某公路边坡失稳分析及处理措施

ＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＷＯＲＬＧＥＯＴＥＣＨＮＩ……………………………………………………………Ｄ　ｖ。　…ＮＯ．．Ｉ＿０　某公路边坡失稳分析及处理措施　杨文甫　（广东省公路勘察规划设计院有限公司）　摘　要工程建设中常常会遇到各种不同地质条件引发的地质灾害，比如：陡倾岩体的倾倒破坏、沿软弱　夹层的滑动破坏、第四系土体沿基岩面滑动等等。本文通过总结坡顶土体坚硬、坡脚土体松软和　坡脚地下水极发育这一特殊边坡体处理的经验教训，提出对该类边坡针对性较强的处理措施，为　类似边坡处理提供借鉴。　关键词边坡坡体结构处理措施　边坡岩、土体是由一种或多种矿物按一定结构　和构造规律组成的地质体，边坡的破坏形式与边坡　岩土体的性质和结构有着极大的关系，根据边坡坡　体结构采取相应的处理措施是边坡治理中的一个重　相对位置见图ｌ。　２坡体变形过程及处理措施　根据边坡变形发展过程，可将其分为三个阶段：　第一阶段为局部破坏阶段。２００４年６月，边坡　开挖完成、坡脚挡土墙施工之前，边坡产生首次破　坏，破坏主要从一级坡中部产生，破坏范围大约ｌＯｍ　长，因破坏范围较小，设计提出锚杆加固和深孑Ｌ排水　的方案。但在施工完第二级坡锚杆后，边坡变形进　步发展，一、二级坡坡面外移，一级平台下沉，根据　为Ｉ：１．７５，一、二级坡均设支撑渗沟，不得已将　ｌＯｋＶ线杆迁移，同时补征地。塌方范围见图１中的　第一阶段范围。　要方面。本文以粤东某高速公路边坡为例，主要探　讨了坡顶土体坚硬、坡脚土体松软（下软上硬）这种　坡体结构和坡脚地下水极发育相组合情况下的边坡　处理方法。　ｌ　边坡所处地质环境及概况　该公路为粤东山区高速公路，路线位于河源～　龙川～罗港断裂构造带或影响带内，该断裂总体走　一变形后的实际情况，设计单位将一、二级坡坡率调整　向北东，局部呈：ｌｌ￣：ｌｔ东和北东东向，呈“Ｓ”形展布，　断面主要倾向南东，倾角多为３０。～５０。，力学性质　以压扭性断裂为主，间有张扭性，旁侧常发育较大规　模的低序次旋钮构造，形变以断裂为主，间有褶皱。　形成的主要构造面有：１）北北东向压扭性节理；２）　北西西向张性节理；３）北西向张扭性（剪）节理；４）　近东西向张扭性（剪）节理。　第二阶段为浅层整体滑动阶段。２００４年１１　月，施工单位按１：１．７５刷坡后，边坡坍方扩大，塌方　范围即图ｌ中的第二阶段范围。为了不影响微波发　射塔的安全，设计采取刷方减载、坡脚及坡中部同时　加固（即“固脚、强腰”）和坡体排水相结合的方案，　具体措施为：　（１）刷方：根据坍塌后的边坡形状将边坡由二　级变为三级，坡率分别为１：３、ｌ：１．７５和１：１，边坡　高度由１５ｍ变为２５ｍ，平台宽度随坡形而变，此时　边坡所处地段除受上述区域性北东向河源断裂　的影响外，对其影响更为重要的是与东江基本正交　的北北东走向的次生断裂，该断裂以平移为主，倾角　近乎直立，边坡距断层约１５０ｍ，为断层影响范围。　边坡坡顶外４—５ｍ有ｌＯｋＶ高压线杆，再往外约　４０ｍ为微波发射塔。边坡设计坡形坡率为：一级坡　坡率ｌ：１．Ｏ０，一级坡高ｌＯｍ，平台宽２ｍ；二级坡坡　微波发射塔距坡顶约２５ｍ（图２）。　（２）“固脚、强腰”：坡脚设计挡土墙；二、三级　坡采用１１．５ｍ长的锚杆地梁；一级平台和一级坡设　置多排长１２ｍ、直径９０ｍｍ的注浆钢花管，钢花管于　平台和坡面上的间距分别为１．５ｍ、２ｍ，脚墙顶后侧　设两排钢花管（图２）。　（３）坡体排水：坡体排水分深层和浅层两方面，　率１：１．Ｏ０，二级坡最高处５ｍ。设计措施：考虑到山　顶高压线杆和微波发射塔的重要性，边坡坡脚设置　２　ｍ高的挡土墙对坡脚进行加固，一、二级坡坡面均　采用拱形骨架植草进行防护。