马鞍山至巢湖高速公路某边坡治理设计分析

张百永 周 峙

(安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽合肥 230088)

0 引言

马鞍山至巢湖高速公路是安徽省北沿江高速公路的重要一段，同时还是马鞍山长江公路大桥向西的延伸线，也是安徽省高速公路网中的“横6”。

该公路K24+450～K24+800边坡经过区域处于新华夏系第三隆起带和第三沉降带之结合部位。浅部岩石风化裂隙极发育，岩体完整性差，风化强烈。

边坡开挖前处于基本稳定状态，由于施工切坡开挖后，将崩坡积、残坡积前缘部分挖除，改变了边坡岩体原来应力分布状况，降低了边坡坡脚段的阻滑力，加之在雨水的诱导作用下，导致边坡坡面及山坡上部出现了裂缝和施工便道垮塌，阻塞了施工便道的正常运营。为了满足安全可靠和经济合理的双重目标，对高边坡做深入的工程地质分析和对其治理工程方案的慎重选择显得非常重要。

1 滑坡区工程地质概况勘察分析

1.1 地形地貌特征

边坡及周边属构造剥蚀、溶蚀斜坡地貌单元，地形切割深度约200 m，总体地势为南高北低。

该边坡位于山体的南坡中部，后缘高程为480 m～495 m左右，前缘高程为437.4 m ～450 m，前后缘高差 52.8 m ～57.4 m。边坡坡度较缓，陡坎较多。山坡坡面植被少，部分缓坡为耕植土，生长有庄稼，地形呈凹形，崩坡积物覆盖层厚度较大，且主要以碎石土为主。岩土体抗剪强度较低，而易于形成滑动带(面)。

1.2 地质构造

边坡出露地层主要为三迭系中统巴东组第二段(T2b2)泥质粉砂岩。边坡滑动区为单斜地层，与山坡成逆向坡，有利于山体的稳定。地表主要发育两组(裂隙)节理，裂隙充填物为粘性土，对边坡稳定性产生不利影响。

1.3 地层岩性

边坡出露地层主要为三迭系中统巴东组第二段(T2b2)及第四系残坡积、崩坡积(Qel+dl，Qc+dl)、残积层(Qel)。

残坡积、崩坡积层主要为含碎石亚粘土、碎石土以及残积含角砾亚粘土层，巴东组地层主要为强、弱风化紫红色泥质粉砂岩。

1.4 水文地质条件

该边坡地表水系较发育，同时由于地表水径流、排泄条件较为畅通，因此具有下雨有水，无雨干枯的特点。

区内地下水主要为松散层孔隙水类型，含水地层为上部第四系残坡积碎石土。地下水入渗后往往聚集在碎石土底部，造成碎石土底部及基岩面易被地下水浸泡，因而覆盖层与基岩面附近岩土体抗剪强度较低，而易于形成滑动(面)。

2 边坡变形特征及变形原因分析

2.1 边坡变形特征

由于边坡人工开挖后出现的张拉裂缝未及时采取治理措施，导致大量雨水沿裂隙渗入坡体，显著降低了岩土结构面间的力学强度，加剧了岩体进一步失稳滑动。路基一级边坡面上出现3条拉裂缝，随着裂缝进一步发展，数量进一步增加，裂缝宽度最宽的发展8 cm～10 cm。

从边坡已开挖坡面看，原第一级边坡平台附近可见挖方边坡坡面的明显隆起或鼓起带，坡面在位于紫红色残坡积碎石土～灰黄色崩坡积碎石土(夹滚石)地层中，看不出滑坡有明显的剪出口或滑动面，但路基一级边坡面上出现一条拉裂缝，表明边坡处于蠕动变形阶段。

2.2 边坡变形原因分析

本路段地表崩坡积碎石土(夹滚石)覆盖层较厚，最深覆盖层厚度达20多米，覆盖层较松散，因路基施工开挖部分或全部挖除了崩坡积～残坡积体的前缘抗滑段，破坏了山体原有应力分布状态，造成边坡坡脚段抗滑力减小，下滑力增大，导致边坡坡面及坡上部出现了许多裂缝，包括大贯穿裂缝，开挖后坡沿临空面一侧发生蠕动变形，导致边坡变形，进一步发展将形成工程滑坡。

地表水和地下水是边坡发展的诱发因素:由于山坡上以堆积体结构松散，岩土间孔隙率较大，容易吸收大气降水，在下伏基岩面易造成积水，造成已开挖风化岩土软化，进一步降低滑带的抗剪强度指标，导致边坡变形速度加快，最终造成边坡松散覆盖层的滑塌。

