地质调查在公路边坡病害处治中的应用

武永明

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

近年来，随着山西省公路建设事业蓬勃发展，高速公路通车里程已突破5 000 km，为促进全省经济发展做出了巨大贡献。在运营过程中随着公路服务年限的增长，出现各种不同程度的病害，如路面早期病害、水毁、边坡病害，前两项受材料使用寿命的影响，属历年正常养护处治范围，对公路运营安全影响相对较小。但边坡病害不同于前两者，表现为滑塌、崩塌、掉块落石等，对公路运营安全隐患极大，发生的原因有较多主观、客观因素，涉及前期勘察、设计、施工以及后期养护等各环节。在某高速公路边坡病害处治设计过程中，涉及到多种地层结构的边坡病害，处治后效果良好，以下就地质调查在边坡病害处治设计方案中的重要性及实用性进行探讨。

1 概述

某高速公路于2011年12月通车运营，是山西省的一条东西向运输通道，向西连接着陕西的神府煤田，向东与山西省的河东煤田连接，路面车流量大，且多为重型运煤车辆。2019年5月，其K191+145—K191+175段路基上边坡，受强降雨影响，边坡出现滑塌，堵塞交通。

图1 边坡地质断面图

边坡属岩质边坡，地层岩性为厚层砂岩与薄层泥岩，二者呈互层状结构。边坡病害现状为原边坡上半部分滑塌，边坡防护损毁，残余坡体前缘产生临空面，有继续下滑的风险（见图1边坡地质断面）。

2 边坡病害原因分析

根据现场踏勘调查，结合地形、岩土体力学特性、工程类型等方面综合分析病害产生的具体原因及机理。

2.1 地形地貌

该段边坡位于黄土覆盖基岩山区，微地貌为黄土峁、缓坡、冲沟，边坡顶部地形为缓坡状，植被茂密，公路切坡后，改变了原有的地形条件，顺倾岩层产生临空面，汇水以垂直下渗为主，边坡属光照较弱的阴坡面，水份蒸发速度缓慢，长期在边坡岩土体中赋存。

2.2 地层岩性

边坡地层主要为二叠系中统上石盒子组（P2s）厚层砂岩夹薄层泥岩，岩层倾角较大，产状330°∠34°。岩层倾向与公路走向交角约70°，呈不利组合，且受公路切坡影响，坡体前缘形成临空面。

砂岩、泥岩两种岩性差异风化明显，砂岩为硬质岩，中风化，节理裂隙发育，滑体后缘处节理平均6条/m2，岩体较破碎。泥岩为软质岩，泥质结构，抗风化能力弱，强-中风化。

由于坡顶截水沟损坏严重，浆砌片石间砂浆脱落，在强降雨及持续性降雨情况下，雨水从片石间裂隙及边坡卸荷裂隙下渗并沿砂岩节理裂隙通道向深部运移，而砂质泥岩为隔水层，遇水易泥化变软，形成软弱结构面，内摩擦角φ、黏聚力c值降低，工程力学条件变差，最终边坡在岩体重力及自身倾角作用下产生滑动。

2.3 边坡原防护形式

边坡原防护形式为喷锚防护，受其使用寿命的影响，喷锚防护层有开裂现象，降雨情况下，坡面汇水沿喷锚层裂缝下渗。喷锚防护属全封闭防护类型，边坡岩土体中水分难以蒸发、消减，使岩体中泥岩长期处于湿软状态。

3 边坡处治设计方案

根据边坡地形、地层岩性、病害原因分析，结合近年来类似工程的防护处治经验，本着“安全第一、技术可靠、一次根治、不留后患”的原则，处治方案如下（见图2边坡处治设计断面）。

图2 边坡处治设计断面图

a）将现残留滑坡体进行卸载。为保证施工安全，卸载时应自上而下，卸载土体随卸随运，严禁随处堆载。

b）现路基边坡地层岩性为砂岩、泥岩，两者差异风化现象明显，为避免此种现象继续发展恶化直至产生碎落、掉块等危害公路运营安全的隐患，将卸载后坡面进行护坡铺砌防护。

c）现边坡坡脚处为岩体临空面，虽高度较低，但由于岩体结构为砂岩、泥岩互层状结构，砂岩节理裂隙发育，坡面汇水沿此裂隙下渗，泥岩为隔水层，遇水后易泥化变软，受震动、降水工况下坡体仍有下滑的风险，故将现坡脚基岩临空面采用耐久性、抗剪强度更高的钢筋混凝土挡墙（图3、图4）进行支挡防护。

图3 钢筋混凝土挡墙设计图

图4 边坡钢筋混凝土挡墙防护

本边坡形态较为简单，边坡的稳定性评价分析根据边（滑）坡性质、规模、边（滑）坡变形情况等，采用极限平衡法进行定量分析，滑坡稳定系数Fs计算公式（公式引自《建筑边坡工程技术规范》[1）]：

式中：T′为抗滑力；T为下滑力；W为滑体重量；α为滑面倾角；c为黏聚力；φ为内摩擦角；L为滑面长度。

本边坡滑面结构面类型为软-硬性结构面，结合程度为结合差，内摩擦角φ取值27°～18°，黏聚力c取值为0.09～0.05 MPa，根据以往同类型工程经验，岩石抗剪强度指标内摩擦角φ取24°，黏聚力c取0.06 MPa，滑坡稳定系数Fs计算结果为0.95，属不稳定状态。

4 边坡、支挡稳定性验算

根据边坡目前的稳定状态，需对现边坡的挡土墙稳定性进行验算，其内容包括抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性，计算采用理正岩土分析软件进行，计算参数根据相同类型工程经验选择，计算结果如下：

a）滑动稳定性验算。

基底摩擦系数=0.500；滑移力=12.810 kN；抗滑力=45.219 kN；滑移验算满足Kc=3.530＞1.300。

b）倾覆稳定性验算。

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=1.527 m；相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx=1.750 m；相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy=1.500 m。

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：

倾覆力矩=19.215 kN·m；抗倾覆力矩=138.239 kN·m；倾覆验算满足K0=7.194 ＞1.500。

经计算，挡土墙抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性满足要求，并考虑其耐久性及施工便利性，设计为加筋混凝土挡土墙。

5 结语

山西省地貌单元多为基岩中低山区、黄土覆盖基岩中低山区，随着公路设计、施工技术的不断发展，山区公路建设成为常态，桥梁、隧道、高边坡比例越来越高。公路前期地质勘察受诸多因素制约，地质资料不尽完善，导致在公路通车运营后出现各种病害，边坡病害处治设计成为养护设计的重点、难点。

通过地质调查，可查明边坡路段的地貌类型、岩土组成、地层结构、地下水分布、覆盖层与基岩面的接触形态、岩石节理裂隙发育程度、软弱夹层分布情况、岩层产状等[2]，使边坡病害养护处治设计做到有的放矢，最终可能是一处边坡一种处治设计方案，保证能因地制宜地选择实用、合理、经济的处治方案，确保公路运营行车安全，同时达到与周边环境协调、美化公路的效果。