某山区城市道路路堑高边坡加固方案研究

李 晨

（中恒工程设计院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

山区城市人多地少，土地资源极其宝贵，因此，在城市发展的过程中，为了增加土地供应，不可避免地会出现“向山丘要土地”的举措，其市政道路也随之出现了一批深挖方、高填方等在平原城市中罕见的情况。虽然随着设计理论和技术设备的不断进步，设计工作计算过程简化、速率加快、计算精度大大提高，但在实际施工验证中还是出现了一些问题，往往引起设计方案变更，资金投入加大，甚至导致边坡出现滑移、垮塌等情况，给业主的管理、施工的进度和工程的安全带来了一定的隐患。其中的原因虽然是多方面的，但设计方案科学与否、勘察工作是否严谨也是造成以上问题的重要原因，有必要对其进行深入研究。

1 工程概况和地质结构

1.1 工程概况

本道路总体成东西走向，全长约1 km，红线宽度30 m，道路等级为主干路，设计时速40 km/h，交通等级为重交通。

该市政道路挖方边坡属岩质边坡，最高大于30 m，为高边坡。原设计采用分级放坡形式处理，每8 m一级，坡率从底部往上依次为1:0.75、1:1、……1:1，每级之间设置2 m宽平台。具体见图1。

1.2 边坡滑移情况简介

施工期间，在道路K0+620右侧坡顶部位，出现了长度约5.00 m，高度约3.00 m，体量大约14 m3的滑塌体；在K0+770右侧标高565.24 m第一阶平台部位，出现了长约9.00 m，高约3.00 m，体量约50 m3的滑塌体；另在发生滑塌的坡面部位有长度、宽度不等的裂隙分布，存在继续产生滑塌的可能，见图2、图3。

1.3 区域地质构造

本项目所在地构造带产生于侏罗系、白垩系地层中，表现为舒缓宽展的褶皱，断裂极少，呈现由北东逐渐向东面偏转的弧形褶皱，总的趋势为北东东向。

由于该边坡地理位置相对较高，整体南西高北东低，属浅丘斜坡地貌。暴雨时，局部雨水汇集，在坡顶局部地段有冲刷现象，对坡顶岩土体的稳定有一定的影响。

1.4 边坡岩体结构特征和物理力学性质参数

场地地层由上至下依次是粉质粘土、泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩。具体构特征如下：

粉质粘土①（Q4dl）：主要在场地内的坡顶及坡脚前沿斜坡地段分布。褐黄色，湿，可塑。干强度较高，韧性较好。层厚1.00～2.70 m。该层物理力学性质一般，是中压缩性土，有一定承载力，分布较稳定。

泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩②：呈紫红色，为泥质、粉砂质结构，薄～中厚层状构造，强风化带以下层理清晰，产状185°∠5°。根据风化程度，可将其划分为强风化层②1和中风化层②2。

图1 一般路基设计图

图2 滑移位置

图3 边坡横断面图

原道路详勘提供的各岩土物理力学指标值见表1。

表1 岩土主要物理力学指标值

2 边坡滑移现象及稳定性分析

2.1 采用圆弧滑动法进行边坡稳定性分析试算

圆弧滑动法是道路边坡最常用的稳定性分析方法。在详勘阶段，勘察单位只提供了岩土体自身的抗剪强度参数，此参数也只能应用于圆弧滑动法，因此先用圆弧滑动法进行试算，见图4。

图4 圆弧滑动法稳定性分析原理图

采用圆弧滑动法计算，抗滑力矩MR和滑动力矩MS之比，即为该岩坡的稳定安全系数FS：

采用简化Bishop法，使用理正岩土计算程序对边坡进行稳定性验证计算。选取边坡最高的30.5 m处，具体岩土层参数选取表1中的数据。

根据计算，本边坡在一般工况下的滑动安全系数为6.939，地震工况下安全系数为6.631。根据规范[1]，该道路为主干路，其稳定安全系数正常工况取1.30，地震工况取1.10。按此方法计算，本边坡稳定性系数满足规范，是稳定的。

2.2 圆弧滑动法存在的问题

鉴于边坡发生失稳破坏的实际情况，可看出圆弧滑动法计算结果与实际情况不同。具体原因分析如下：

（1）计算模型选择。由于绝大多数城市道路工程所在区域均位于相对平坦的地形区，填挖方量相对不大，边坡高度较低，且绝大部分都为土质边坡，用圆弧滑动模型进行分析计算是合理的。而这往往导致缺乏经验的设计人员产生惯性思维，将其应用至所有项目设计计算中。而从滑塌现场可以看出，滑塌体均位于岩质边坡，滑动面基本呈直线或折线，因此对整个边坡简单地采用圆弧滑动法进行计算是不合理的。

（2）计算参数选取。选用圆弧滑动法进行分析时，其抗滑力的主要来源是岩土体自身的抗剪强度（粘聚力、内摩擦角）。本项目岩体自身的抗剪强度较强，使得安全系数偏大。而根据实际情况可看出，边坡垮塌滑动面和潜在裂隙均位于岩石结构面，因此对此部位作稳定性分析计算时应当选用岩层结构面抗剪强度值，方能得到符合实际的结果。

