路堑边坡勘察和稳定性实例分析

欧业顶

（广东省地质局第七地质大队，广东惠州 516008）

1 项目技术背景

1.1 工程概况

工程案例道路位于惠州市西南部，北起现状鹅岭立交，沿现状鹅岭南路、仲恺大道向南至现状梧村桥后顺接S357，道路设计全长约15.38km，为城市主干路，道路红线宽42m。古塘坳立交AK3+110～AK3+325（主线里程）和古塘坳东风立交AK3+418～AK3+520（主线里程）段东侧为深挖路堑（陡土岩质边坡），前期道路建设对原剥蚀低山丘陵开挖适度放坡后，未作治理，该线路运营期间，部分路堑边坡在外动力地质作用下诱发了小型崩塌、滑坡等地质灾害，对线路运营安全构成威胁，建设单位拟对易诱发崩塌、滑坡等地质灾害的深挖路堑边坡在线路改扩期间进行治理，以确保线路运营安全，拟治理的深挖路堑边坡及编号见表1（线路“左或右”按小—大里程方向确定，强风化岩按松散土质考虑）。

表1 边坡一览表

1.2 路堑边坡勘察手段

路堑边坡采用综合勘察方法，资料收集、工程地质调绘、工程钻探、取岩土试样、室内试验、原位测试等方法相结合。路堑边坡钻孔根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）中一级边坡布设钻孔，勘探钻孔终孔要求进入路基标高以下稳定中风化岩不小于3m。野外工程地质调绘（含“地质、水文、工程地质、环境地质、灾害地质”）工作方法按路线穿越法和重点追索法进行野外实地圈定测区，野外工作底图采用1∶500地形图，对重要地质点或地质现象做拍照记录，对坡面中风化岩裸露的坡面进行1∶10的裂隙实测、素描，以确定优势结构面产状以及分析结构面对边坡稳定性的影响。

1.3 场地岩土分布特征

根据钻探揭露，综合坡面露头地质调查，其下分布的岩土体按成因类型、物质成分自上而下可分为：①第四系坡积土层（Qdl）、②侏罗系漳平组第一段基岩（Jz1），对各岩土层由浅至深分述如下：

①层粉质粘土：褐红色、褐黄色，很湿，状态主要为硬塑，成份以粉粒/粘粒为主，不均匀约含15%～20%次棱角状砾和碎石，干强度、韧性中等，属中—压缩性土；该层边坡表层局部分布。

②1层全风化泥质砂岩：红褐色，结构基本破坏，尚可辨认，岩质极软，岩体风化成坚硬土状，遇水易软化，属中—压缩性土；该层场地局部分布。

②2层强风化泥质砂岩：红褐色，结构大部分破坏，裂隙很发育，泥质胶结，泥砂质结构，岩质极软，岩体破碎，岩芯为土夹碎块状、碎块状、块状，岩体基本质量等级为Ⅴ级；该层场地均有揭露。

②3层中风化泥质砂岩：红褐色，裂隙发育，局部裂隙面含铁质，泥质胶结，泥砂质结构，岩质极软，岩体主要为较破碎岩芯主要为短柱状，局部岩体破碎岩芯为块状和饼状、岩体较完整岩芯为长柱状，岩体基本质量等级为Ⅴ级；该层场地均有分布，均未揭穿。

1.4 岩体结构面特征

根据路堑边坡坡面露头现场工程地质调绘，坡面产出的主要岩土体上部为坡积土和全—强风化岩体，局部中风化岩石呈透镜状、似层状或呈碎石状风化体产出，为极软岩，抗风化能力差，岩体吸水膨胀、失水易收缩/龟裂。路堑边坡中下部发育中风化岩体，边坡岩体各构造面和次生结构面（风化裂隙、卸荷裂隙）发育，裂面泥化发育；局部发育软弱夹层（泥化层理、风化夹层）；由于岩土体物理、力学性质的差异和区域构造共同作用，使岩土体形成大小不一、形状各异的岩石块体，多呈锥形、楔形、菱形。坡面岩土体结构上部呈松散状，中下部呈碎块状—镶嵌状，导致坡面裸露后边坡稳定性、耐久性差。

勘察期间，对各坡面裸露的中风化以上岩体，选择有代表性的中风化岩体露头，进行结构面的精细统计描述，选择结构面描述的视窗面积不小于1m2，对统计的节理裂隙首先进行节理玫瑰花图分析，得出优势结构面方向，进而采用赤平投影分析，Ⅰ号路堑边坡案例中风化岩结构面分析结果如图1所示。