3 稳定性分析计算与评价

3.1 计算剖面的确定

根据地勘资料及测绘地质剖面图，对边坡剖面进行稳定计算，同时考虑线路边坡放坡后的情形。由于覆盖土层是主要沿与基岩接触面附近滑动，潜在滑动面呈折线形，采用极限平衡理论的不平衡推力传递系数法公式进行稳定性验算，为了准确把握滑坡的稳定性情况，选择上述3段纵剖面进行稳定性计算。

由于滑坡滑面形态为折线形态，因此，计算块段划分选择在滑面的转折部位，边坡稳定性计算剖面图见图1～图3。

图1 K24+490处边坡横剖面计算示意图

图2 K24+640处边坡横剖面计算示意图

图3 K24+750处边坡横剖面计算示意图

3.2 计算参数的确定

根据《工程地质手册》中有关规定，假定暂时稳定的滑坡在饱和状态下稳定系数Fs=1.0，根据地勘报告和反算，经综合分析确定边坡稳定性分析的主要物理力学计算参数见表1。

表1 边坡主要物理力学计算参数

3.3 计算工况及安全系数

由于边坡治理的保护对象为高速公路，根据JGT D30-2004公路路基设计规范有关规定，计算工况分别为:

工况一为路基开挖后的自重(天然状态)，安全系数Ks=1.30，工况二为路基开挖后的自重+暴雨(饱和状态)，安全系数Ks=1.20。

3.4 稳定性系数计算

根据潜在边坡区的破坏边界条件和可能失稳方式，采用覆盖层沿基岩面折线滑动的破坏模式，稳定性系数根据传递系数法公式计算，见式(1)。

其中，Ks为稳定系数;Ri为作用于第i块段的抗滑力，kN/m;Ti为作用于第i块段滑动面上的滑动分力，kN/m，出现与滑动方向相反的滑动分力时，Ti应取负值;Ψj为第i块段剩余下滑动力传递至i+1块段时的传递系数(j=i)。

根据以上确定参数和公式可以计算不同工况下的边坡稳定性系数，各种工况的滑坡稳定性系数结果和支挡线处剩余下滑力计算结果见表2。

表2 不同工况下滑坡稳定系数和剩余下滑力表

3.5 稳定性评价

从地形地貌、地层和岩性上看，该边坡处在山坡的中部，地形较缓，地面坡度约26°，地表覆盖第四系残坡积、崩坡积含碎石亚粘土、碎石土和残积含角砾亚粘土，厚度变化较大，局部较厚，在钻探施工中，覆盖层厚达20.20 m。

基岩为泥质粉砂岩，岩层产状147°∠32°，与坡体形成逆向坡，岩层稳定，自然地形是稳定的。

但该边坡在工程切坡等因素的作用下，破坏了原有边坡的平衡状态，覆盖层有沿基岩接触面构成软弱结构面向临空面底即路堑底剪出趋势。

从稳定性计算结果上看该边坡潜在滑坡区在天然状态下稳定系数为1.177～1.353，处于稳定状态。在暴雨或连续降雨的情况下，边坡稳定性有所下降，稳定性降为1.008～1.036，说明该段边坡岩土体此情况下处于欠～不稳定状态，支挡线处剩余下滑力在暴雨工况按1.2的安全系数计算为2 063 kN/m～2 219 kN/m，由于下滑力较大，因此处治设计时可采用的抗滑桩+桩顶预应力锚索进行支挡;边坡在暴雨或连续降雨的情况下稳定性降为1.108，说明该段边坡岩土体此情况下处于基本稳定状态，支挡线处剩余下滑力在暴雨工况按1.2的安全系数计算为571 kN/m，由于下滑力较小，因此处治设计时可采用削坡及锚杆框架进行支挡。

4 治理工程措施

根据边坡破坏机理及目前滑坡产生的原因，本着安全可靠、经济合理的原则选择边坡治理方案。主要设计思路和技术措施采用治坡和治水相结合的综合治理方案。

1)根据地质调查的结果，目前边坡的变形情况以及对边坡稳定性分析结果，对边坡主要进行抗滑支挡措施。2)对蠕动变形较大的坡面，采用随机锚杆进行边坡加固处理，随机锚杆采用全长粘结型锚杆，拉杆采用φ25Ⅱ级钢筋，锚杆外采用锚墩与坡面固定。3)修复整个边坡的排水系统，防止地表水沿水沟破坏部分下渗或冲刷坡体，引起边坡变形破坏;由于边坡坡角基岩面附近有渗水，故应注意边坡的地面和地下的防水和排水，采用排水沟、深部排水管等，边坡外缘采用截排水沟。

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