2.3 边坡稳定性重新计算

2.3.1 稳定性分析方法及计算参数的选取

根据上文分析，结合地质情况，可首先对边坡采用赤平极射投影法作定性分析，再使用平面滑动解析法进行定量计算[2]。为此，应要求勘察单位进行补充勘察，提供赤平投影图和岩石结构面抗剪强度相关参数。

根据补充勘察报告的结果，本边坡稳定性分析的相关参数见表2。

表2 补充勘察岩土主要物理力学指标值

2.3.2 赤平投影图分析

根据该调查点的赤平极射投影图（见图5）解析：该边坡坡面产状193°∠46°，岩层层理面产状175°∠5°，为顺向坡，岩体呈薄层～厚层状构造；节理面④、⑤、⑥、⑦倾角较大，接近竖直，裂面较平直，无充填，张开0.1～0.3 cm，裂隙间距15～50 cm，属硬性结构面，结合差，可见发育长度3～5 m。右侧边坡层理、节理的交点位于边坡线同侧，节理与层理之间的交点均位于边坡弧线外侧，即节理裂隙与层理的组合交线倾角较边坡面倾角缓，极易沿组合线滑动，属于不稳定边坡。

图5 赤平极射投影图

2.3.3 定量计算

边坡平面滑动稳定性分析（极限平衡法），计算简图见图6。基本参数见表3。

图6 计算简图（单位：mm）

表3 基本参数选取表

根据计算，本边坡在一般工况下的滑动安全系数为1.214，地震工况下安全系数为1.027。根据规范，边坡不满足规范规定的安全系数，是欠稳定的。

3 边坡加固方案分析与比选

3.1 方案一——坡率法

拟将边坡四级边坡坡率放缓为 1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5。采用平面滑动法，考虑正常工况和地震工况两种工况，选取边坡最高、最不利的位置进行稳定性分析计算。根据计算，一般工况下的滑动安全系数为1.336，地震工况下安全系数为1.110。

由此可见，坡率调整后，在天然工况和地震工况下均满足相关安全系数要求[1]。因此，采用坡率法可使稳定性系数满足规范，技术上是可行的。

3.2 方案二——抗滑桩

抗滑桩具备施工安全性高，土石方开挖少，对滑体变形及稳定性影响小，在施工过程中可同步验证地勘资料，发现隐患可以及时处理等优势。根据本项目边坡地质情况，可作为比选方案之一。

根据计算，本方案可如下设置：

墙身尺寸：桩总长:16.000 m；嵌入深度：8.000 m；截面形状：方桩桩宽：1.500 m；桩高：2.000 m；桩间距：3.000 m。

具体设计简图见图7。

图7 抗滑桩方案设计简图

根据计算，抗滑桩方案的各项安全系数和指标满足相关规范，技术上可行。

3.3 方案三——锚杆框格支护

本方案是在清除滑坡体后采取锚杆+坡面格构进行边坡治理。具体可如下设置：

水平间距：3 m；竖向间距：3 m；锚杆长度：5～18 m；格构截面尺寸：0.3 m×0.3 m。具体设计简图见图8。

图8 锚杆框格方案设计简图（单位：mm）

根据计算，锚杆框格设计方案的各项安全系数和指标满足相关规范要求，技术上是可行的。

3.4 方案比选

根据计算，以上三种方案在技术上都可以提高边坡稳定性，但应结合城市道路特点进行综合比选，见表4。

表4 方案比选表

作为城市道路工程边坡治理方案，在选取时应当着重遵循契合上位规划、减少征地拆迁、提升城市景观、减少环境破坏等原则。根据这些原则以及表4的对比可以看出：

（1）坡率法虽然施工简便、造价最低，但突破用地红线，侵占大量非道路用地，与规划冲突，其对植被的破坏和弃土堆填导致了严重的环境破坏，因此不具有可行性。

（2）抗滑桩技术上可行，但投资巨大，竣工后景观效果较差，不适用于本次城市道路工程，因此也不具备可行性。

（3）锚杆框格方案造价适中，不侵占额外用地，新增土方量最小，且框格间采用植物防护后，景观效果可以接受。

综合以上论证分析，采纳方案三作为推荐方案。

3.5 验证计算与实施效果

采用锚杆框格结合综合支挡加固措施后，用理正软件进行验证计算，得出一般工况安全系数为1.387，地震工况安全系数为1.196，加固治理后的边坡稳定性系数满足规范[1]。目前，工程已按设计方案完成主体施工，边坡状况良好，坡体稳定。

4 结论

（1）边坡稳定性分析应当选取正确的计算方法和岩土力学参数。对于岩质边坡，应当采用平面或折线滑动法进行计算，并选取岩体结构面抗剪强度进行计算。

（2）对于城市道路边坡支挡防护工程，在方案比选时应当综合考虑规划契合度、土地占用、城市景观效果以及环境影响等多方面因素，不能仅仅依据技术因素和投资造价进行判断。

（3）边坡治理应当遵循综合治理的思路和措施，通盘考虑支挡结构、边坡排水、坡面防护等内容。