北流市平坡南山灣公路不穩定邊坡穩定性評價及治理措施

曾 齊

（廣西壯族自治區三一〇核地質大隊，廣西桂林541213）

1 工程概況

北流市平坡南山灣公路不穩定邊坡位于北流市白馬鎮境內，屬公路路塹邊坡，其坡體主要由殘坡積土、全風化花崗巖組成，該邊坡產生于修建公路階段，坡體經開挖削坡后形成較陡邊坡，坡度約65°，因未采取有效的加固防護措施，在不利因素長期作用下，形成了該不穩定邊坡。不穩定邊坡平面形態上總體呈弧形，后緣高程113.80m，坡腳前緣高程51.35m，相對高差62.45m。不穩定邊坡西南側高、東北側低，順坡縱向長度約65.0m，橫向寬度約90.0m，潛在滑體平均厚度約12.00m，總體積約7.02×104m3，失穩后將形成小型中層牽引式滑坡，產生圓弧滑動，潛在滑動方向為350°。不穩定邊坡全貌見圖1。

圖1 不穩定邊坡全貌

2 地質環境條件

2.1 地形地貌

不穩定邊坡地貌上屬侵蝕構造低山地貌，其所在山體坡頂與坡腳二級公路路面高差約95.35m。不穩定邊坡中下部路塹邊坡為三級坡，每級坡高10m，放坡坡度63°～66°，每級坡設1.5m 寬平臺，現局部已垮塌，垮塌區面積約2000.0m2，垮塌體總體積約15000m3，坡面出露全風化花崗巖。上部自然邊坡坡度較緩，一般為15°～30°，表層為第四系坡殘積粘性土，坡面植被發育，植被覆蓋率約70%。

2.2 氣象水文

該區屬亞熱帶季風型氣候區，多年平均降雨量1699.5mm、多年平均蒸發量1594.58mm，多年平均相對濕度為78%。夏季炎熱，冬季溫和，但偶有短期霜凍。多年平均氣溫22℃，七月份最熱，平均氣溫28℃。一月較冷，平均氣溫14℃，氣溫極值為38℃和-2.1℃。

2.3 地層巖性

該區出露的主要地層有第四系坡殘積（Qdl+el）粘性土，下伏基巖為加里東晚期（Pz1γ3）花崗巖。其分述如下：

第四系坡殘積粘性土（Qdl+el）：呈褐黃色，可塑狀，層厚1.0～1.5m，系花崗巖風化殘積而成，礦物成份以石英、高嶺土、云母為主，含少量暗色礦物，土質較均勻，局部含少量花崗巖風化碎塊，分布不均。

加里東晚期（Pz1γ3）全風化花崗巖：呈褐色、褐黃色，巖石大部分已風化成土狀，局部仍保留有原巖結構，含強—中風化原巖碎塊，結構尚可辨認，結構基本破壞，具有一定殘余結構強度，易風化，遇水易軟化。

2.4 地質構造

項目區位于“云開古陸”西北側，經歷了加里東、華力西、印支、燕山及喜馬拉雅山四個構造發展階段。區內新構造運動以區域性上升為主，局部地帶有下降表現，主要是斷裂變動，并繼承了老構造運動的特點。不穩定邊坡區及附近未見活動性斷裂構造通過。

2.5 水文地質條件

項目區地下水類型主要為基巖裂隙水，賦存于花崗巖的風化、構造裂隙中，接受降雨的滲入補給，并通過裂隙徑流排泄至溝谷和側向補給其它類型水。項目區附近主要河流為羅江，但多年最高洪水位未超過二級公路路面標高，故該段羅江對不穩定邊坡的穩定性無影響。

3 不穩定邊坡成因機制分析

該邊坡目前處于基本穩定—穩定狀態，整體無明顯滑動跡象。該不穩定邊坡起控制和影響因素主要有：

（1）物質基礎：邊坡坡體上主要為殘坡積土、全風化的花崗巖，其風化不均，該風化層孔隙較大，易于地表水的入滲，遇水易軟化，巖土體在水的作用下，抗剪強度降低，水下滲匯集于相對隔水面并沿該隔水接觸面徑流，在長期干濕交替作用下，在相對隔水接觸帶形成軟弱面（滑帶），滑帶土在自重的作用下沿該面蠕動變形，即形成滑動面。

（2）地形：不穩定邊坡坡度63°～66°，相對高差約95m，遇水易軟化的巖土體在暴雨作用下其自重的下滑分力常會超出法向分力，使巖土體失穩。

（3）降雨：降雨使巖土體飽和，滑體重力增大，下滑力增加；同時雨水滲入巖土體使其浸潤軟化，降低滑帶土抗剪強度，致使滑坡體在自重作用下產生滑動。

（4）人類工程活動：邊坡前緣由于人工切坡修建公路形成臨空面，使斜坡體失去支撐，改變了原有的平衡狀態，為達到新的平衡，斜坡產生變形破壞。

4 不穩定邊坡穩定性分析評價

4.1 計算模型與工況

根據北流市平坡南山灣公路不穩定邊坡破壞模式分析，其潛在滑動面可能產生于全風化花崗巖中，其破壞方式近似圓弧形破壞。計算方法采用瑞典條分法，計算工況為：工況Ⅰ：自重（天然狀態）；工況Ⅲ：自重+暴雨（飽和狀態）。穩定性系數參照《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T32864-2016）確定（見表1）。