建（构）筑物与边坡　［收稿日期］２００８—０４—０６　５２　岩土工程界第１１卷第１０期　－●－…－＿＿………………………………………一　图１边坡所在位置　图２边坡变形监测孔的布置及滑动面位置　深层为二级边坡坡脚设置２０ｍ长的深孔排水，浅层　距坡顶２５　ｍ左右的发射塔平房基座两侧落水台可　为一级设置支撑渗沟，各级平台用Ｍ７．５浆砌片石　见平行于边坡、宽约２～５　ｍｍ的拉裂缝；坡顶排水　截水沟（图２）。　沟见多处开裂。一、二级平台见多处挤压以及沿坡　第三阶段为深层整体滑动阶段。２００５年１月　面的环形裂缝。坡脚挡墙见两处垂直坡走向的剪切　工程施工完毕，此后，边坡变形暂时得以控制，但　裂缝。坡脚排水沟见挤压鼓胀裂缝。滑动范围即图　２００５年４月，防护措施完成不久，一场强降雨后，边　１中的第三阶段范围。滑动面位置见图２。　坡再次产生变形破坏，一级平台以上坡体大范围产　生变形，水泥封面鼓胀开裂，坡顶出现长大拉张裂　３坡体变形监测　缝，坡面、结构物多处开裂、鼓胀裂缝等变形迹象。　鉴于边坡变形的发展状况，２００５年６月在边坡　５３　ｌ；　ｉｌｌ　ｉｌｌ　ＧＥＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＷＯＲＬＤ…………………………………．………．一……………ＶＯＬｏ．１０：　…Ｎ…．…………………………………．．　中部（２００４年６月发生坍塌段）布设了一个监测断　置在坡脚处，但由于一级花管注浆加固的因素，坡体　实际从二级坡脚剪出，并造成二、三级地梁几乎全部　断裂，坡脚挡土墙受挤外倾、开裂。在５个观测孔中　均发现至少二层滑动面，坡体变形加速阶段日均位　移量达１５ｒａｍ，５天时间即产生滑动。边坡变形监测　情况见表１。　面，起初设计３个监测孔，尔后根据坡体的变形情况　分别在其左、右侧各增加了１个观测孔。边坡变形　监测孑Ｌ的布置及滑动面的位置见图２。　６月初开始观测，大约２０天后，边坡的变形已　经彻底破坏了其中的两孔，滑体后缘下错约３ｍ，滑　移２ｍ，后缘位置距塌方坡顶约１５　Ｉｌｌ，前缘剪出口位　表１各监测孔监测结果　面增加了边坡体中滑体的重量，还有一个重要方面　４坡体变形原因分析　本边坡的变形经历了从局部变形到整体破坏的　过程，该边坡的变形破坏受内因和外因两方面的影　因为坡体开挖后，改变了地下水的排泄途径，一部分　地下水通过坡脚排出，降低了出水口的高程，这样增　加了地下水对坡体的动、静水压力。２００４年７月至　响，边坡本身岩土体性质差为边坡破坏的内因，对边　坡的稳定起主要作用，但地形地貌、地下水等方面也　是不容忽视的因素。本边坡的变形破坏主要受以下　几方面的因素控制：　（１）边坡土体结构的影响：该边坡土体结构显　著的特点为坡脚土体松软、上部土体坚硬及边坡地　下水极其丰富，由于边坡下软上硬的原因，因此边坡　的破坏形式主要为牵引式滑动。　（２）地形地貌的影响：该边坡自然高度约３５　９月产生的变形破坏主要是边坡坡脚岩土体在地下　水的作用下，岩土胶结极差，强度极低的原因造成。　（５）地质构造的影响：边坡体位于２个大断裂　的交汇处，该断层主要影响２个方面，一方面造成坡　体岩石极其破碎，土体松软，另一方面切断了地下水　往山后排泄的途径，只能通过边坡前沿排出，这两方　面对边坡均有重要影响。坡体左上部花岗岩侵入　体，与母岩的接触带为边坡岩土体的软弱带，该软弱　带也降低了边坡的稳定性。　（６）构造面的影响：边坡体中发育一组对边坡　稳定性有重要影响的顺层节理，倾角２０。左右（据统　计，该角度为易滑倾角），节理裂隙间见软弱泥化夹　１１＂Ｉ，地势平坦，坡顶后山体坡度约５。