某公路边坡稳定性研究与治理措施建议

方迎辉

（陕西省煤田地质局194队，陕西铜川727000）

某公路边坡稳定性研究与治理措施建议

方迎辉*

（陕西省煤田地质局194队，陕西铜川727000）

以某公路挖填活动诱发的边坡稳定问题为研究对象，通过查明边坡区的地质环境条件，对边坡岩土体进行基本的室内物理力学试验，提供稳定性评价所需参数，进行边坡稳定性的定性和定量评价，并对已建挡土墙的稳定性进行计算，预测边坡稳定性的发展趋势，提出相应治理措施建议，为边坡的治理设计提供相关依据、为边坡维护工作提供指导。

公路；边坡；稳定性；措施；建议

1 概述

由于印台区顺河至前齐公路在金山南麓盘山而上，需要对山体进行大量开挖，不可避免的形成一系列路堑边坡，由于地形的限制和地质构造的原因，致使公路沿线边坡发生了个别失稳变形现象，如裂缝、滑塌等。这些边坡的稳定直接影响未来公路的正常运营，并威胁来往车辆、行人的安全。

2 边坡地质环境条件

2.1 地形地貌

边坡位于陕北黄土高原南缘黄土残塬梁峁区，黄土大面积覆盖于由二叠系基岩地层构成的丘陵山地的基岩古地形之上，区内沟谷密布、地形破碎、沟壁陡峭，切割深度约100～200m，多呈“V”字型沟谷。边坡位于山腰下部，山上植被茂盛，树木丛生。边坡陡峻，冲沟发育，沟壁陡峭，易发生滑坡、崩塌等地质灾害。

2.2 地质构造与地层岩性

区内地层平缓，其主体为向北西缓倾斜的单斜构造，倾角5°～15°，南陡北缓，其间发育宽缓的背、向斜和断层。根据调查，该段边坡出露岩层产状基本符合这一特征。

边坡主要组成物质为离石黄土和二叠系砂岩及砂泥岩互层。边坡西侧黄土覆盖，未揭露基岩，边坡东侧基岩大范围出露。

铜川市属于少震、弱震区，震级通常在4级以下。地震烈度为Ⅵ度区。

2.3 水文地质条件

本区属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候，四季分明，多年平均降水量约589mm，最大年降水量达到870mm，最大日降水量达到132.8mm。

漆水河为本区主要河流，从公路坡脚西侧通过，距离评价边坡约50m，流量达800m3/h，河谷较宽，下部为基岩，河床比降12%～20%。

边坡附近无其它地表水体，边坡区未见泉水出露。

区内地下水为第四系松散岩孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水。

第四系松散岩孔隙水分为第四系冲积层潜水（主要集中于漆水河干流及支流，以潜水为主。含水层为砂砾岩，多在河漫滩前缘陡坎处以泉形式溢出，有随季节变化的特点）和黄土层孔隙水（分布在黄土残塬梁峁区，局限大、水量小，常在沟谷底部溢出）。

碎屑岩类孔隙裂隙水主要为洛河砂岩裂隙水，洛河砂岩主要分布在边坡外的东侧，本边坡坡体上未揭露。

3 边坡特征分析

3.1 边坡形貌及结构特征

本段边坡长170m，高10～30m（图1）。

具体形貌特征分段描述如下：

（1）0～50m段边坡为一级路堑边坡，高20m，平均坡度53°，走向南东（154°）。边坡表层冲洪积层厚3～4m，下伏依次为二叠系灰白色砂岩、灰绿色泥岩、棕红色砂质泥岩。其中，灰白色砂岩厚约3m，中风化—强风化；灰绿色泥岩砂质含量较高，厚约0.3m，强风化—全风化，岩体破碎、裂隙发育；其下伏棕红色泥岩，强风化—全风化，泥岩“X”型剪节理十分发育，岩体破碎、裂隙发育，表面风化成碎块—粉末状，遇水软化崩解速度增加。

图1 边坡平面图（镜像正北）

本段边坡顶部为冲沟沟口洪积扇，从边坡开挖面清晰可见冲沟断面（图2），冲沟原状断面成“V”型，后由第四系冲洪积物填充。冲沟顺该段边坡走向延伸，在边坡转向处向西溯源而上，沟内植被茂密，交汇处沟底比降平缓，溯源而上比降增加，除遇暴雨或持续降雨，沟内无明显地表径流。

