浅谈公路穿越残积土挖方路堑边坡稳定性

王文光

(山西省交通规划勘察设计院)

1 项目区自然条件

(1)地形地貌

地貌单元属黄土覆盖低山区，微地貌有山梁、黄土斜坡、陡坎、冲沟等，地势整体南高北低，地形起伏较大，冲沟近南北走向，沟谷切割约5～10 m，沟岸较缓，沟底宽约10～20 m，呈“U”字型沟谷(见图1)。勘察区位于冲沟南侧斜坡地带，现因施工开挖边坡，改变了原地貌形态，形成人工边坡，设计为3 级边坡，坡脚与坡顶相对高差约25 m，边坡坡率为1∶0.50～1∶0.75。

(2)气象

项目区属温带大陆性季风气候区，主要特点是:大陆性气候明显，冬短夏长，季风强盛;春季干燥多风，十年九旱;夏季炎热多雨，雨势不均;秋季温和宜人，阴雨稍多;冬季寒冷寡照，雨雪稀少，地方性风盛行。气温历年平均10.60 ℃，一月份最冷，平均最低气温－5.20 ℃，七月份较热，平均最高气温25.00 ℃;多年平均降雨量为610.0 mm。历史上年最大降水量877.2 mm，日最大降水量220.5 mm，时最大降水量60.6 mm，10 min 最大降水量34.5 mm，年平均蒸发量为1 800 mm，历年土壤最大冻结深度55 cm，无霜期历年平均170 d 左右。

(3)地层岩性

依据工程地质调绘、钻探及挖探揭露，勘察区地层由第四系中更新统(Q2al+pl)冲洪积物和二叠系上统石千峰组沉积岩组成。现具体分述如下。

①第四系中更新统(Q2al+pl)

黄土(低液限黏土):在开挖边坡上部分布，揭露厚度10.6 m，浅棕红色，土质较均，结构较紧密，针状孔隙及柱状节理发育，成分主要为粉质黏土为主，含少量砾石，呈硬塑状态，局部由于裂缝位移破坏原土体结构破坏，土质很疏松。

②二叠系上统上石盒子组(P2sh)沉积岩

a 强风化泥岩:在勘察区内均有分布，揭露厚度11.9～25.2 m，灰黄色，泥质结构，泥质胶结，中厚层状构造，节理裂隙极发育，组织结构已基本破坏，但尚可辨认并且有微弱残余结构，岩芯多呈散体土状，局部呈碎块状，夹多层薄层灰绿色砂岩，差异风化明显，极易崩解，锤击声哑。

b 中风化泥岩:灰黄色，泥质结构，泥质胶结，中厚层状构造，节理裂隙发育，极易崩解，岩芯呈短柱状，局部呈碎块状，一般柱长5～15 cm，锤击哑，有凹痕，局部夹多层薄层灰绿色砂岩，差异风化明显，极易崩解。

c 中风化砂岩:黄绿色，中细粒结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩芯呈柱状，柱长5～10 cm，锤击声较清脆，稍震手，局部夹薄层灰黄色泥岩。

(4)地质构造

项目区在大地构造上处于中朝准地台之山西地台，Ⅱ级构造单元为山西断隆，Ⅲ级单元为沁水台凹，Ⅳ级单元为沁水凹陷，地层总体倾向SW，倾角5°～8°，以单斜构造为主，局部发育两翼平缓的波状褶曲。

勘察区内地层主要由第四系上更新统(Q2al+pl)黄土(低液限黏土)、二叠系上统石千峰组(P2sh)泥岩、砂岩组成，岩层产状平缓，为35～121 ＜9°。

2 边坡现状特征

本项目工程类型为挖方路堑，路堑边坡的地层以黄土及强风化泥岩为主，强风化泥岩，风化裂隙极发育(见图2)，岩体以散体土状为主，局部为碎块状，整体呈松散结构和碎裂状结构，自稳能力差，边坡开挖后，为边坡形成了有利的临空面，而在雨季施工，降水集中，大气降水沿节理裂隙下渗，导致开挖边坡局部出现蠕动变形，在强风化泥岩吸水膨胀，失水干裂，极易崩解等因素的共同作用之下，最终将会导致开挖边坡沿路基面产生整体滑动，运动形式以牵引式为主。大气降水、人类工程活动是影响边坡稳定性的主要因素。

