祝 輝

（中煤科工重慶設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，重慶 400016）

在多山、地形起伏、溝壑縱橫的山區(qū)修建道路及基礎(chǔ)設(shè)施時，經(jīng)常遇到陡坡高填路堤。這些陡坡高填路堤極易沿著填土界面或土巖界面產(chǎn)生滑動[1]。因此，對陡坡高填路堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析并進(jìn)行合理的抗滑處理顯得尤為重要。本文以重慶市某城市主干路形成的陡坡高填路堤為例，探討陡坡高填路堤的穩(wěn)定性分析計算及抗滑處治措施。

1 工程概況

重慶市巴南區(qū)某城市主干路，設(shè)計車速50 km/h，道路全長1 724 m，路基設(shè)計路幅寬度為36 m。道路場地屬剝蝕丘陵地貌，場地內(nèi)多為原始淺丘溝谷地貌，場地整體以淺丘為主。場地地形一般坡角5～20°，局部達(dá)50°。場地總體東側(cè)較低，西側(cè)較高，相對高差達(dá)64 m。整個場地由多個小山丘與溝谷相間構(gòu)成，地形起伏較大，地表多為水田和耕地，局部有魚塘。

場地地質(zhì)構(gòu)造單元位于洛漬向斜西翼，呈單斜構(gòu)造，場地內(nèi)及鄰近地段未發(fā)現(xiàn)斷層及構(gòu)造破碎帶，部分地段基巖出露，巖層產(chǎn)狀為133～145°∠18°，優(yōu)勢產(chǎn)狀為140°∠18°，層面巖屑充填，結(jié)合程度差，屬硬性結(jié)構(gòu)面。傾向由南向西逐漸變大，傾角由西北側(cè)向南東側(cè)逐漸變陡，場地水文地質(zhì)條件簡單。在連續(xù)降雨補(bǔ)給時，將在沖溝所在地段的土層和基巖強(qiáng)風(fēng)化帶中賦存上層滯水，水量小，主要受大氣降水補(bǔ)給。

道路及周邊場地按設(shè)計高程整平后，道路左側(cè)在K1+160～K1+240 段形成陡坡高填路堤（如圖1 所示）。該段道路沿道路橫向自左向右地形坡角約4～25°，斜坡區(qū)覆蓋第四系殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖、砂巖；斜坡上覆蓋層較薄，基巖面隨地形起伏，基巖面傾角為9～26°。

圖1 K1+160～K1+240 段平面布置

設(shè)計方案采用分級放坡（每級最高8 m），第一級邊坡坡率為1∶1.5，第二、三級邊坡坡率為1∶1.75，各級邊坡之間設(shè)置2 m 寬平臺。此處，選取K1+195.78 處典型剖面進(jìn)行分析（圖2）。

圖2 K1+195.78 處典型剖面圖

2 陡坡高填路堤穩(wěn)定性分析

2.1 工況擬定

根據(jù)道路填方高度、所在路段的地形地貌及地質(zhì)狀況，設(shè)計2 個陡坡高填路堤處理方案，形成以下2 種工況及潛在滑動面。

工況一：清除地表草皮、腐殖土后，在現(xiàn)狀粉質(zhì)黏土層上直接填筑路堤；由于粉質(zhì)黏土層未清除，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較低，極易在粉質(zhì)黏土與巖石分界面處形成軟弱滑動帶。

工況二：先清除基巖面以上較薄的粉質(zhì)黏土層，然后沿基巖面開挖臺階，基巖面臺階開挖寬度不小于1 m。當(dāng)基巖面上覆粉質(zhì)黏土較厚（大于2 m）時，沿粉質(zhì)黏土層開挖臺階，臺階寬度不小于2 m；由于回填土在巖石頂面易泥化、軟化，因此，易沿著臺階頂點連線所構(gòu)成潛在滑動面滑動。

2.2 潛在滑動面抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值

對陡坡高填路堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析與支護(hù)力計算時，確定潛在滑動面抗剪強(qiáng)度參數(shù)是十分關(guān)鍵的。當(dāng)前，填土邊坡潛在滑動面抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值隨意性較大，導(dǎo)致其穩(wěn)定性分析與支護(hù)力計算與實際偏差很大。

方玉樹[2]對碎石土類填土內(nèi)摩擦角取值進(jìn)行了研究，中密碎石土類填土內(nèi)摩擦角可根據(jù)填土坡高取值。本工程填土為壓實土石混合料，坡高h(yuǎn)＞16 m，可參照碎石土類填土內(nèi)摩擦角按邊坡高度進(jìn)行取值Φ=30°。同時，根據(jù)方玉樹對土巖界面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值進(jìn)行的研究，認(rèn)為界面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值應(yīng)考慮泥化、軟化對界面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的弱化作用。因此，此處壓實填土與巖土分界面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取C=2 kPa，Φ=25°。

2.3 陡坡高填路堤穩(wěn)定性計算

根據(jù)JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》[3]，路堤沿斜坡地基滑動的穩(wěn)定性分析可采用不平衡推力法，穩(wěn)定系數(shù)計算公式如下

