道路修建对沿线河道边坡的影响分析

■曾 山

（福建高能建设工程有限公司，福州 350000）

1 工程概况

山区道路修建会对沿线地表水文环境及地下水环境造成影响，从而影响到沿线河道边坡、沟谷边坡的稳定性。

省道309线永定湖坑伯公凹至岐岭公路改建工程全长26.979km，路线起点位于永定县与平和县交界处湖坑镇伯公凹省道309线上，终点位于永定县岐岭乡团村的省道309线上，接已改造的省道309线岐岭-接官亭公路。本项目的建设对改善沿线的交通条件和投资环境，拓展山海地区的经济技术合作，推动区域经济的协调发展，将发挥重要作用。同时本项目公路邻近洪坑土楼群和初溪土楼群，对于永定土楼旅游资源的开发利用具有极其重要的意义，使社会经济发展规划与土楼旅游资源开发紧密结合。

根据设计方案，对河床K0+000～+365进行回填，先后在河床K0+210、K0+105处设置墙高4m的土袋围堰，K0+365处设置混凝土引水槽及拦水坝，在K0+000处砌筑片石混凝土挡水坝。路线K2+158～+281处采用路基加设箱涵的形式，涵洞中心位于K2+200处（图1）。

图1 河道平面图

2 区域工程地质条件分析

2.1 地形地貌

本路段主线位于龙岩市永定县境内，沿线穿越地区为博平岭山脉南端，起点位于永定与平和两县的天然界山，金丰溪与平和芦溪的分水岭。沿线地貌单元较复杂，主要为低山、丘陵夹沟谷地貌、河流冲积阶地地貌，地形起伏较大。

K2+158～+281区段属于丘陵坡地夹河流沟谷地貌，附近海拔标高在640～760m之间。U型谷发育，地势较高，水流较缓。根据地形等高线图，沿河谷山体较陡峻，斜坡坡度 30～35°之间，局部可达到 35～55°。 采用 GIS 软件获得区段内地形地貌如图2所示。区段内植被发育一般，地势起伏较大（图3）。河床纵坡坡度为5.3%。

图2 区段内地形地貌（单位：m）

图3 区段内植被覆盖情况

2.2 地层岩性

根据勘察设计资料，坡地主要分布残坡积层，局部地段含碎石、块石；沟谷地段主要分布漂石层，骨架颗粒充填以砂、卵石及泥质为主；阶地表层局部地段覆盖薄层粉质粘土，下部为厚层漂石；下伏基岩风化裂隙较发育。根据K2+158～+475段的钻孔柱状图，区段内岩性由上至下依次为坡积粉质粘土 （局部分布有凝灰熔岩残积粘性土）、砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、中风化凝灰熔岩（图4）。其中粘性土层厚分布不均：海拔小于700m、地势陡峭地段，土层厚度为0.3～1m；海拔大于700m、地势平缓地段，土层厚度较大。钻探获得的粘土层最大厚度为7.8m。地层自上而下表现为：

（1）坡积粉质粘土：褐红色，湿，可塑。以粘粉粒为主，粘性中等，干强度中等，表层可见少量植物根系。

（2）凝灰熔岩残积粘性土：浅黄色，湿，可塑。以粘性土为主，手搓略有砂感，粘性中等，干强度中等。

（3）砂土状强风化凝灰熔岩：浅黄色。原岩结构可辨，岩石风化强烈，长石矿物已风化成土状，岩芯呈砂土状，手掰易散。属极软岩。

（4）碎块状强风化凝灰熔岩：灰色，深灰色。原岩结构易辨，岩石风化强烈，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，块径以2～5cm为主，碎块用手不易折断，锤击可碎。属软岩。

（5）中风化凝灰熔岩：浅灰色。凝灰结构，块状构造。安山质，矿物成分以长石、角闪石及凝灰质为主，岩石风化较强烈，节理裂隙较发育，岩芯以柱状为主，岩芯长5～25cm，少量碎块状、短柱状，岩质较新鲜，锤击声清脆，有回弹。属较硬岩。RQD=50。

（6）河谷中有 0.6m厚漂石层，浅灰色，湿-饱和，稍密。漂石含量80%～85%，粒径20～30cm，呈次圆状、圆状，母岩岩性以凝灰熔岩为主，呈中风化状态。孔隙间充填以卵砾石为主。

2.3 水文地质条件

根据地下水的赋存类型分类，本区主要发育有第四系冲洪积层孔隙水、基岩裂隙水两大类型。

其中第四系冲洪积层孔隙水分布于河流及其支流、阶地和山间冲洪积小盆地、沟谷地带，主要贮存于砂、砾、卵石、漂石层中，透水性较好，水位埋藏较浅，水量较丰富，接受大气降水及地下水侧向补给。

图4 K2+158～+475地层分布

基岩裂隙水赋存于风化层裂隙-孔隙中，富水性较差，沿线凝灰熔岩分布区岩石风化层厚度普遍较大，碎块状强风化岩结构松散，透水性相对较好，中风化岩富水性较差。主要受大气降水补给，水量受季节变化影响大，往两侧沟谷或低洼地带排泄。

地下水对混凝土不具腐蚀性，根据《公路工程地质勘查规范》（JTG C20-2011）附录 D，为Ⅱ类环境[1]。

河谷水流较缓，流量受降雨量影响明显，年内分配不均，汛期多集中在5～8月，占全年总流量的70%以上。根据设计资料按1/100的设计洪水频率，原中山大桥设计洪水位为665.449m。根据室内水质分析资料可判定为无腐蚀性。

