引汉济渭工程大黄公路大河坝边坡变形体稳定性分析

冯志荣

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 咸阳 712000)

引汉济渭工程大黄公路大河坝边坡变形体稳定性分析

冯志荣

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 咸阳 712000)

通过对大黄公路大河坝变形边坡工程地质勘察、分析、确定变形体边界条件、形成的原因，采用定性分析和定量计算两种方法，对边坡的稳定性进行评价，提出对边坡顶部减荷、削，并设排水设施，坡脚压脚，中部设置抗滑桩处理措施。

变形体;稳定性;处理措施

大黄公路是引汉济渭三河口水利枢纽通往黄金峡水利枢纽工程的主干公路。大黄公路桩号K2+700～K2+823 m段位于佛坪县大河坝镇西南方向，距大河坝镇约2.3 km处。原边坡高24 m，坡顶为西汉高速公路桥梁。边坡设有二级坡比，下部坡高约11 m，坡角65°，中部设平台，宽度5 m左右。上部坡高约 13 m，坡面上缓下陡，上部35°左右，下部 65°。边坡为岩质边坡，岩性为云母片岩，为反向坡，岩层倾角40°～45°，原边坡整体基本稳定。

因原有道路为乡村便道，路面较窄，在该路面基础上进行扩宽。在该路(K2+700～K2+823 m)段在施工中，当时向内扩宽约7.0 m左右，开挖坡高约 20 m，坡角 60°～65°，发现内侧边坡顶部产生拉裂、变形，由于开挖破坏了坡脚，使得表层松散堆积层及强风化岩体出现滑塌或裂缝，随后对边坡坡脚进行碎块石反压，同时对边坡进行变形观测，近20 d的变形观测，未发现明显变形。

1 边坡工程地质条件

1.1 地形地貌

通过勘察，该段路基位于桑坪沟左岸残留的一级阶地后缘基岩斜坡地带。自然边坡坡角40°左右，相对高差30～60 m。西汉高速公路从斜坡中部通过，桑坪沟属子午河的一级支流。

1.2 地层结构特征

根据本次钻孔资料，结合前期地勘资料和地质调查分析，变形边坡主要由如下地层岩性组成:

4)志留系梅子亚组云母片岩(Smsch):浅灰黄—灰褐色，中—薄层状，片理发育，易风化，属软质岩。整个边坡主要由此岩性组成。强风化厚度7～11.5 m。

1.3 地下水

边坡地下水根据其埋藏条件可分为第四系地层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。

孔隙潜水含水层主要为第四系全新统冲洪积砂砾(卵)石层，受大气降水补给为主，向河谷下游排泄;基岩裂隙水主要分布于强、弱风化岩体中，受大气降水和上部孔隙潜水补给，以泉水形式向下游河谷排泄。坡体地下水位埋深14.4～17.6 m，水力坡降 0.26。

2 边坡工程地质特征

2.1 边坡基本特征

边坡为基岩凸嘴，两侧为凹岸居民点，前缘为大黄公路，属岩质边坡，坡定高程612 m，坡脚高程588 m，坡高24 m，坡顶为西汉高速公路桥。原设计为二级坡，下部坡高约11 m，坡角65°，中部设平台，宽度5 m左右;上部坡高约13 m，坡面上缓下陡，上部35°左右，下部65°。边坡由云母片岩组成，強风化岩体厚7～11.5m，岩层走向与边坡走向近平行，倾向与坡向相反，为反向坡，岩层倾角40°～45°。主要发育两组裂隙，一组为层面裂隙，对边坡稳定影响不大;另一组为卸荷裂隙，产状110°∠55°，对边坡稳定不利。但边坡整体基本稳定。

2.2 边坡变形破坏特征

大黄公路 K2+700—K2+823 m段，在 2010年 6月 22日边坡扩挖施工过程中，发现内侧边坡顶部碎石土产生拉裂变形，边坡前缘强风化云母片岩局部有坍塌现象。当开挖后边坡高约20.0 m，坡角60°～65°，边坡顶边缘距西汉高速公路桥桩水平距约4.0～7.0 m内有6条拉裂缝产生，裂缝呈楔形，间距 0.4～0.8 m，长度 10～15 m，最长 20 m，裂隙宽10～15 cm，最宽40 cm，发育深度3～5 m，已伸入强风化岩体中。边坡发生变形的范围东西向长约123 m，南北向宽约36 m，平均厚度为8.5 m，总体积约3.8万 m3。变形体物质以碎石土及强风化云母片岩为主，初步分析边坡产生变形的原因是，坡脚开挖，破坏了边坡原有的应力平衡，产生了蠕滑拉力变形。

