贵州山区路堑边坡失稳机理与处治对策

王曙光 陈亚洲

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

贵州省地处西南腹地，地质条件十分复杂，是我国地质灾害最为严重的地区之一，随着近些年贵州交通基础设施建设的逐渐加快，边坡失稳所引起的道路安全问题日益突出。贵州具有山岭深谷分布广泛的地形特点，道路修建常采用路堑挖方的形式，加之西南山区普遍降雨量较大，处治不当易诱发较严重的地质灾害[1]。因此，分析不同类型边坡破坏模式并采取相应的防治措施，是贵州地区边坡工程设计人员的工作重点。

本文以贵州省贵阳市某市政道路为依托，总结了贵州地区较为常见且风险较大的四类路堑边坡类型，通过对相应边坡的变形破坏机理进行分析，提出对应的边坡处治对策。

1 工程地质概况

项目区位于贵州高原中部，地形起伏不大，属云贵高原溶蚀-侵蚀型低中山和高原溶丘洼地地貌，项目区位于扬子准地台黔中腹地，贵阳构造变形区；地层总体呈单斜产出，倾东向，倾角较缓，一般在5°～24°间，项目区内无活动断裂通过，场地整体稳定。

贵州山区地质环境复杂，岩石出露以沉积岩为主，项目沿线主要出露地层有第四系(Q)、三叠系下统安顺组(T1a)、谷脚组(T1g)、大冶组(T1d)等，上覆土层主要为填土、红黏土，下伏基岩主要以白云岩、灰岩等碳酸盐岩为主。白云岩、灰岩均为可溶岩，项目沿线主要不良地质为溶洞，多处发育有溶槽。

2 边坡类型及失稳机理

通过对项目区沿线的路堑边坡进行调研，结合贵州省各县市区域地质资料，将贵州山区存在的安全隐患较大的路堑边坡分为四类，即土质边坡、顺层岩质边坡、岩土混合边坡(溶槽发育)，以及超高边坡。下面根据项目实例，对该四类边坡的失稳机理进行分析。

2.1 土质边坡

土质边坡常指由坡积土、沉积岩和变质岩风化形成的残积土组成的边坡[2]，挖高常在20 m以下。贵州地区红黏土分布广泛，具有高天然含水量、高液、塑限、高孔隙比、低密度、干缩开裂等特点[3]，常为土质边坡的重要组成部分，如K1+280右侧边坡。该边坡为二级土质边坡，上覆红黏土最高约17 m，设计坡率按1∶1开挖，边坡横断面示意见图1。

图1 K1+280右侧土质边坡

该类边坡的失稳机理为：边坡按设计坡率进行开挖后，强降雨作用下地表水入渗使土体内摩擦角和黏聚力降低，同时降雨使得潜在滑面上部土体产生增重效应，导致边坡沿潜在滑动面所受到的抗滑力小于下滑力，达到临界值后边坡沿滑面发生圆弧形滑动，自坡顶后缘剪入，自坡脚剪出。

2.2 顺层岩质边坡

顺层岩质边坡常指岩层层面与坡面倾向相同(或相近)且倾角小于设计坡率的岩质边坡，层面常为软弱结构面且抗剪强度较低。贵州地区岩层出露多为沉积岩，整体稳定性常受岩土体强度、结构面产状与强度控制，如K4+040左侧边坡。该边坡为五级顺层岩质边坡，上覆土层为红黏土，下伏基岩为三叠系下统谷脚组灰岩，坡面走向为135°，岩层产状为115°∠12°，结构面参数为黏聚力c=30°，内摩擦角φ=11°，为软弱结构面，其边坡横断面示意见图2。

图2 K4+040左侧顺层岩质边坡

该类边坡的失稳机理为：坡体中存在与设计开挖坡面同向(或相近)且倾角小于设计坡率的软弱结构面，坡体开挖导致软弱结构面临空，被结构面切割的块体在重力作用下产生沿结构面滑动趋势，块体与坡体后缘产生拉裂缝，雨水沿裂缝下渗导致结构面参数进一步降低，块体沿结构面发生平面滑动。

2.3 土石混合边坡

土石混合边坡常指上部为土体、下部为岩体的边坡，在贵州地区又常见为坡体前部为土体、后缘为岩体的边坡。贵州地区灰岩、白云岩等可溶岩分布广泛，溶槽发育且为黏土充填，边坡开挖时坡面常有溶槽揭露，如K5+580右侧边坡。该边坡高约22.2 m，溶槽发育，下伏基岩为三叠系下统谷脚组灰岩，边坡横断面图见图3。该类边坡的失稳机理与土质边坡相似，可总结为：边坡开挖后，雨水入渗至坡体内部，一方面增大了土体容重，另一方面可入渗至土岩分界线使得潜在滑移面抗剪强度参数降低，坡体达到临界状态后可能发生圆弧形滑动，也可能沿土岩分界线自坡体下部剪出。

图3 K5+580右侧土石混合边坡

2.4 超高边坡

超高边坡一般为岩质边坡，本文指坡高超过70 m的岩质边坡。受地形限制，贵州地区道路建设中出现大量的深路堑边坡，常为切向坡或反向坡(顺向超高边坡一般按隧道处理)，安全隐患较大，如K10+580段右侧边坡。该边坡高约86.0 m，为反向岩质边坡，下伏基岩为三叠系下统安顺组泥质白云岩，层面结合较差，节理裂隙发育，岩体破碎，边坡横断面图见图4。

图4 K10+580右侧超高岩质边坡

该类边坡的失稳机理为：高边坡开挖形成过程中，坡体内部应力重分布较为明显，原有的平衡状态被打破，应力向坡面集中，使得坡体局部变形量逐渐累积，产生塑性屈服；加之贵州山区岩体普遍较为破碎，节理发育，边坡常被3组甚至更多结构面切割为大小各异的块体，雨水在裂隙中汇聚也产生了一定的静水压力，使得该类岩质高边坡常发生屈服-崩塌破坏。