2.4 气候条件

根据设计资料，线路所在区域属于亚热带季风气候，四季分明，温和湿润。历年最大降雨量2348mm，平均降水量约1600mm；年降雨日160～175天，3～4月为春雨季，雨量约占全年23%～24%；5～6月为梅雨季，雨量约占全年36%～37%；7～9月为台风、雷雨季，约占全年20%；10月至次年2月为少雨期，约占全年20%；降雨分布不均匀，变化很大。夏季多偏南风，冬季多偏北风，最大风速24m/s。

3 河道边坡稳定性分析

3.1 稳定性要求与分析方法

明渠修建后由于人为提高地表水位，将引起山体地下水位提升，对山坡土体稳定性带来不利影响。一旦发生边坡失稳，将对工程的顺利进展造成影响，因此需对地下水位提高后河道边坡的稳定性进行分析。

河道边坡属于自然边坡，与路堑边坡与路堤边坡存在差异。参照公路边坡稳定性要求[2]，取河道边坡正常工况稳定安全系数为1.15～1.25，非正常工况Ⅰ稳定安全系数为1.02～1.05。其中正常工况指边坡处于天然状态下的工况；非正常工况Ⅰ指边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况。

边坡稳定性分析常采用刚体极限平衡理论，该理论是经典的确定性分析方法，在工程界应用非常广泛。基本思想是将滑动趋势范围内的边坡岩土体按一定规则划分为一个个小块体，通过块体的平衡条件来建立整个边坡的平衡条件，以此为基础进行边坡分析。目前已有了多种极限平衡分析方法，如：瑞典条分发、毕肖普法、简布法、摩根斯顿-普赖斯法、不平衡推力传递法、萨尔玛法、楔体法等[3]。

河道边坡稳定性分析中，主要考虑表层粘土和强风化层的稳定性；路堤边坡稳定分析中，填料为散体结构。由于Morgenstern-Price法可用于任意形状的滑动面，同时满足力矩平衡条件和静力平衡条件，还容许条块间力的方向发生变化，因此采用该方法对河道边坡和路堤边坡进行稳定性分析。

计算中采用GEO SLOPE/W软件。SLOPE/W是全球岩土工程界应用最广泛的专业边坡稳定性分析软件[4]。软件中用极限平衡理论对不同土体类型、复杂地层和各种滑移面形状的边坡中的孔隙水压力分布状况进行建模分析。该软件能采用多种方法（Morgenstern-Price、Spencer、Bishop等）对滑移面形状改变、孔隙水压力状况、土体性质、不同的加载方式等岩土工程问题进行分析。

3.2 河道边坡稳定性分析

工程施工过程中第一步在河床桩号K0+210处土袋围堰顶高程670.40m，墙高4m，并沿山谷右侧山体开挖一道明渠（3.00×2.50，长 180m）将水引至河床桩号为 K0+365处，出口高程为667m，采用临时急流槽回原河床高程660.50m。至此河道内水沿明渠排出，确保填方在无地表水作用下施工。

由于人为提高地表水位，将引起山体地下水位提升，对山坡土体稳定性带来不利影响。为将河道水流排走，分三次在不同的地方修建明渠。下面主要对第一条明渠进行分析。

水位提高按4m计算。河道边坡地质剖面图见图5，计算结果见图6，河道边坡稳定性安全系数为1.652。计算结果表明，潜在最危险滑动面存在于表层坡积含砂粘土中；修建明渠水位提高后，边坡稳定性满足要求。

图5 河道上游边坡地质剖面图

图6 河道边坡稳定性分析结果（Fs=1.652）

4 施工建议

（1）为确保原河道回填后地表水流畅通，建议在回填处设置3%的横坡，朝明渠方向倾斜。

（2）山体边坡必须做好截排水工作。建议将右侧山体水流引至最终成型的明渠中。对于左侧山体，在山脚处做好截水沟，相应的在路基下方设置过水洞，将左侧山体地表水流及渗水引走。

（3）施工过程中应注意对河道边坡植被的保护，如有破坏或原本存在的地表裸露区，应在工后进行补种。

（4）明渠若砌筑在回填后形成的地表面上，应确保渠底填筑土体压实度大于原地表压实度，防止明渠因不均匀沉降而导致损坏。

（5）为防止明渠中的水流渗入原河道中，建议对明渠采用混凝土护面加固，尤其要对明渠底部做好防渗砌筑。

5 结论

（1）山区道路施工中，由于山体地下水位提升，对附近河道山坡土体稳定性将带来不利影响。

（2）省道309线永定段U型谷发育，地势较高，水流较缓，施工造成地下水位最高提高4m。

（3）采用Morgenstern-Price法计算表明，该项目河道边坡安全系数为1.652，符合稳定性要求。

[1]JTG C20-2011,公路工程地质勘查规范[S].

[2]JTG D30-2015,公路路基设计规范[S].

[3]王新忠,薛小刚,李宁利,等.基于极限平衡法的机场高填方边坡稳定性分析研究[J].河北工业大学学报,2014,43（4）:89-93.

[4]马暾.基于Geo-Slope某高速公路边坡挡土墙稳定性分析[J].矿产勘查,2009,12（2）:61-63.