某山区公路边坡稳定性分析及滑坡治理措施

宋昱宇

（中铁二十五局集团第五工程有限公司，山东 青岛 266100）

高大边坡问题在山区公路工程建设中普遍存在，边坡的稳定性直接影响公路建设和运营的安全。岩土体滑坡是边坡稳定分析中的重要课题，严重时可以直接冲毁施工场地和掩埋道路。为了保障山区公路边坡稳定及施工和运营的安全，需要对边坡稳定性分析和论证，制定有效的治理措施。

1 工程概况

某山区公路施工临时便道，对某省道边坡脚进行开挖，形成临空面长约100m。随后场区遭遇连续阴雨天气，导致ZK27+850～ZK27+900段左侧周边出现数排非贯通性长条形裂缝，走向与线路基本平行。裂缝前端垮塌，形成圈椅状陡坎，高度约10m。

1.1 地形地貌

边坡位于某山区公路桥一侧，属于区属构造侵蚀丘陵地貌区，自然山体坡度30～35°、局部40～45°，地势起伏较大，总体地形较为陡峭，为典型的顺层边坡，自然条件下处于基本稳定状态。

1.2 地质构造

根据现场地质调查，及勘察期间钻探揭露，滑坡段出露地层自上而下分述如下：

粉质黏土层：黄褐色，硬可塑，干强度、韧性中等，夹较多碎石，土质不均，黏性一般，干强度中等。层厚：1.20～9.00m。

强风化灰岩层：青灰色，隐晶质结构；节理极发育，岩芯极破碎，岩芯多呈碎块状。岩质软硬不均、层厚不均，多夹有薄层强风化砂岩、页岩等软弱夹层。层厚：5.00～17.30m。

中风化灰岩：青灰色、深灰色，隐晶质结构，中厚层夹薄层状构造。岩质较硬、层厚不均，局部夹有中风化砂岩、页岩等相对软弱夹层。

滑坡体为表层坡积土（主要为粉质黏土、含碎块石黏性土）、强风化破碎岩体，薄层夹中厚层状，岩质软硬不均、风化不均，节理裂隙极发育，如图1所示。

图1 滑坡前缘陡坎形态（视角0°）

滑动面特征复杂，既有强风化岩体与表层坡积土层的界面，也有节理裂隙面和岩层层理面。前者为岩土体交界面，上土下岩、界面清晰。后者岩层层面产状较稳定，多为泥质充填，层面产状：240°∠23°；节理裂隙面较复杂，主要发育三组，产状：3°∠80°、93°∠72°、110°∠65°。具体如图2所示。

图2 K27+850左侧开挖边坡陡坎（视角150°)

通过勘察及地质调绘揭示，地层分界线较明显，滑动迹象较明显。滑带土主要由及强风化炭质灰岩夹砂岩、页岩与粉质黏土组成，受滑动作用岩体结构揉皱破坏呈黏土状。根据滑动特征推测，滑坡体上、下两部分基本沿强风化炭质灰岩和粉质黏土接触带滑动，中部基本沿强风化灰岩与中风化灰岩间的强风化砂岩与页岩形成的软弱夹层滑动。

对上述岩土体进行原位测试和室内土工试验，其物理力学指标如表1所示。

表1 各岩土层的主要物理、力学指标

2 滑坡成因分析

2.1 地层岩性

根据地质钻探报告和现场地质调查结果，该边坡主要由表层坡积土、强风化灰岩夹砂岩、页岩组成。岩质软硬不均匀，节理裂隙发育，节理面多为泥质充填，遇水抗剪强度c、φ值明显降低，自稳性差。岩体明显存在风化不均、多软弱夹层的现象，基岩风化程度更高、岩体更破碎，更易滑动。

2.2 地形及地质结构

该边坡位于自然山体坡度较大的丘陵区地带，地势陡峭，对滑坡的形成有利。该处边坡下伏基岩为顺层边坡，上部基岩风化强烈，岩层破碎，节理裂隙组合切割边坡岩体，成为滑坡的潜在滑动带。

2.3 水的影响

连续阴雨天气，降水及地表水不断渗入坡体内，岩土体重度增加，在水的浸泡下，造成土体内部的孔隙水压力增大，使滑面处的岩土体软化、泥化，有效应力和抗剪强度降低，这是导致滑坡的主要原因。

2.4 工程因素

现场由于开挖边坡及便道采用自下而上的开挖顺序，先开挖坡脚，减少了岩土体的抗滑力，边坡变陡、形成临空面，在坡脚处出现应力集中，致使坡脚强度不足，坡脚岩土体被压溃，从而使边坡发生塌滑破坏。另外，省道公路在早期修建过程中已经开挖了部分坡脚已对边坡稳定造成了一定影响；周边桥梁、隧道施工震动等亦对该边坡稳定有影响。