3 边坡处治对策

综合以上分析，结合现场调研，贵州山区道路建设中常出现的边坡破坏模式可总结为四类：圆弧形滑动、沿层面平面滑动、沿土岩分界线折线滑动、岩体屈服-崩塌。贵州山区降雨量大，雨水入渗常是导致边坡失稳的直接诱导因素。因此，结合各类边坡的失稳机理，从边坡防护和截排水措施2个方面讨论边坡处治对策。

3.1 边坡防护

3.1.1圆弧形滑动

此类变形破坏模式常发生于土质边坡与土石混合边坡中。圆弧形滑动滑面通常较深，工程上可采取以下措施进行边坡防护：①放缓坡率。土体抗剪强度参数较小，自稳性较差，应在工程允许范围内尽量放缓坡率，减少滑面上部土体容重；②格构锚杆(索)。根据滑面深度，可选择锚杆(索)进行坡面防护，长度应超出滑面一定深度以保证锚固强度；③路堑墙。当边坡受红线限制需要收坡时，可采用路堑墙(坡率1∶0.25)进行支挡防护，下滑力过大时可采用抗滑桩。

3.1.2沿层面平面滑动

此类变形破坏模式常发生于顺层岩质边坡中，层面为软弱结构面。工程上可采取以下措施进行边坡防护：①沿层面放坡开挖。当考虑道路全线填挖平衡或工程红线允许时，可沿层面对边坡进行放坡开挖，清除潜在滑体；②抗滑桩+格构锚索。当边坡无放坡空间，应在坡脚设抗滑桩进行支挡，上部设格构锚索进行预加固，由于边坡可能沿层面发生多级滑动，应根据分级下滑力计算结果确定锚索排数及预应力大小，必要时可设双排桩。

3.1.3沿土岩分界线折线滑动

此类变形破坏模式常发生于土石混合边坡中，所采用的防护措施与圆弧形滑动模式相似，可总结为：①土质部分。应尽量放缓坡率，采用挡墙+格构锚杆(索)进行坡面防护；②岩质部分。坡面较完整时可采用灌木护坡挂网进行绿化防护，坡面较破碎时可采用“锚杆挂网喷射混凝土+码砌植生袋”或格构锚杆植草进行坡面防护。

3.1.4岩体屈服-崩塌

此类变形破坏模式常发生于岩质高边坡中，工程上可采取以下措施进行边坡防护：①卸荷宽平台。由于高边坡应力集中效应比较明显，宜在坡体中部设置宽平台；②被动防护网。考虑到边坡高度较高，局部掉块危险隐患较大，宜在宽平台处增设被动防护网拦截碎石掉块；③格构锚索(杆)。岩质高边坡防护应体现“强腰固脚”的原则，于坡体中部及坡脚处采用预应力锚索对边坡进行加固处理，辅以格构锚杆对边坡进行防护。

3.2 边坡截排水系统

水是影响道路边坡及公路使用寿命的重要因素，往往是引起各类边坡失稳的直接原因[4]。

3.2.1边坡截水

地表截水最常见的措施为设置截水沟，可采用浆砌片块石的形式砌筑于坡顶后缘，用来拦截流向坡面的水。对于多节理裂隙或溶洞发育的边坡，也可以采用灌浆充填的方式来阻断水的入渗路径。

3.2.2边坡排水

边坡排水主要是将边坡内部的地下水及汇聚的地表水排出路基范围内，以保证坡体稳定。挖方边坡排水系统主要由截水沟、平台沟及边沟组成，坡面较陡时应设急流槽，以保证排水畅通，边坡排水系统示意见图5。当坡面采用挡墙或挂网喷射混凝土等对坡面进行封闭防护时，应设泄水孔以排出渗入坡体内部的水，一般间距为2～3 m，梅花形布设，坡体局部渗水严重时应加密。

图5 路堑边坡截排水系统

3.3 边坡支护实例

根据前文分析，对可能产生不同破坏形式的边坡采用相应的处置方法，其处置方式如下所述。

1) 针对K1+280右侧边坡等红黏土边坡，可能发生圆弧滑动，且具有放坡空间，故采用放缓坡率、坡面绿化及排水相结合方式进行处置。

2) 针对K4+040左侧边坡等顺层边坡，采用顺层清方或抗滑桩进行支挡，并加强排水。

3) 针对K5+580右侧边坡等土石混合边坡，采用放缓坡率及锚杆防护等方式进行处理。

4) 针对K10+580段右侧等超高边坡，采用宽平台及锚索(杆)等方式进行处置。

经现场监测验证，支护方案取得了较好的效果。

4 结论

1) 贵州山区地质环境复杂，岩石出露以沉积岩为主，可溶岩分布广泛，岩溶发育。根据贵州山区工程边坡的特点，将常见的安全隐患较大的路堑边坡分为四类，即土质边坡、顺层岩质边坡、岩土混合边坡(溶槽发育)及超高边坡。

2) 对贵州山区常见的四类边坡失稳机理分析，主要破坏形式为圆弧形滑动、沿层面平面滑动、沿土岩分界线折线滑动、岩体屈服-崩塌，可采用放缓坡率、抗滑桩、格构锚杆(索)、挡墙等形式对边坡进行防护，在实际工程建设中取得了较好的效果。

3) 雨水入渗常是导致边坡失稳的直接诱导因素，可采用截水沟、平台沟、边沟、急流槽等将坡面汇聚的水排出坡体范围内，对坡面采用封闭防护时应设泄水孔以排出坡体内部地下水。