砂泥岩互层陡立边坡危岩落石整治方案研究

王 森

(四川省安全科学技术研究院，四川 成都 610045)

1 概述

边坡工程治理主要包括绕避、支挡、排水、减重等[1]，对于不同地区，不同类型的高边坡，在进行治理时需要采用不同的方式。只有顺应该地区的边坡治理方式，才能达到理想的效果。

四川内江地区，受地质构造影响，岩层倾角较大，开挖后不可避免出现顺层边坡。针对当前的顺层边坡治理主要考虑直接加固和间接加固。直接加固法主要有主动网、支顶、锚杆等，间接加固法主要有刷坡、增设排水沟及放缓边坡等。多数情况下，组合支挡体系才能取得良好的效果，所以大多采用组合支挡体系来治理边坡问题。

文章根据具体的工程实例，经过对比，采用理正边坡模块进行稳定性计算，采用GEO-slope对拟选方案进行模拟分析，最终采用了坡面清方+挂网喷锚+排水沟的组合支挡体系，该支挡体系治理效果显著，保证了线路安全，提供了良好的防治思路[2-3]。

2 工程概况

2.1 地质灾害体

该工点位于内江市资中县重龙镇官斗村4组，沿乡村道路东北一侧分布，道路西南侧为沱江，危岩段乡村道路海拔340 m～348 m(见图1)。官斗山危岩沿道路长度309 m，被乡道分为两段，分别为188 m和121 m，整体高约5 m～12 m。

2.2 地形地貌

内江市资中县属四川盆地中部，沱江中段，地势由东北向西南倾斜，属于丘陵地貌区，地表植被丰富，主要以灌木草丛为主(见图2，图3)。自然坡度约60°～80°，坡向50°～60°，线路走向140°～150°，与线路近垂直，坡高整体5 m～12 m，坡面有泥岩风化形成的凹腔。

2.3 地层岩性

根据现场调查，该灾害点上覆粉质黏土，下伏基岩为砂、泥岩互层。具体分述如下：

①粉质黏土：灰黄色，以粉、黏粒为主，含碎石，砂泥岩碎石含量(质量分数)约30%，可塑状，结构不均。

②泥岩：暗紫红色，矿物成分以黏土矿物为主，长石次之，少量石英，泥质胶结，粉泥质结构。现场可见泥岩崩解碎石。

③砂岩：浅灰黄色，矿物成分以石英为主，长石次之，中～粗粒结构，巨厚层状构造，碎屑成分主要为石英，粒径大小0.5 mm～2 mm。

2.4 地质构造

官斗山危岩地处荣威穹窿西北翼尾端斜层地带，为平缓倾斜岩层，岩层倾角2°～5°，地形西南高，东及东北部低。

根据现场踏勘，基岩层面产状近水平，现场测得的结构面情况见图4。

2.5 水文地质

1)地表水。

流经资中境内共有大小河流72条，均属沱江水系，沱江纵贯县境腹部，六大支流分别为仁寿、威远、资阳、安岳流入县境沱江(或出县境后入沱江)，另有64条长度为5 km以上的小溪流遍全县各地。

2)地下水。

区内地下水类型主要有第四系松散层孔隙水、砂泥岩风化裂隙孔隙水，地下水在地形限定范围内就地补给，主要接受大气降水、地表水补给，在地形低洼处排泄于溪沟，地下水富水性受岩性控制，总体富水性较好。

2.6 地震参数

根据《中国地震基本烈度区划图》和GB 18306—2015中国地震动参数区划图，资中县地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g。

2.7 气候条件

资中县属亚热带湿润季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，春早、夏长、秋冬季短，夏无酷热，冬无严寒，多年平均无霜期332 d。全年1月最冷，月均气温6 ℃～8 ℃；7月最热，月均气温26 ℃～30 ℃；多年平均降雨量977.6 mm，年均蒸发量1 062.9 mm。年均风速1.9 m/s，大气压力965 hPa～983 hPa。

3 地质灾害基本特征及稳定性分析

3.1 地质灾害基本特点

1)灾害点特征。

该灾害点岩性为典型砂泥岩互层，沿道路一侧分布，全长约309 m，高约5 m～12 m，局部岩体极为破碎，结构面发育，随时有掉落的可能。

2)致灾机理。

a.地形地貌。

砂泥岩互层往往发育有陡壁，河流冲刷导致底部悬空，形成临空面，易造成坡体下滑，进而又为后缘大规模滑坡产生了新的临空面，因此易连续发生灾害。

b.坡体结构。

砂泥岩互层原生软弱层面、原生软弱夹层较多；结构面较为复杂，裂隙发育，经过长时间的地质作用和风化作用，内部存在较多泥化夹层，在其他不利条件影响加大时，内部结构易被破坏，形成灾害。

c.地层岩性。

砂泥岩互层，具有亲水易滑特征，常因软弱层受压变形，导致发生蠕动变形，如岩坡高陡，在平缓状态下也可转化成大型崩滑灾害。

d.水文地质。

砂泥岩互层地质体具有贮水构造、过水通道和受水等地质条件。同时一般地下水较为充沛，砂岩层可充当过水通道，水可通过砂岩下渗，而下伏的薄层泥岩遇水软化形成夹层，或遇到巨厚层泥岩形成含水层。