，降雨后地表径　流较缓慢，雨水主要通过下渗的方式排泄，从而为形　成丰富的地下水创造了条件。　（３）岩性的影响：坡体的主要组成岩性为崩、坡　积成土状的粉质细砂岩、泥质砂岩，土体松散，为地　下水的渗流创造了条件，由于地下水的下渗，进一步　降低了边坡土体的强度，尤其一级坡的土体在地下　水的浸泡下极其松散，基本处于无胶结状态。　层，强度极底，边坡体的第一次局部坍塌（２００４年６　月）即沿此顺层节理产生。　５处治方案评价　纵观上述处理方案，该边坡的处治犯了“头痛　医头，脚痛医脚”的错误，本边坡破坏的主要原因是　（４）地下水的影响：边坡两侧发育有两条大的　沟槽，常年流水，而且水量较大，尤其是左侧冲沟　坡脚土体下软上硬、边坡下部地下水非常发育所致，　但实际设计中对这方面的认识不够，几次变更的设　计措施主要存在以下几方面的问题：　（１）边坡第一次产生局部破坏后，未能认清破　（图ｌ中的小里程端，靠近北北东断层侧）既是在旱　季也有一股泉水常年流淌。因为地下水的存在，一　方面降低坡体岩土体的强度，软化了岩土体，另一方　５４　主壬堡墨．．兰ｌ＿１＿量一要…１ｏ……………………………………………………………………………．　琶　蕈　坏的根本原因而在二级坡设计锚杆地梁，锚杆基本　方案的得与失，可得出如下经验，在处理这种坡顶土　设于土体性质较好、边坡基本稳定地段，而真正需要　体较好而坡脚土体松软、强度极低和地下水极发育　加固的一级坡的松软土体则未得到加强，以致锚杆　的边坡时，主要从两个方面考虑：　还没施工完成时边坡已发展成浅层的整体破坏。　（１）必须对坡脚松软的土体进行加固，这主要　（２）刷方减载为治理滑坡的一种有效手段，但切　体现边坡处理中的“固脚”原则，对这种结构的边　忌盲目使用。原设计边坡高度仅１５ｍ，应归为矮边　坡，固脚可采用两类措施，一类是抑制坡脚的变形，　坡，山体自然坡度较缓，这种地形条件下的刷方，征地　如砼挡土墙，挡土墙宜适当设高点，防止从墙顶剪　范围大而减载较少，还有这种下软上硬的边坡结构，　出，同时因为坡脚土体的松软，特别要注意挡土墙基　刷方减载对提高边坡的整体稳定性意义也不大。　础必须满足条件和挡土墙基础开挖时的基坑稳定及　（３）后续处理方案中虽然采取了加强排水和加　开挖时对边坡稳定的影响；另一类是改善坡脚土体　固坡脚土体的措施，但因为钢花管注浆在对坡脚土　的性质，提高坡脚土体的强度，如土体注浆，但切忌　体加固的同时也切断了边坡体中地下水的排泄途　不可全剖面注浆；　径，致使该边坡在强降雨来临时，坡体地下水无法尽　（２）必须结合地下水情况对其进行疏排，斜孔　快排泄，地下水位不断抬高，受影响的土体不断增　排水宜采用密而浅（或深浅结合）而不是深而疏的　加，因此边坡产生更大范围的破坏。　方式。　（４）边坡产生浅层整体破坏后，二、三级坡再次　参考文献　设计锚杆地梁，因为仅在坡脚和一级坡坡面注浆，改　［１］罗建中，从水毁边坡谈防治水措施［Ｊ］．湖南交通科技，２００６，　善了该范围内的土体，但锚杆穿过区域的土体并未　３２（１）：５０—５３．　得到加强，此时，部分锚杆仍然锚于松散和地下水较　［２］　徐祯祥．岩土锚固技术与西部开发［Ｍ］．北京：人民交通出版　丰富的土层中，因此锚杆提供的锚固力是几乎不可　社．２００２．　能达到设计要求的。　［３］徐邦栋．滑坡分析与防治［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１．　［４］　金云弼，崔贤淑．西藏满拉水利枢纽左岸坍滑体稳定性研究　６结论　［Ｊ］．工程地质学报，２００３，１１（２）：１９８—２０１．　［５］晏鄂川，刘广润．试论滑坡基本地质模型［Ｊ］．工程地质学报，　在总结多次失败经验教训的基础上，本边坡最　２００４，１２（１）：２１—２４．　