區(qū)地形地貌

3.2 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪和鉆探、挖探等勘察成果，挖方區(qū)上覆地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q3eol)黃土層，如圖2所示。

圖2 勘察區(qū)地層巖性

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)繪，邊坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未見影響邊坡穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造通過。

3.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地震

勘察場(chǎng)地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)形式以震蕩式垂直升降運(yùn)動(dòng)為主，場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定，適宜工程建設(shè)。

3.5 水文地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭示，路塹范圍內(nèi)無地下水分布，其周圍坡麓地帶及沖溝內(nèi)亦未發(fā)現(xiàn)泉水出露，地表水由大氣降水補(bǔ)給，排泄順暢，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3.6 不良地質(zhì)及特殊性巖土

(1)不良地質(zhì)

強(qiáng)震區(qū)：場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，屬?gòu)?qiáng)震區(qū)，邊坡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)。

(2)特殊性巖土

黃土：根據(jù)黃土勘察資料，場(chǎng)地黃土具有濕陷性，自重濕陷量為1 291.50～2 652.75 mm，濕陷量為1 873.00～2 863.50 mm，場(chǎng)地黃土濕陷等級(jí)為Ⅳ(很嚴(yán)重)。路基設(shè)計(jì)高程以下黃土厚度為4.0～7.0 m，具有濕陷性，濕陷性的計(jì)算從基礎(chǔ)以下算起，濕陷等級(jí)為Ⅱ(一般)～Ⅲ(嚴(yán)重)，路基基礎(chǔ)應(yīng)采取強(qiáng)夯或者換填處理。同時(shí)對(duì)邊坡坡面應(yīng)做好護(hù)面措施，防止雨水沖刷。

季節(jié)性凍土：勘察區(qū)凍土主要為季節(jié)性凍土，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.14 m。路基填料特別是路床應(yīng)選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1 場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性

勘察結(jié)果表明，未見影響邊坡穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造通過，適宜進(jìn)行本工程的建設(shè)。

4.2 挖方邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

(1)邊坡開挖

根據(jù)勘察，挖方段內(nèi)挖方土石的主體為黃土，為Ⅱ級(jí)普通土。其開挖邊坡坡率建議1∶0.75～1∶1.00，坡體設(shè)置2～6 m寬的平臺(tái)。

(2)邊坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

①定性分析及評(píng)價(jià)

邊坡最大開挖高度約56.0 m，開挖地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q3eol)黃土，屬土質(zhì)邊坡，本次勘察按照1∶1.00坡率，邊坡局部坡率為45°，整體坡率約為40°考慮，坡體設(shè)置2～6 m寬的平臺(tái)，放緩邊坡綜合坡率，減小坡體的自重，有利于邊坡的穩(wěn)定。原始邊坡局部坡率最大達(dá)50°，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以通過工程類比分析，開挖后的邊坡天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定較好。

②定量計(jì)算及評(píng)價(jià)

a.計(jì)算模型選取

本段邊坡為土質(zhì)邊坡，潛在的破壞形式為圓弧形滑動(dòng)，邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算采用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算正常工況(天然狀態(tài))和非正常工況Ⅰ(暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài))下的穩(wěn)定性系數(shù)。

b.參數(shù)選取

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，參考《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2015)及同類工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合確定巖土參數(shù)。

濕陷性黃土邊坡穩(wěn)定性受雨水影響大，但由于勘察區(qū)位于甘肅中部干旱區(qū)，降水稀少，氣候干，很難形成連續(xù)降水且降雨量很小，且坡體周邊排水條件好，邊坡難以形成穩(wěn)定的地下水位，所以在穩(wěn)定性定量計(jì)算中，暴雨或連續(xù)降雨工況下，邊坡不能整體統(tǒng)一進(jìn)行強(qiáng)度折減，而是應(yīng)根據(jù)坡體浸水深度，分段折減取值。