图1 Ⅰ号路堑边坡案例中风化岩结构面稳定性分析图

2 综合条件分析

2.1 路堑边坡稳定性评价

根据Ⅰ号路堑边坡案例现场工程地质调绘，各边坡所处地貌类型为剥蚀低山丘陵间夹山间凹地，山体自然斜坡坡度10°～25°，热带常绿阔叶林及低矮植被发育，人工边坡坡度45°～65°，人工岩质边坡坡面植被不发育，土质边坡坡面植被发育；边坡在原线路施工时按一级坡开挖，坡面均未作治理，开挖形成的边坡坡面上部主要出露坡积土、全—强风化岩体；坡面中下部出露中风化岩体，另外，局部坡面上部夹溥层状中风化岩体，岩体层理及节理裂隙发育，节理/裂隙部分为顺层或切层张性裂隙，中厚层状，Ⅰ号路堑边坡案例地层产状为：215°∠55°，局部夹较多团块状中风化岩块，岩体呈碎块状—散体状，夹层风化、囊状风化、团块状风化、透镜状风化育，构成了边坡岩土体的不良软弱夹层，根据现状调查，坡面岩体节理裂隙发育，将岩体切割/包围呈锥形、楔形、菱形、方形，岩体完整性差，洪雨期间坡面可见面状水流从层间或节理/裂隙中渗出，对边坡的稳定性不利；根据Ⅰ号路堑边坡案例节理裂隙统计、节理玟瑰花图、赤平投影分析表明两组优势结构面组合交差线的倾向与坡面倾向一致，倾角小于设计开挖放坡坡角，大于坡顶天然坡角，结构面交线在两种坡面都有出露，对边坡稳定不利。根据案例分析影响边坡稳定主要因素为地形地貌、岩土层、岩土体力学性质、岩体产状、岩体发育情况及外力等因素，勘察过程中应采用收集资料、地质调绘、钻探、室内试验等资料对路堑边坡进行评价分析。

2.2 路堑边坡稳定性计算

根据Ⅰ号路堑边坡案例坡面产出的强风化以上岩土体（全风化岩、坡积土）存在呈圆弧破坏的潜势，而中风化风化岩体存在沿不良结构面变形失稳的潜势。为进一步分析各边坡呈圆弧和顺层破坏时的特征，根据Ⅰ号路堑边坡案例工程地质剖面（剖面ⅠE-ⅠE′）对改建后设计人工边坡最终坡面按一定坡率分级分台阶放坡后，采用简化毕肖浦（Bishop）法进行稳定性分析计算，计算时以最终设计边坡面及线路路面标为基准，以坡脚出平面点为坐标原点建立直角坐标系，输入有关岩土参数自动搜索最危险滑动面，得出最小安全系数，从而判定边坡当前所处的稳定状态，为下一步治理提供依据；根据计算结果，Ⅰ号路堑边坡案例坡面呈圆弧破裂时的安全系数为K=1.855（见图2），且圆弧破裂面均呈小曲率曲面，边坡计算剖面安全系数大于规范规定的最小稳定性安全系数（最小安全系数为1.30），边坡还应该考虑在台风暴雨天气诱发下（岩土体饱水后抗剪强度急剧降低）边坡易沿上部坡积土、全/强风化岩土质出露坡面产生失稳、破坏。根据Ⅰ号路堑边坡案例中风化赤平投影分析安全系数为K=0.983（见图1），赤平投影分析安全系数小于规范规定的最小稳定性安全系数（最小安全系数为1.35），故边坡存在不稳定潜势，稳定类型为：可能滑动。根据案例分析土质边坡可采用圆弧法计算，岩质边坡在岩体露头清晰时，可通过有代表性的中风化岩体露头进行结构面统计进行节理裂隙进行玫瑰花图分析最优结构面进行赤平投影分析计算。