终采用较深的支撑渗沟、密而浅的斜孔排水与渗沟　［６］　任幼蓉．五峰山斜坡变形破坏机制及稳定性分析［Ｊ］．水文地　问土体（渗沟之间的土体而非全坡面）的钢花管注　质工程地质，２００３，３０（２）：５６—５８・　浆相结合的方法达到根治的目的。综合该边坡处治　作者通讯地址：广州市天平架兴华路２２号邮编：５１０５０７　零｛　需零　｛　；　；　（上接第５ｌ页）　（２）有限元强度折减法分析边坡稳定问题，克　稳定性［Ｊ］．岩土工程学报，２００１，２３（４）：４０７—４１０．　服了极限平衡法的不足，计算模型不仅满足力学的　［５］　栾茂田，武亚军，年廷凯．强度折减有限元法中边坡失稳的塑性　平衡方程，而且满足土体的应力一应变关系，能够考　区判据及其应用［Ｊ］．防灾减灾工程学报，２００３，２３（３）：１—８．　［６］　张鲁渝，郑颖人，赵尚毅，等．有限元强度折减系数法计算土坡　虑岩土体的非线性本构关系，能够模拟边坡岩土体　稳定安全系数的精度研究［Ｊ］．水利学报，２００３（ｏ１）：２１—２７．　与支挡结构的共同作用。　［７］许建聪，尚岳全，陈侃福，等．顺层滑坡弹塑性接触有限元稳定　参考文献　性分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（１３）：２２３Ｉ一　２２３６．　［１］ＤＵＣＣＡＮ　Ｊ　Ｍ．Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｒｔ：Ｌｉｍｉｔ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ａｎｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅ．　ｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅｓ［Ｊ］，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。　［８］　张培文，陈祖煜．弹性模量和泊松比对边坡稳定安全系数的影　ＡＳＣＥ，１９９６，１２２（７）：５７７—５９６．　响［Ｊ］．岩土力学，２００６，２７（２）：２９９—３０３．　［２］　郑颖人，赵尚毅，时为民，等．边坡稳定分析的一些进展［Ｊ］．地　［９］　赵尚毅，郑颖人，时卫民，等．用有限元强度折减法求边坡稳定　下空间，２００１，２１（４）：２６２—２７１．　性安全系数［Ｊ］．岩土工程学报，２００２，２４（３）：３４４—３４６．　１　３　ｊ　Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ　Ｏ　Ｃ，Ｈｕｍｐｈｅｓｏｎ　Ｃ　ａｎｄ　Ｌｅｗｉｓ　Ｒ　Ｗ．Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ａｎｄ　Ｎｏｎ——Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　Ｖｉｓｃｏ—Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｉｎ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎ．　第一作者通讯地址：西安市长安大学雁塔校区地测学院３　ｉｃｓ【Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９７５，２５（４）：６７１—６８９．　教学楼３１０３室邮编：７１００５４　［４］　连镇营，韩国城，孔宪京．强度折减有限元法研究开挖边坡的　５５