图2 原冲沟沟底（镜像北）

坡体上植被覆盖率高，坡顶散布落石。坡脚修筑有挡土墙，墙高4m，顶宽1.5m，在棕红色泥岩出露区域，当地工人正在用青砖进行封闭，封闭墙高度4m。

（2）50～150m段边坡属于二级黄土路堑高边坡，高10～30m，中部高两侧低，坡度55°，走向南东（99°）。坡体结构属于类均质体结构，除坡顶分布有薄层耕植土外，边坡整体由离石黄土组成，间夹多层古土壤，岩土体组成物质单一，工程特性简单，无明显软弱结构面。

坡顶植被茂密；坡体上有6孔窑洞，其中1孔完全坍塌掩埋，其余5孔均用砂袋封堵洞口；坡脚修筑有挡土墙，墙高4m，顶宽1.5m。边坡中部发育有冲沟1条，冲沟宽4m，长15m，侧壁近于垂直，沟内植被茂密，调查期间沟内未出现地表径流，沟口位于一级平台，由于冲沟冲蚀下切作用，沟口处平台高度较两侧低2m（图3）。

图3 边坡冲沟（镜像西）

一级坡高4～10m，中间由于冲沟作用，高度最低，成梯形断面，由梯形侧壁向两端高度逐渐降低，坡面布有梅花状气压钻钻孔，孔内种植有坡面防护用植被。一级平台宽2m，东高西低，西侧平台高度降至挡土墙墙顶消失，东侧平台在转角崩塌处消失。平台挖有排水沟，排水沟深40cm，宽60cm。

二级坡高15～18m，中间高，两端低，坡度65°。坡面布有梅花状气压钻钻孔，孔内种植有坡面防护用植被。

3.2 边坡变形特征

3.2.1 边坡变形破坏

在边坡转向处，坡体顶部原为小型苞谷地平台，由于顶部农作物耕种、水体下渗及下部边坡坡脚开挖，致使该处坡体失稳发生崩塌。崩塌体高10m，宽22m，厚2～3m。崩塌堆积物组成为离石黄土，含少量碎石，碎石成分以泥岩、砂质泥岩为主。坡顶发育1条裂缝，走向90°，长8m、宽0.03～0.1m，距坡顶0.5m。

崩塌处右侧棕红色泥岩在该处坡体向下发育并尖灭（图4），推测此处有一小型断层。且崩塌点紧邻冲沟，崩塌堆积体与泥岩强风化碎石土接触，岩土体性质差异大，加上外界诱发因素，坡体天然应力状态发生改变，有可能进而沿黄土及碎石土接触面产生滑动，发生二次灾害，直接威胁挡墙下方公路过往车辆及行人的安全。

图4 边坡崩塌体（镜像东南）

3.2.2 边坡上建筑（构）物变形破坏

在边坡东侧有6处窑洞，其中一处已垮塌，洞顶裂缝发育，裂缝局部延伸至一级平台。部分窑洞用砂袋封堵洞口，窑洞内部未做任何处理，裂缝、垮塌仍然发育。黄土垂直节理裂隙发育，降水沿黄土体孔隙或裂隙下渗，当渗透至窑洞顶部并进一步扩散时，洞顶岩土体软化，强度降低，形成破裂面，同时，土体自重增加，洞体变形破坏，洞顶土体垮塌，坡体天然应力状态发生改变，促进坡体变形破坏。

4 边坡稳定性分析评价

4.1 定性评价

本边坡是在公路修筑场地平整过程中对场地山体进行开挖填方而形成的。0～50m段坡顶松散堆积层较厚，约3～4m，坡面基岩出露，主要为砂岩、泥岩及砂质泥岩，节理裂隙发育，坡面陡峭，岩层反倾。其中，泥岩与砂质泥岩已风化成碎块状，砂岩为中风化—强风化。50～150m段坡面均为离石黄土，节理、裂隙发育，局部有0.5～1m的古土壤出露。

坡脚已修筑浆砌块石挡墙，挡墙高4m，墙前修筑排水沟（0.7m×0.7m）及绿化带，坡面整体已植草防护。其中，0～10m段边坡目前处于基本稳定状态，但是由于坡面较陡，临空面较高，且一级平台未修筑排水沟，若遇暴雨，局部有发生变形破坏的可能；边坡转向处有一处小型崩塌，若遇暴雨，有再次发生崩塌的可能，现状欠稳定；边坡西侧有6处窑洞，窑洞口密封，窑洞内为充空状态，局部垮塌，现状欠稳定；坡体上的小型冲沟汇水面积小，冲沟内植被发育，形成泥石流的可能小。