图2 ⅠE-ⅠE′剖面地质情况和稳定性计算

2.3 路堑边坡勘察支护评价

根据Ⅰ号路堑边坡案例定性及定量分析计算，边坡开挖至最终设计坡面和路面坪标后，土质边坡处于稳定状态；而岩质边坡中风化岩体出露的坡面受多组结构面切割，坡面岩体易沿结构面交线或不良结构面滑动的潜势，且稳定性系数小于规范规定的最小稳定性安全系数，对未来线路经过路段的安全运营存在威胁，须进行边坡支护、加固。路堑边坡场地均为交通运输线路，路堑边坡支护设计应根据勘察最终稳定性、定量分析进行设计，同时应并兼顾各坡面美观，在条件情况允许情况下优先考虑分级放坡开挖，边坡坡分级坡不宜大于10m，每级边坡间设置台阶，台阶宽度不小于2m。不同岩性界面应设置台阶，土体坡率大多按（1∶1.0）～（1∶1.25）放坡，岩体坡率按（1∶0.5）～（1∶1.0）放坡为宜。

路堑边坡岩土体对水的敏感性较强，局部存在的倾向与坡向相同、倾角小于边坡角的结构面易产生顺结构面的滑移失稳，并且岩土体风化裂隙/卸荷裂隙发育，易产生书页状崩塌、溜坍剥离失稳，路堑边坡进一步放坡后仍应采取工程加固措施，根据Ⅰ号路堑边坡案例岩土体特征和已有定性、定量分析评价，建议坡面采用注浆锚杆（索）加混凝土格构梁支护（锚杆长度应由计算确定），局部呈夹层风化体产出的中风化岩体出露坡面采用加长锚杆或锚杆桩加混凝土格构梁支护（锚杆长度应由计算确定），边坡中下部为碎块状—散体状中风化岩，易掉块，建议格内挂钢丝网采用U型钉固定后喷射营养土植草以美化环境。坡顶应设置排水天沟、台阶面靠近边坡内侧设排水明沟、坡脚设置排水地沟，脊间谷地应设置坡面排水沟（吊沟）将天沟、台阶明沟、坡脚地沟的地表水一同引入线路的统一排水系统；坡面排水沟应设置消能池，且坡面地表水在引入场地排水系统前应经沉淀池沉淀后方可排入场外统一的排水系统。

3 应对措施分析

3.1 路堑边坡设计治理方案

根据设计院出版的路堑边坡施工图设计方案，Ⅰ号路堑边坡采用3～5 级坡开挖，坡率采用1∶1，每级坡高8m，每级坡顶设置2m台阶，坡面采用锚杆+格构梁支护，自下而上一级坡和二级坡锚杆长度为9m，三级坡、四级坡及五级坡锚杆长度为12m，锚杆水平和垂直间距均为3m，锚杆直径为130mm，坡面格构梁截面尺寸为0.3m×0.3m；格构梁内采用喷混植生绿化；坡顶和坡顶台阶设置截水沟，坡中间设置截流槽把地表水统一汇流至坡脚市政管沟中。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）规定一级边坡抗滑移稳定性安全系数为不小于1.35，Ⅰ号路堑边坡案例岩质边坡赤平投影分析安全系数为0.983，根据路堑边坡施工图设计文件采用锚杆+格构梁支护后计算得到安全系数为1.39，安全系数不小于1.35满足规范要求。

3.2 路堑边坡治理效果

施工过程中裸露出来的中风化岩产状和结构裂隙面产状经过复测与勘察期间测得出露岩层产状和节理裂隙产状吻合，路堑边坡开挖后处于稳定状态与勘察阶段分析计算评价相近，边坡支护采用锚杆+格构梁及框内喷混植生绿化支护后，施工后经过第三方检测和监测，锚杆抗拔力满足设计要求，监测边坡表层移位、深层位移和沉降数据均满足规范和设计要求，后期经过恶劣等天气后观察边坡均处于稳定状态，治理效果良好。

4 分析结论

路堑边坡可按场地地形地貌、出露地质条件、工程规模、施工条件等选择具有针对性勘察手段，根据Ⅰ号路堑边坡案例在土岩质路堑边坡岩土层露头清晰情况下可采用工程地质调绘、工程钻探、室内试验等方法结合进行勘察，通过钻探、工程地质调绘及室内试验查明边坡岩土层分布规律和特征、岩土层参数、岩体和节理裂隙产状、已发生滑坡或崩塌的破坏机理等，结合查明资料对路堑边坡进行稳定性分析评价计算，土质边坡主要采用土层分布规律和岩土参数进行圆弧法计算边坡稳定性安全系数，岩质边坡主要采用有代表性的中风化岩体露头进行结构面统计进行节理裂隙进行玫瑰花图分析最优结构面进行赤平投影分析计算边坡稳定性安全系数，施工图设计可按路堑边坡稳定性定性和定量分析结论进行设计，可有效治理路堑边坡稳定。