馮志榮

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

引漢濟渭工程大黃公路大河壩邊坡變形體穩(wěn)定性分析

馮志榮

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

通過對大黃公路大河壩變形邊坡工程地質(zhì)勘察、分析、確定變形體邊界條件、形成的原因，采用定性分析和定量計算兩種方法，對邊坡的穩(wěn)定性進行評價，提出對邊坡頂部減荷、削，并設(shè)排水設(shè)施，坡腳壓腳，中部設(shè)置抗滑樁處理措施。

變形體;穩(wěn)定性;處理措施

大黃公路是引漢濟渭三河口水利樞紐通往黃金峽水利樞紐工程的主干公路。大黃公路樁號K2+700～K2+823 m段位于佛坪縣大河壩鎮(zhèn)西南方向，距大河壩鎮(zhèn)約2.3 km處。原邊坡高24 m，坡頂為西漢高速公路橋梁。邊坡設(shè)有二級坡比，下部坡高約11 m，坡角65°，中部設(shè)平臺，寬度5 m左右。上部坡高約 13 m，坡面上緩下陡，上部35°左右，下部 65°。邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖性為云母片巖，為反向坡，巖層傾角40°～45°，原邊坡整體基本穩(wěn)定。

因原有道路為鄉(xiāng)村便道，路面較窄，在該路面基礎(chǔ)上進行擴寬。在該路(K2+700～K2+823 m)段在施工中，當(dāng)時向內(nèi)擴寬約7.0 m左右，開挖坡高約 20 m，坡角 60°～65°，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)邊坡頂部產(chǎn)生拉裂、變形，由于開挖破壞了坡腳，使得表層松散堆積層及強風(fēng)化巖體出現(xiàn)滑塌或裂縫，隨后對邊坡坡腳進行碎塊石反壓，同時對邊坡進行變形觀測，近20 d的變形觀測，未發(fā)現(xiàn)明顯變形。

1 邊坡工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

通過勘察，該段路基位于桑坪溝左岸殘留的一級階地后緣基巖斜坡地帶。自然邊坡坡角40°左右，相對高差30～60 m。西漢高速公路從斜坡中部通過，桑坪溝屬子午河的一級支流。

1.2 地層結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)本次鉆孔資料，結(jié)合前期地勘資料和地質(zhì)調(diào)查分析，變形邊坡主要由如下地層巖性組成:

4)志留系梅子亞組云母片巖(Smsch):淺灰黃—灰褐色，中—薄層狀，片理發(fā)育，易風(fēng)化，屬軟質(zhì)巖。整個邊坡主要由此巖性組成。強風(fēng)化厚度7～11.5 m。

1.3 地下水

邊坡地下水根據(jù)其埋藏條件可分為第四系地層中的孔隙潛水和基巖裂隙水。

孔隙潛水含水層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂礫(卵)石層，受大氣降水補給為主，向河谷下游排泄;基巖裂隙水主要分布于強、弱風(fēng)化巖體中，受大氣降水和上部孔隙潛水補給，以泉水形式向下游河谷排泄。坡體地下水位埋深14.4～17.6 m，水力坡降 0.26。

2 邊坡工程地質(zhì)特征

2.1 邊坡基本特征

邊坡為基巖凸嘴，兩側(cè)為凹岸居民點，前緣為大黃公路，屬巖質(zhì)邊坡，坡定高程612 m，坡腳高程588 m，坡高24 m，坡頂為西漢高速公路橋。原設(shè)計為二級坡，下部坡高約11 m，坡角65°，中部設(shè)平臺，寬度5 m左右;上部坡高約13 m，坡面上緩下陡，上部35°左右，下部65°。邊坡由云母片巖組成，強風(fēng)化巖體厚7～11.5m，巖層走向與邊坡走向近平行，傾向與坡向相反，為反向坡，巖層傾角40°～45°。主要發(fā)育兩組裂隙，一組為層面裂隙，對邊坡穩(wěn)定影響不大;另一組為卸荷裂隙，產(chǎn)狀110°∠55°，對邊坡穩(wěn)定不利。但邊坡整體基本穩(wěn)定。

2.2 邊坡變形破壞特征

大黃公路 K2+700—K2+823 m段，在 2010年 6月 22日邊坡擴挖施工過程中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)邊坡頂部碎石土產(chǎn)生拉裂變形，邊坡前緣強風(fēng)化云母片巖局部有坍塌現(xiàn)象。當(dāng)開挖后邊坡高約20.0 m，坡角60°～65°，邊坡頂邊緣距西漢高速公路橋樁水平距約4.0～7.0 m內(nèi)有6條拉裂縫產(chǎn)生，裂縫呈楔形，間距 0.4～0.8 m，長度 10～15 m，最長 20 m，裂隙寬10～15 cm，最寬40 cm，發(fā)育深度3～5 m，已伸入強風(fēng)化巖體中。邊坡發(fā)生變形的范圍東西向長約123 m，南北向?qū)捈s36 m，平均厚度為8.5 m，總體積約3.8萬 m3。變形體物質(zhì)以碎石土及強風(fēng)化云母片巖為主，初步分析邊坡產(chǎn)生變形的原因是，坡腳開挖，破壞了邊坡原有的應(yīng)力平衡，產(chǎn)生了蠕滑拉力變形。