4.2 定量评价

4.2.1 圆弧条分法

在对本边坡进行调查、取样并对样品进行大量室内试验的基础上，结合反算和经验的参数，确定了该区岩土体的工程参数（表1），将边坡的实测现状断面在理正岩土系列软件的边坡稳定分析模块中进行建模，并且输入相关的岩土体参数，应用圆弧自动搜索方法对该边坡的实测现状断面进行最危险滑面的搜索。

表1 岩土体工程参数取值表

在对整体坡的稳定性进行检算的同时，对单级坡的检算也是必要的。通过分析，需对该边坡的1-1′、2-2′两条离石黄土坡实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模块和3-3′、4-4′黄土基岩边坡和冲洪积层覆盖的基岩断面处的复合边坡分别建立模型，输入参数并用圆弧条分法进行了稳定性检算，检算结果见表2。

表2 边坡稳定性计算结果表

通过用理正岩土系列软件的圆弧条分法算法对本边坡的2条离石黄土坡实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模块和黄土基岩边坡和冲洪积层覆盖的基岩复合边坡断面进行搜索计算，该边坡现在处于基本稳定到稳定状态。若发生破坏，则坡体东侧黄土坡体发生破坏的可能性较大，且坡体整体破坏的可能性大于局部破坏的可能性。

4.2.2 主动破裂角推断法

根据现状坡形，用主动破裂角推断法对该边坡进行进一步的检算。在对整体坡的稳定性进行检算的同时，对单级坡的检算也是必要的。通过分析，需对该边坡的1-1′、2-2′两条黄土坡体实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模分别建立了模型，输入参数并用圆弧条分法进行了稳定性检算，检算结果见表3。

表3 边坡稳定性计算结果表

通过分析，需对该边坡的1-1′、2-2′两条黄土坡体实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模分别建立模型，通过主动破裂角推断法计算，主动土压力均小于零，说明该段边坡现在处于基本稳定到稳定状态。若发生破坏，则坡体中部发生破坏的可能性较大，且坡体整体破坏的可能性大于局部破坏的可能，这与圆弧条分法的搜索结果一致，破裂角范围在44.3°～45.8°之间。

4.2.3 直线破裂角法

根据主动破裂角推断出来的结果，用直线破裂角法对该边坡进行进一步的验算。4条现状断面在理正岩土系列软件的边坡稳定分析模块中进行建模，并且输入相关的岩土体参数，应用直线破裂面自动搜索方法对该边坡的1-1′、2-2′两条离石黄土坡实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模块和3-3′、4-4′黄土基岩边坡和冲洪积层覆盖的基岩断面处的复合边坡分别建立模型，输入参数并用直线破裂角法进行稳定性检算，检算结果见表4。

表4 边坡稳定性计算结果表

通过对2条离石黄土坡实测现状断面整体坡形及每条断面内包含的2条单级坡模块和黄土基岩边坡和冲洪积层覆盖的基岩复合边坡断面进行搜索计算，该段边坡现在处于基本稳定到稳定状态。这与定性评价的结果相一致。但是通过对3种计算结果的统计，3种方法计算的结果都表明处于基本稳定状态的断面占大多数，黄土基岩边坡和冲洪积层覆盖的基岩复合边坡现在处于稳定状态，若发生破坏，发生圆弧破坏的可能较大，坡体中部及东侧黄土边坡发生破坏的可能性较大，且坡体整体破坏的可能性大于局部破坏的可能，推测可能滑面见图5～图8。

图51 -1工程地质断面图

图62 -2工程地质断面图

图73 -3工程地质断面图

4.3 挡土墙稳定性计算

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），对已修筑的挡土墙进行抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性计算，利用理正岩土系列软件搜索出的滑面并结合边坡现状特征对边坡进行抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性计算。