综上所述，边坡开挖形成临空面，坡脚处出现应力集中，降水下渗致使上层岩土体吸水后重度增大、组合结构面的抗剪强度大幅度降低、岩土体被压溃，是引起此滑坡的原因。

3 边坡治理工程分析

3.1 滑坡计算参数选取

根据室内土工试验及类似工程经验综合确定滑动面上部各岩土体在天然及饱和条件下的抗剪强度及重度，取值如表2所示。

表2 滑坡计算参数建议值

3.2 滑坡稳定性分析

对滑坡稳定性进行定量分析，需要合理选择计算断面和计算参数，通过数值分析计算稳定性系数Fs，定量评价该滑坡的稳定现状及其发展趋势。根据该滑坡产生的因素及特征，结合滑动剖面图、滑动带分布特征分析，采用折线滑动定量分析法。

选取滑坡体的主滑面ZK27+865断面，以及周围断面ZK27+893、ZK27+924断面为轴点，均与路线近似正交，进行钻孔布设与投影分析计算。基于该滑坡的坡体结构条件与滑坡活动特征，采取深层滑动面，分为上中下三级滑坡体进行分析计算。

滑坡稳定性系数计算公式：

式中：Fs为稳定系数；Ψ1为第i计算条块剩余下滑推力向第i+1计算条块的传递系数；Gi为第i计算条块单位宽度岩土体自重，kN/m；Ri为第i计算条块滑动面上的抗滑力，kN/m；Ti为第i计算条块滑体在滑动面上的滑动力，kN/m；Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力，kN/m；θi为第i计算条块滑体的滑面与水平线夹角，°；φi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值，°；ci为第i计算条块滑动面上岩土体的黏聚力标准值，kPa；li为第i计算条块滑动面长度，m。

其稳定程度分析计算成果如表3、图3～5所示。

表3 ZK27+824～ZK27+929左侧滑坡稳定程度分析计算成果一览表

图3 ZK27+865断面边坡沿深层滑面滑动时稳定安全系数Fs=0.95

图4 ZK27+893断面边坡沿深层滑面滑动时稳定安全系数Fs=1.00

4 治理方案

力学平衡方法是大多数滑坡治理的主要手段，主要有减重工程、反压工程、支挡工程。由于该滑坡地形横向坡度较大，其滑带坡度较陡，减重措施无法作为主要方案，同时反压工程主要设置于滑体前增加抗滑力而稳定滑坡，但路线右侧为省道，滑体前缘无反压空间，反压护道方案较难实施，因此采用支挡工程作为主要治理方案，辅以排水措施。

图5 ZK27+924断面边坡沿深层滑面滑动时稳定安全系数Fs=1.02

通过计算，该滑坡推力较大，抗滑挡墙不足以抵挡；山体底部岩体为主要为中风化灰岩，人工开挖抗滑桩较难施工；滑坡滑带较深，支撑渗沟不易施工，因此选择预应力锚索、锚杆，辅以挡土板等措施。

4.1 坡面支挡与防护

左侧边坡按照坡率1∶0.75进行刷坡，坡高10m，一级平台宽4m，其余平台宽2m，共分4级。第一级边坡坡面采用3排6束预应力锚索框架梁+复合网进行加固；第二、三级边坡坡面分别采用3排6束预应力锚索框架梁+复合网进行加固；第四级边坡坡面采用3排6束预应力锚索进行加固。各级边坡的锚索长度详如图6所示，锚固段长度均为10m。

图6 边坡治理方案示意图

4.2 排水工程

在第一、二、三级边坡坡脚各设置1排仰斜式排水孔，长度15m，间距10m，采用直径为φ90mm的PVC管，钻孔直径φ=130mm。每级边坡平台均设置平台排水沟，坡脚设置C25砼边沟。坡顶在距坡口线5m处设置M7.5浆砌片石截水沟。坡面设置踏步式急流槽。

4.3 钢花管注浆

在边坡二级平台位置设置3排竖向钢花管注浆，并在钢花管桩顶设置连接承台。钢花管单根长度12m，沿路线纵向单排间距150cm，横向间距75cm，按梅花形布置，每6m设置1条伸缩缝，钢花管与钢筋搭接时可根据现场调整。

4.4 桩头锚索

在钢花管桩头设置1排6束预应力锚索，锚索长26m，锚固段长10m。

4.5 裂缝封堵

对滑坡周界裂缝及滑坡体上的裂缝超挖后采用黏性土回填夯实处理以减少地表水下渗。实施过程中应由监理单位现场确认回填黏土数量。裂缝回填后必须采用人工或机械静压，压实度不低于85%。堑顶裂缝若面积较大，可采用M7.5浆砌片石回填处理。

通过加固后的主滑动面稳定性计算分析，结果表明，加固后的边坡稳定性系数Fs≥Fst，边坡处于稳定状态，如图7、图8所示。因此，采取此加固方案是安全有效的。

图7 ZK27+893断面刷方后稳定安全系数Fs=1.20时，剩余下滑力F=2100kN/m

图8 ZK27+893断面加固后稳定安全系数Fs=1.20

5 结束语

边坡滑坡会对山区公路的施工和运营的安全和稳定造成严重威胁，甚至将直接淹埋道路并摧毁车辆，存在较大安全隐患，因此需要在施工及运营中进行治理和加固。在阐述山区公路边坡滑坡原因及影响因素并进行稳定性计算分析的基础上，提出了边坡滑坡处置方法，并对加固措施的有效性进行了检验计算。结果表明该边坡加固方案安全有效。文中介绍的结论和方法可作为类似工程经验参考。