其中

式中：WQi為第i 個土條的重力與外加豎向荷載之和；αi為第i 個土條底滑面的傾角；ci、φi分別為第i 個土條底的黏聚力和內(nèi)摩擦角；li為第i 個土條底滑面的長度；αi-1為第i-1 個土條底滑面的傾角；Ei-1為第i-1 個土條傳遞給第i 個土條的下滑力；Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù)。

各巖土層計算參數(shù)按表1 取值，坡頂行車荷載按照均布荷載考慮，此處坡頂按15 kPa/m 計算。

表1 巖土層計算參數(shù)

此處，根據(jù)擬定的工況，分別對典型剖面進(jìn)行條分，并采用不平衡推力法進(jìn)行計算。

工況一（如圖3 所示）：擬定粉質(zhì)黏土與巖石分界面為潛在滑動面，滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取粉質(zhì)黏土飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

圖3 典型剖面條分計算圖（工況一）

經(jīng)計算，工況一情況下，剩余下滑力為0 時的穩(wěn)定安全系數(shù)為：Fs=1.07（見表2），不滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)。

表2 工況一不平衡推力法計算表

工況二（如圖4 所示）：擬定臺階頂點連線構(gòu)成的面為潛在滑動面，滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取C=2 kPa，Φ=25°。

圖4 基地挖臺階后的典型剖面條分計算圖（工況二）

經(jīng)計算，工況二情況下，剩余下滑力為0 時的穩(wěn)定安全系數(shù)為：Fs=1.73（見表3），滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)。

表3 工況二不平衡推力法計算表

為保證計算的精準(zhǔn)性，進(jìn)一步采用理正邊坡綜合治理軟件進(jìn)行計算，各巖土層計算參數(shù)按表1 取值。

工況一（如圖5 所示）：擬定粉質(zhì)黏土與巖石分界面為潛在滑動面，滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取粉質(zhì)黏土飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

圖5 工況一的典型剖面計算圖

理正邊坡綜合治理軟件計算結(jié)果表明，工況一情況下，剩余下滑力為0 時的穩(wěn)定安全系數(shù)為：Fs=0.95，不滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)。

工況二（如圖6 所示）：擬定臺階頂點連線構(gòu)成的面為潛在滑動面，滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取C=2 kPa，Φ=25°。

圖6 工況二的典型剖面計算圖

理正邊坡綜合治理軟件計算結(jié)果表明，工況二情況下，剩余下滑力為0 時的穩(wěn)定安全系數(shù)為：Fs=1.56，滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)。

通過對兩類工況下的陡坡高填路堤穩(wěn)定性分析結(jié)果來看，采用先清除基巖面以上較薄的粉質(zhì)黏土層，然后沿基巖面開挖臺階的方案，能夠大幅度提高陡坡高填路堤的抗滑穩(wěn)定性。

3 處治措施

經(jīng)過上述計算分析，若不經(jīng)過處理，直接進(jìn)行路基填筑，將造成路堤失穩(wěn)，要提高陡坡高填路堤的穩(wěn)定性，可以從以下幾個方面考慮。

3.1 改善基底條件

改善路堤基底條件是防止陡坡高填路堤下滑的有效措施[4]。具體可用以下方式。

1）清除地表草皮、腐殖土、較軟弱土層或覆蓋層。

2）原地面開挖臺階，臺階寬度不小于2 m，并做成4%的內(nèi)傾斜坡。

3）鋪設(shè)土工格柵，以增加基底與路基調(diào)料之間的連接。

3.2 防排水

水是影響陡坡高填路堤穩(wěn)定性的最主要的原因之一[5]，如果滑動面附近有水的作用，致使路堤的下滑力增大，接觸面或軟弱面抗剪強(qiáng)度顯著降低。因此，可沿道路橫向填挖交界處每隔一定高度設(shè)置一處盲溝。

3.3 支護(hù)

當(dāng)陡坡高填路堤穩(wěn)定性不夠時，還可以根據(jù)地形地質(zhì)條件，在路堤邊坡下方設(shè)置支擋構(gòu)造物，防止路堤下滑，如護(hù)肩、護(hù)腳、路肩或路堤式擋土墻等。

根據(jù)以上綜述，該段陡坡高填路堤通過清除覆蓋層，沿基巖面挖臺階等改善基底條件，然后每隔一定高度設(shè)置一處盲溝來排除土巖界面積水，最后在坡腳處設(shè)置護(hù)腳墻來提高路堤抗滑穩(wěn)定性，坡面設(shè)置格構(gòu)護(hù)坡，防止坡面土體被沖刷，其處治措施如圖7 所示。

圖7 處治措施典型剖面圖

4 結(jié)論

陡坡高填路堤穩(wěn)定性分析要重點關(guān)注路堤沿斜坡地基或軟弱帶滑動的穩(wěn)定性。設(shè)計時，應(yīng)充分掌握場地水文地質(zhì)條件、填料來源及其性質(zhì)，綜合進(jìn)行路堤斷面、地基及堤身處治、排水設(shè)施和支護(hù)等設(shè)計。施工時，應(yīng)根據(jù)實際情況的變化，及時對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，確保路堤穩(wěn)定。