公路边坡稳定性分析与滑坡防治实例

何宏智，赵怀刚，段佳宏

（1.昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500；2.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650500；3.云南大学 建筑与规划学院，云南 昆明 650500）

在我国西南云贵川地区，山脉众多，地形复杂，地质灾害频繁发生[1～2]。尤其在西南地区存在着大量的自然边坡，下伏基岩起伏变化大，土层复杂。大量工程实践表明，在山区公路工程建设中，这些不良边坡体往往给公路工程的建设和维护带来很多不可预知的风险。20世纪90年代以来,我国众多专家学者充分认识到滑坡的形成是多种因素作用的结果[3]，对边坡灾害的防治也开始采用多手段并存的综合方案。

1 工程概况

1.1 地形地貌

在云南昭通某山区修建公路，当地地势东北高西南低，地面高程1 882～1 922m，相对高差约40m，自然横坡10°～45°，斜坡多为林地，坡度较缓。

1.2 岩土体类型

根据钻孔揭露结合野外地质调查，该滑坡区地层岩性为第四系覆盖层滑坡堆积土层、冲洪积黏土、粉质黏土、残坡积黏土、粉质黏土、碎石土，覆盖层总体厚度10.4～47.5m。下伏基岩为石炭系下统摆佐组、大塘组上司段并层灰岩。

1)滑坡堆积土层 主要由粉质粘土夹块石等组成，褐灰、褐红褐黄色，部分表土层为人工填筑而成。分布于滑坡范围内地表层，厚度2.6～12.6m。根据滑坡区钻孔土样室内试验成果，部分黏土具有一定膨胀性，大部分土样以弱膨胀性为主，部分土样不具膨胀性，因此，滑坡体土层具有一定的弱膨胀性，对填方路基的变形失稳及滑坡的形成均具有较大的影响。

2)冲洪积层 褐灰、灰黑色，可、硬塑状，分布于滑坡中下部及滑坡前缘，厚度3～20m。

3)硬塑状黏土、粉质粘土 浅黄色,含较多砾石,分布于滑坡范围内中下地层，厚度0～4.5m。

4)碎石土 灰黄色，粒径2～5cm，粘性土填充。分布于滑坡中下地层，厚度0～15.2m。

5)石炭系下统摆佐组、大塘组上司段并层灰岩 灰白色,局部溶蚀现象发育，为滑坡区下伏地层，埋深10.4～47.5m，起伏较大。

1.3 水文地质条件

山坡呈圈椅状和多级台坎，便于汇集地表水，其次为基岩裂隙水和岩溶水补给，流量变化较大。滑坡区附近主要地质构造体为断层。

2 边坡滑坡因素分析

该山坡地表坡角一般10°～30°不等，整体地形均较缓，有利于雨水及地表水汇集，进而软化土层，不利于坡体稳定。下部为可硬塑状黏土及碎石土，从而形成较为明显的软硬分层。路基边坡填方后，阻碍并改变了原地表水、地下水的排泄路径，遇水软化的土体遭到破坏，在上部加载及降雨等作用下最终导致滑坡形成。同时由于挖填作业，自然边坡的平衡状态被打破，所以边坡体受力失衡而失稳，并顺坡向出现了一定的横向滑移。

3 边坡稳定性分析

通过计算一个边坡体稳定系数可以用来评价边坡的整体稳定性。通过计算边坡体剩余下滑力，以及坡体平衡状态可以判定边坡的整体稳定性能。通过剩余下滑力和局部稳定状态分析，可以确定边坡的局部稳定性和保持稳定需要的加固力。

综合当地地质条件和环境因素，沿边坡走向依次取ABCD4个典型计算分析点，分别对其进行在不同工况下的抗滑力和稳定系数计算，同时作出稳定性评价。

3.1 剩余下滑力计算公式

根据GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》中剩余下滑力计算公式隐式解可知

式中，Fst为边坡安全系数；∝为岩层层面倾角，单位度；φ为岩层层面内摩擦角，单位度。

3.2 稳定系数计算

稳定性系数是反应滑坡在计算工况下稳定状态的参数，用Fs表示。

结合其现场勘查资料和试验报告，通过上述方法对其坡体受力和状态进行分析计算，其计算分析结果见下表1所示。

表1 滑坡体稳定性分析表

通过上表，可知该边坡目前仍处于极限平衡状态下的蠕动变形阶段，但由于引起该边坡变形滑移的内外部不利因素（上部卸载、雨季地表水汇集于凹形洼地、地下水位及水压力上升、坡体滑动带软弱土层）均还存在，且地表水及地下水不能有效排出的情况下，边坡稳定性会持续降低，因此必须采取措施防止在开挖、降雨及施工等不利工况下，发生进一步的变形破坏。

4 边坡加固处理措施

通过上面的失稳分析和加固计算，该工程选择如下治理措施，如图1所示。

图1 边坡治理剖面图

1）在坡顶处以1∶0.5坡比向后侧开挖至原坡顶，进行清方减载。顺坡向分别在坡顶—坡腰—坡脚处设置短—长—中型锚杆组合加固[4]，坡顶浅锚区采用∅22，长度为4m的短锚杆。坡腰深锚区采用∅32、长度为16m的长锚杆。坡脚中长锚区采用∅25、长度为10m的中长锚杆。同时在坡腰处设置平台，形成梯级放坡。

2）边坡下部长期暴露而导致风化侵蚀作用严重，为了既阻止风化侵蚀作用的进一步发生，同时又加强底部边坡体的稳定性，在坡脚所在影响面进行框格梁护坡，同时在框格内培土植草，形成生态护坡。其施工流程为：坡面开挖及锚杆施工完成后→框格梁沟槽位置放线→框格梁钢筋绑扎→框格梁模板安装→框格梁浇筑混凝土→框格梁拆模及养护→生态绿化。

3）鉴于水对边坡稳定性的巨大侵蚀作用，加强该段边坡的截排水工作，坡顶设置截水沟，对坡顶部分进行砂浆抹面封水。在边坡体底部开挖排水渠，及时排走汇集水流。

5 结 论

1）滑坡体内部岩土体工程力学性质很差，存在软弱土层及破碎地带，这决定了岩土体内部有滑坡风险的存在，同时挖填作业破坏了土体原有平衡状态。这一系列的内外因素使得整个土体处于极限平衡状态，当某一降雨过程或者过载的发生，土体极限平衡状态被打破，土体滑坡产生。

2）根据边坡失稳的特点及诱发滑坡的成因机制，采取开挖截排水沟的办法以减少地表水、地下水和大气降水对边坡的影响。其次采用短—长—中型锚杆组合加固来增加顺层滑坡的抗滑力，同时在边坡体下部设置框格梁护坡。通过上述的治理措施，其目的主要是减少滑坡体外荷载、降低地下水位，增强土体抗滑力，使其保持一定的稳定性状态。