表1 滑坡穩定狀態劃分

4.2 計算方法

根據不穩定邊坡破壞模式分析，其計算公式如下：

（1）穩定性評價計算公式：

式中：Wi——第i條塊的重量，kN/m；

Ci——第i條塊內聚力，kPa；

φi——第i條塊內摩擦角，（°）；

Li——第i條塊滑面長度，m；

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

A——地震加速度，重力加速度g；

TDi——滲透壓力產生的平行滑面壓力，kN/m；

RDi——滲透壓力產生的垂直滑面壓力，kN/m；

Kf——穩定系數。

（2）滑坡推力計算公式：

式中：Hs——滑坡推力，kN；

Ks——設計安全系數，kPa；

Ti——第i條塊重量在滑面切線反向的分力。

4.3 計算參數選取

通過勘查取樣室內土工試驗結果，全風化花崗巖天然重度取19.0kN/m3;飽和重度取19.5kN/m3，潛在滑動帶的C、φ值范圍值為：C=30.0～40.0kPa，φ=30°～40°。選用3-3′剖面進行反演計算，反演計算工況為工況Ⅲ，取極限平衡狀態下穩定系數為1.00，反演方法采用傳遞系數法，其反演計算結果表明，當C=35～37kPa，φ=33°～35°時，穩定性系數接近1.00。本文針對滑動面強度參數值采取試驗值與反算值進行綜合確定，提出該不穩定邊坡穩定性計算參數建議值，見表2。

4.4 計算結果及評價

根據表2 中參數對1-1′～4-4′縱斷面采用潛在滑動面為圓弧形進行穩定性計算和推力計算，其計算結果見表3。

表2 穩定性計算物理力學主要參數建議值

表3 不穩定邊坡穩定系數及剩余下滑力一覽表

計算結果可知：在天然狀態（工況Ⅰ）下，不穩定邊坡剖面1-1′～4-4′處于穩定狀態，在持續暴雨狀態（工況Ⅲ）下,不穩定邊坡剖面1-1′～4-4′處于基本穩定狀態。

北流市平坡南山灣公路不穩定邊坡雖然天然狀態下處于穩定狀態，但其地形陡峻，且坡面未進行任何防護加固和排水措施，在氣候的干濕交替、強降雨、坡腳開挖等因素的影響下，不穩定邊坡巖土體結構將不斷破壞，同時不穩定邊坡的應力卸荷作用，致使巖土體裂隙不斷發育，地表水極易入滲，軟化巖土體，加上巖土體經風化后本身力學性質差，將引起巖土體抗剪強度不斷降低，隨著時間推移，在多種不利因素反復作用下，不穩定邊坡緩慢蠕變，最終將發生整體失穩，形成滑坡，將嚴重威脅到過往人員車輛的生命財產安全及公路的安全，影響正常的交通生活秩序。因此，必須采取積極有效的防治加固工程措施，防患于未然。

5 治理措施

根據該不穩定邊坡的地質特點、穩定性以及施工條件、地形條件和盡量減少對環境的破壞的原則，綜合治理工程步驟如下：

（1）削坡卸載工程：依潛在滑坡體狀況，進行適當的分級削坡，減小滑坡推力，坡率在（1∶0.75）～（1∶1.25）。

（2）支擋加固工程及護坡工程：根據潛在滑坡體的地層巖性及現狀、剩余推力值、施工條件：①分級、分段防護加固；②在坡面采用錨桿+格構梁或錨噴進行防護加固；③格構梁間采用植草防護。

（3）排水工程：①依據地形條件在不穩定邊坡邊界外設置排水溝及集水井；②在各級平臺上設置截水溝，并與排水溝相連；③修復公路邊溝。

（4）監測工程：對不穩定邊坡變形進行監測，主要監測內容包括不穩定邊坡地表位移變形、支擋結構位移、應力變化監測等。

6 結論

（1）白馬鎮平坡南山灣公路不穩定邊坡屬于小型中層牽引式不穩定邊坡，破壞因素主要是邊坡巖土體自身工程性質、地形地貌、地表水及不合理的人類工程活動等共同作用的結果。

（2）根據不穩定邊坡破壞模式分析，北流市平坡南山灣公路不穩定邊坡采用潛在滑動面為圓弧形進行穩定性計算，結果表明：在工況Ⅰ天然狀態條件下，不穩定邊坡處于穩定狀態；在工況Ⅲ暴雨或連續降雨狀態條件下，不穩定邊坡處于基本穩定狀態。

（3）邊坡可采用削坡卸載+錨桿+格構梁+植草、錨噴+截排水溝工程+監測工程的綜合治理方案。