3.2 稳定性分析

1)采用理正岩土边坡模块进行稳定性计算，稳定性计算见图5，选取线路较不利地段进行模拟计算[4]。

基本参数：计算方法：极限平衡法。计算目标：计算安全系数。边坡高度：11.000 m。结构面倾角：48.0°。结构面黏聚力：25.5 kPa。结构面内摩擦角：19.2°。

2)计算结果。岩体重量：593.4 kN。水平外荷载：0.0 kN。竖向外荷载：0.0 kN。侧面裂隙水压力：0.0 kN。底面裂隙水压力：0.0 kN。结构面上正压力：397.1 kN。总下滑力：440.2 kN。总抗滑力：510.4 kN。安全系数：1.154。

通过计算可知，官斗山危岩所在斜坡安全系数为1.154。

4 地质灾害体防治工程方案比选

4.1 防治目标与原则

4.1.1 防治目的

通过实施临时工程治理，降低该灾害点风险，防范其危害。

4.1.2 防治原则

1)贯彻执行国家有关政策。2)技术成熟、安全、适用与耐久。3)经济合理、施工便捷。4)尽量不中断交通。5)尽量不破坏原坡面结构。

4.2 防治思路及方案

4.2.1 防治思路

根据现场调查，该灾害点特征主要是砂泥岩互层，降雨、风化等作用使坡面泥岩剥落形成凹腔，降低坡面稳定性，降雨、地震等工况下易发生变形垮塌。防治工程的思路主要分为两个方面：一是预加固，二是排水。拟采用方案：坡面清方+挂网喷锚+排水沟。

4.2.2 锚杆间距对防护效果的影响

利用GEO-slope进行坡体稳定性分析，分析锚杆间距为2.5 m,2.7 m,3 m时坡体的安全系数(见图6～图8)，通过对比得出的安全系数，确定锚杆设置最合适的间距，为保证数据的可信度，参数采用与理正计算时相同的参数[5]。

根据分析结果，通过对比得知，当其他参数相同时，锚杆间距为2.5 m时，坡体的安全系数最高，根据《建筑边坡工程技术规范》，安全系数需要大于1.25，这三种情况下，选取锚杆间距为2.7 m最为合适。

4.2.3 锚杆入射角度对防护效果的影响

利用GEO-slope进行坡体稳定性分析，分析锚杆入射角度为15°,20°,25°时坡体的安全系数(见图9～图11)，通过对比得出的安全系数，确定锚杆设置最合适的入射角度，为保证数据的可信度，参数采用与理正计算时相同的参数。

根据分析结果，通过对比得知，当其他参数相同时，锚杆入射角度越小，安全系数越高，综合考虑应将锚杆入射角度设为15°，此时防护措施效果最好。

4.2.4 防治方案

依据地形清除灌木杂草、突出及松散危岩体。坡面采用挂网喷锚防护，防护面积约2 000 m2，锚杆采用φ25 mm钢筋，钻孔直径φ91 mm，孔内长度3.5 m，孔口预留40 cm，共布设三排锚杆，呈梅花状布置，横向间距2.7 m，纵向间距2.7 m。钢筋网采用φ12 mm钢筋编制，纵横间距20 cm。喷射混凝土采用C30混凝土，喷射厚度150 mm。泄水孔布置两排，采用φ49 mm PVC管，每根40 cm，横向间距5 m。排水沟全长350 m，截面为梯形(见图12)，用砖垒砌，砂浆抹面[6-7]。

4.2.5 监测效果分析

监测结果显示，该边坡在开挖阶段，最大累计变形约10 mm，最大变形速率约0.15 mm/d～0.16 mm/d，在运营阶段，边坡变形速率较小(见图13)，在两个阶段内，变形速率均处于规范要求的范围内，因此，该支挡体系的安全性较好，符合边坡治理的要求[8]。

5 结论

本文以内江市资中县重龙镇官斗村危岩体群为研究对象，总结了该危岩体群的灾害特点，并依此对该危岩体群进行了稳定性分析。对拟采用的方案利用GEO-slope软件进行模拟分析，分析了锚杆间距和入射角度对防护效果的影响，得出结论，当锚杆间距较小，入射角度较小时，防护效果较好。根据分析结果，采用了坡面清方+挂网喷锚+排水沟的组合支挡体系[9]，保证了线路安全，为以后的砂泥岩边坡治理提供了思路和方案。