2.3 邊坡變形破壞原因分析

初步分析，該邊坡變形破壞的原因分析如下:

1)邊坡為基巖凸嘴，兩側(cè)為凹岸居民居住的點，自然坡角上緩，下陡，上部 35°左右，下部 60°左右，三面臨空，風(fēng)化卸荷強烈。

2)邊坡巖性為云母片巖，巖體呈強風(fēng)化，卸荷裂隙發(fā)育，強風(fēng)化厚7～11.5 m，巖體破碎，強度低，透水性強。

3)原邊坡頂平緩無防水設(shè)施，公路橋面及綠化帶雨水大部分匯集坡頂，易滲入坡體。對邊坡整體穩(wěn)定不利。

4)大黃公路擴建破壞了原邊坡穩(wěn)定坡角，后期上部雨水滲入，加劇了邊坡變形。

2.4 邊坡穩(wěn)定性評價

2.4.1 邊坡穩(wěn)定分析

2010年修建大黃公路時，對邊坡下部進行了開挖，破壞了原相對穩(wěn)定的邊坡坡腳，前緣形成了高陡的臨空面，加之降雨入滲影響，后緣產(chǎn)生多條弧形拉裂縫，后經(jīng)反壓碎石碾壓處理，近一年的運行，未發(fā)現(xiàn)新的裂縫產(chǎn)生，說明邊坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)遇到“連陰雨”飽和時，邊坡處于臨界狀態(tài)。建議盡快對該邊坡加固處理。

2.4.2 邊坡的穩(wěn)定計算

變形邊坡主要由強風(fēng)化巖體組成，下部為弱風(fēng)化巖體，選用推力傳遞系數(shù)法對邊坡進行定量分析評價。計算工況為天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)條件下兩種。詳見邊坡計算剖面圖2。

圖2 邊坡計算剖面圖

按照莫爾強度理論及土體斜坡運動力學(xué)平衡理論，應(yīng)用剩余推力法進行邊坡穩(wěn)定性計算。計算公式按《邊坡工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(YS—1996)

計算公式如下:

計算參數(shù)選取:

計算參數(shù)主要是根據(jù)工程地質(zhì)類比和反演法獲得。變形體表層碎石土的天然重度 ρ=19.0 kN/m3，飽和重度 ρb=21.2 kN/m3;坡腳反壓碎塊石的天然重度 ρ=20.0 kN/m3，飽和重度 ρb=21.6 kN/m3，天然狀態(tài)力學(xué)參數(shù):抗剪強度 c=3 kpa，φ =26°，飽和狀態(tài)力學(xué)參數(shù):c=0 kpa，φ =23°。下部強風(fēng)化二云片巖的天然重度 ρ=23.0 kN/m3，飽和重度 ρb=23.5 kN/m3，天然狀態(tài)力學(xué)參數(shù):抗剪強度 c=8 kpa，φ =29.5°;飽和狀態(tài)力學(xué)參數(shù):c=5 kpa，φ =26.0°。

計算結(jié)果見表1:按上述計算公式和計算參數(shù)，選擇沿主滑方向的工程地質(zhì)剖面進行2種工況計算邊坡穩(wěn)定性驗算。

表1 邊坡穩(wěn)定性驗算結(jié)果匯總

無反壓時，天然狀態(tài)條件下，變形體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.039，處于欠穩(wěn)定狀態(tài);飽水時穩(wěn)定系數(shù) Fs=0.905，變形邊坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。與宏觀分析判斷一致。

3 防治措施建議

根據(jù)邊坡目前現(xiàn)狀，結(jié)合道路工程設(shè)計開挖位置及場地施工條件，提出邊坡綜合防治工程措施建議如下:

1)對現(xiàn)邊坡頂部采用減載:對整個變形邊坡603 m高程以上進行削坡減載處理，但必須在坡頂對高速公路外側(cè)橋墩保留3 m左右土體保護措施及支擋后方可削坡。

2)邊坡削坡按2級進行:一級坡高程612～603 m，坡高9 m，并設(shè)平臺，臺寬 3～5 m;坡比 1:1;二級坡高程 603～587.78 m坡高15.2 m，坡比 1:1，二級邊坡削坡前應(yīng)進行抗滑樁處理，樁體應(yīng)伸入下部穩(wěn)定巖體5～8 m，由于坡面巖體極破碎，因此應(yīng)在坡面設(shè)置樁間墻。

3)建議及時對坡體上產(chǎn)生的裂縫進行開挖回填夯實處理，防止地表水入滲。

4)應(yīng)對坡頂設(shè)置排水溝將水引至坡外，坡面采用漿砌石砌護，并設(shè)排水溝及坡體排水孔。

［1］水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.(GB50487－2008).

［2］公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范.(JTJC20－2011).

U417

B

1004－1184(2012)05－0173－02

2012－04－20

馮志榮(1962－)，男，陜西吳堡人，工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察工作。