3 边坡稳定性计算及分析

(1)边坡稳定性计算

采用简化Bishop 法计算本边坡的稳定系数，计算简图见图1，计算公式见式1。

图1 计算简图

式中:Wi为第i 土条重力;ai为第i 土条底滑面的倾角;Qi为第i 土条垂直方向外力;Ki为系数，按式①－1 计算。

式中:Pi为第i 条块推力，kN/m;Pi－1为第i－1 条块的剩余下滑力，kN/m;Ti为第i 条块下滑力;Ri为第i 条块抗滑力;ψ 为下滑力传递系数;Ks为设计安全系数。

分别计算正常工况(天然状态)和非正常工况Ⅰ(饱水状态)下开挖路堑边坡稳定性，其稳定系数计算结果见表1。

表1 开挖路堑边坡稳定性计算成果表

(2)边坡稳定性分析

根据现场勘察结果，边坡前缘未见明显的剪出口，钻探也未揭示到明显的滑面擦痕，滑坡特性不明显。该段边坡岩土体以强风化泥岩、砂岩组成，岩层倾向于路基方向(凌空面)。坡面坍塌、坡体开裂现象严重，坡脚出现大量积水。综合考虑以上因素，该段边坡坡体内地下水较为丰富，砂泥岩遇水软化、抗剪强度降低，在这种工况下，山体沿岩层结构面从路基坡脚处剪出的可能性较大。

4 边坡处治方案

(1)调整边坡坡率及卸载:一级边坡坡率采用1∶0.5，高度8 m，留设4 m 宽的平台，二级及三级边坡坡率采用1∶1.0，每8 m 高留2 m 的平台。三级边坡以上进行卸载，卸载横坡5%，从坡口卸至不稳定体后缘(最远裂缝处)。

(2)完善排水系统:根据勘察可知，此次滑坡的主要诱发因素之一即为地下水(地表水下渗)，卸载的同时，应完善排水系统，如坡口的截水沟、平台截水沟、坡面急流槽，路侧边沟等，使地表汇水能顺利汇流并排出路基之外的自然沟渠。对边坡裂缝及坡口裂缝应进行回填，防止雨水下渗。

(3)设置抗滑挡土墙:刷方主要为土体部分，下覆强风化泥岩，为了方便植被恢复，泥岩顶面预留1～2 m 厚的黄土。刷方后的剩余下滑力，一级边坡设置C15片石混凝土挡土墙进行抵抗。挡土墙顶宽1.2 m，面坡1∶0.5，背坡1∶0.3，基础埋深2.0 m，墙后设置碎石排水层，碎石排水层底部设置一道纵向带孔PE 排水管。平台进行25 cm 厚的浆砌片石硬化，并施工30 ×30 cm 的平台截水沟。

边坡治理施工，应先进行坡顶卸载、边坡刷坡，然后施工前缘防护。前缘防护基坑开挖应跳巢进行，间距以10 m 为宜，方案布置见图2。

图2 处治方案布置图

5 结 论

结合公路路基设计规范、对应的相关地质勘察资料和以往路堑的工程资料，同时考虑残积物结构松散、用作路堑边坡时易出现坍塌和冲刷的工程特性，最终得出合理的设计施工方案，解决了高沁高速相应段落左侧路堑边坡稳定性问题，可为以后类似的工程提供经验，作为参考依据。

［1］张社荣，贾世军，郭怀志.岩石边坡稳定的可靠度分析［J］.岩土力学，1999，20(2):57－61.

［2］中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范(JTG D30－2004)［S］.北京:交通出版社，2004.

［3］郑颖人，陈祖煌，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2007.