本文勘察過程中，結(jié)合該區(qū)域黃土邊坡暴雨條件下的相關(guān)研究，初步擬定以下計(jì)算模型：暴雨或連續(xù)降雨條件下，坡體及開挖坡面設(shè)計(jì)高程5 m以淺范圍內(nèi)為雨水飽和區(qū)；坡體及開挖坡面設(shè)計(jì)高程5 m以深范圍內(nèi)為雨水浸潤(rùn)區(qū)，巖土參數(shù)對(duì)應(yīng)進(jìn)行折減。各巖土層計(jì)算參數(shù)見表2。

③穩(wěn)定性計(jì)算

本次邊坡穩(wěn)定性計(jì)算選用南京庫(kù)倫公司的GEO5巖土軟件。選取三個(gè)典型斷面進(jìn)行正常工況和非正常工況Ⅰ條件下的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。邊坡穩(wěn)定性計(jì)算公式如下，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 計(jì)算參數(shù)表

(1)

式中：Q為條塊上垂直方向外力；c、φ為巖土體強(qiáng)度參數(shù)有效值；W為條塊重量；α為各條塊滑面段的傾斜角度；b為條塊的水平寬度。

表3 計(jì)算參數(shù)表

④邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)定性分析和定量計(jì)算結(jié)果，邊坡主體按照1∶1.00坡率放坡后，該段邊坡開挖后在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 防護(hù)加固措施

結(jié)合邊坡高度、巖土體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性分析，邊坡按照設(shè)計(jì)斷面放坡后，在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；但在暴雨或連續(xù)降雨情況下，黃土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對(duì)坡面采取骨架植物防護(hù)。同時(shí)應(yīng)設(shè)置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設(shè)截水溝，在平臺(tái)及坡腳設(shè)排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得在影響邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)積水。

為確保高邊坡的穩(wěn)定性，建議在坡腳采用擋墻進(jìn)行支護(hù)。

5 挖方巖土體路用性能評(píng)價(jià)

本段邊坡開挖后棄方主要為黃土。根據(jù)黃土素土材料試驗(yàn)，黃土素土最大干密度為1.71 g/cm3，最佳含水率為16.20%，壓實(shí)度93%、94%、96%的CBR值分別為7.0%、8.3%、10.3%，基本滿足上路床路基填料填筑要求，但黃土以粉土為主，粉粒含量較高，作上路床路基填料填使用時(shí)，須進(jìn)行摻灰處理。根據(jù)該工點(diǎn)易溶鹽試驗(yàn)，表層1 m深度范圍內(nèi)的易溶鹽平均含量小于0.3%，為非鹽漬土，對(duì)路基填料無影響。

6 結(jié)論與建議

(1)本段邊坡屬土質(zhì)邊坡，開挖主體黃土為Ⅱ級(jí)普通土。

(2)場(chǎng)地屬?gòu)?qiáng)震區(qū)，邊坡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)。

(3)路基設(shè)計(jì)高程以下黃土厚度為4.0～7.0 m，具有濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅱ(一般)～Ⅲ(嚴(yán)重)；場(chǎng)地季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.14 m。路基填料特別是路床應(yīng)選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

(4)建議本段邊坡主體按1∶1.00的坡率放坡，坡體設(shè)置2～6 m寬的平臺(tái)，在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。但在降雨情況下，黃土抗沖刷能力差，易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌，建議對(duì)坡面采取骨架植物防護(hù)。同時(shí)應(yīng)設(shè)置好防滲及排水措施，在坡頂外5 m設(shè)截水溝，在平臺(tái)及坡腳設(shè)排水溝，將坡面匯水排出坡體外，并不得在影響邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)積水。同時(shí)建議在坡腳采用擋墻進(jìn)行支護(hù)。

(5)挖方素土基本滿足上路床路基填料填筑要求，但黃土以粉土為主，粉粒含量較高，作上路床路基填料填使用時(shí)，須進(jìn)行摻灰處理。