2.3 边坡变形破坏原因分析

初步分析，该边坡变形破坏的原因分析如下:

1)边坡为基岩凸嘴，两侧为凹岸居民居住的点，自然坡角上缓，下陡，上部 35°左右，下部 60°左右，三面临空，风化卸荷强烈。

2)边坡岩性为云母片岩，岩体呈强风化，卸荷裂隙发育，强风化厚7～11.5 m，岩体破碎，强度低，透水性强。

3)原边坡顶平缓无防水设施，公路桥面及绿化带雨水大部分汇集坡顶，易渗入坡体。对边坡整体稳定不利。

4)大黄公路扩建破坏了原边坡稳定坡角，后期上部雨水渗入，加剧了边坡变形。

2.4 边坡稳定性评价

2.4.1 边坡稳定分析

2010年修建大黄公路时，对边坡下部进行了开挖，破坏了原相对稳定的边坡坡脚，前缘形成了高陡的临空面，加之降雨入渗影响，后缘产生多条弧形拉裂缝，后经反压碎石碾压处理，近一年的运行，未发现新的裂缝产生，说明边坡目前处于基本稳定状态，当遇到“连阴雨”饱和时，边坡处于临界状态。建议尽快对该边坡加固处理。

2.4.2 边坡的稳定计算

变形边坡主要由强风化岩体组成，下部为弱风化岩体，选用推力传递系数法对边坡进行定量分析评价。计算工况为天然状态及饱和状态条件下两种。详见边坡计算剖面图2。

图2 边坡计算剖面图

按照莫尔强度理论及土体斜坡运动力学平衡理论，应用剩余推力法进行边坡稳定性计算。计算公式按《边坡工程地质勘察规范》(YS—1996)

计算公式如下:

计算参数选取:

计算参数主要是根据工程地质类比和反演法获得。变形体表层碎石土的天然重度 ρ=19.0 kN/m3，饱和重度 ρb=21.2 kN/m3;坡脚反压碎块石的天然重度 ρ=20.0 kN/m3，饱和重度 ρb=21.6 kN/m3，天然状态力学参数:抗剪强度 c=3 kpa，φ =26°，饱和状态力学参数:c=0 kpa，φ =23°。下部强风化二云片岩的天然重度 ρ=23.0 kN/m3，饱和重度 ρb=23.5 kN/m3，天然状态力学参数:抗剪强度 c=8 kpa，φ =29.5°;饱和状态力学参数:c=5 kpa，φ =26.0°。

计算结果见表1:按上述计算公式和计算参数，选择沿主滑方向的工程地质剖面进行2种工况计算边坡稳定性验算。

表1 边坡稳定性验算结果汇总

无反压时，天然状态条件下，变形体稳定系数Fs=1.039，处于欠稳定状态;饱水时稳定系数 Fs=0.905，变形边坡体处于不稳定状态。与宏观分析判断一致。

3 防治措施建议

根据边坡目前现状，结合道路工程设计开挖位置及场地施工条件，提出边坡综合防治工程措施建议如下:

1)对现边坡顶部采用减载:对整个变形边坡603 m高程以上进行削坡减载处理，但必须在坡顶对高速公路外侧桥墩保留3 m左右土体保护措施及支挡后方可削坡。

2)边坡削坡按2级进行:一级坡高程612～603 m，坡高9 m，并设平台，台宽 3～5 m;坡比 1:1;二级坡高程 603～587.78 m坡高15.2 m，坡比 1:1，二级边坡削坡前应进行抗滑桩处理，桩体应伸入下部稳定岩体5～8 m，由于坡面岩体极破碎，因此应在坡面设置桩间墙。

3)建议及时对坡体上产生的裂缝进行开挖回填夯实处理，防止地表水入渗。

4)应对坡顶设置排水沟将水引至坡外，坡面采用浆砌石砌护，并设排水沟及坡体排水孔。

［1］水利水电工程地质勘察规范.(GB50487－2008).

［2］公路工程地质勘察规范.(JTJC20－2011).

U417

B

1004－1184(2012)05－0173－02

2012－04－20

冯志荣(1962－)，男，陕西吴堡人，工程师，主要从事水利水电工程地质、水文地质勘察工作。