由计算结果可知，挡土墙抗滑动稳定系数为1.35，抗倾覆稳定系数为1.64，满足规范要求。

5 工程措施建议

5.1 存在问题

边坡东侧处于基本稳定状态，边坡西侧处于稳定状态。坡体有6孔窑洞，其中1孔完全坍塌掩埋，其余5孔均用砂袋封堵洞口，且洞口均出现裂缝，处于欠稳定状态。目前，边坡下部的浆砌片石挡墙及墙前排水沟等支挡工程结构物完好，坡面已用植被防护，未见变形位移，但坡面截排水系统不完善，一级平台未修筑排水沟，坡顶未修筑截水沟。该边坡中段发育1条冲沟，沟口沟底比降平缓，溯源而上比降增加，遇暴雨或持续降雨，流水将对坡体造成破坏。边坡西侧除原冲沟沟底以上分布有冲洪积物外，其下由反倾灰绿色及棕红色强风化泥岩组成，岩体破碎，节理、裂隙发育，遇水软化崩解，工程性质差，是该段边坡软弱层面，目前处于稳定状态，但排水系统不完善，雨水下渗将致软弱层面软化，致使冲洪积层沿该软弱面剪出。

图84 -4工程地质断面图

5.2 边坡加固和防护的基本原则

（1）充分利用现有边坡的坡形和坡率及完好的坡脚小挡墙，不做大的坡形改变，减少刷方工程量及施工中维持安全运输。

（2）按照公路对边坡稳定的要求，完善地表排水系统，边坡渗水处应增加必要的地下排水工程，减少水对边坡稳定的影响。

（3）针对各个边坡不同的地质条件、变形类型、稳定状态，采取不同的加固和防护工程措施。低边坡及土质、类土质边坡以设计稳定的坡形、坡率为主，只做排水和坡面防护工程，不做加固工程；高陡边坡整体稳定者，只做局部加固；对有整体失稳滑动和崩塌的边坡，包括顺层边坡，应采取强有力措施加固，确保边坡稳定。

（4）关于边坡绿色防护，依据已有边坡现状，在确保稳定的前提下，不强调全坡面绿色生态防护。低边坡应做绿色植物防护，高陡的岩质边坡尽量做到第一级坡绿色防护，以上可保持原状。

5.3 边坡加固和防护措施建议

鉴于边坡目前稳定状况，在特殊的环境地质条件因素影响作用下，坡面有变形破坏的隐患，为加强边坡的防护加固工程力度，结合边坡处治的基本原则，提出以下边坡处治的基本措施：

（1）完善坡面排水系统。除坡顶为反向坡无地表水流入边坡区的以外，均设坡口外截水沟，将自然坡水流引排入边坡两侧自然沟或路堑边沟排除。

（2）在边坡的一级平台台阶上设置浆砌片石排水沟，截面0.3m×0.3m或0.3m×0.4m。据边坡汇水面积而定，并引入两侧截水沟或引入边沟排除。

（3）边坡转向处崩塌灾害点，由于修建护坡墙封闭崩塌体中下部，墙顶设有排水沟，起到一定防护效果，但仍需完善。建议在护坡墙墙顶崩塌体宽度范围内设置一道防崩墙，墙体外立面与排水沟里侧衔接，采用M10浆砌片石砌筑，墙高1m，顶宽40cm；墙体高30cm处设置排水孔，孔径100mm，坡度5%，间距2m；对崩塌体及其后壁进行植草绿化。

（4）坡面6处窑洞应重新进行全空间封堵填实处理，即采用普通砖配合M10砂浆以1m间距方格状填充墙处理，洞口上顶封堵填实，洞口植草绿化。

（5）边坡西侧冲沟沟口设置跌水，将水流引排入边坡两侧自然沟或路堑边沟排除。

（6）边坡转向处崩塌灾害点，在其后缘平台处设置截水沟，截水沟向北延伸与一级平台排水沟顺接，截面0.3m×0.4m。

[1]铜川市印台区姜女祠景观路（K0+800～K0+950段及K1+ 440～K1+650段）边坡稳定性评价报告[R].陕西省煤田地质局一九四队，2013.

[2]陕西省铜川市印台区地质灾害调查与区划报告[R].西安科技大学，2009.

[3]DZ/T0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].中华人民共和国国土资源部.

[4]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].中华人民共和国建设部.

U416.1

B

1004-5716(2015)11-0021-05

2015-06-29

2015-07-01

方迎辉（1975-），女（汉族），湖南岳阳人，工程师，现从事水文地质、工程地质与环境地质工作。