公路边坡稳定性分析及治理方案
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摘 要：某公路边坡沿线出现了地裂缝，公路两旁房屋墙体开裂，经现场调查及分析研究，该边坡处于不稳定状态，应采取相应的治理措施。根据该区域的地形、地质、施工技术及经济条件，提出了两套治理方案，综合各因素考虑，最终选择了微型钢管桩结合截排水对该边坡进行治理，并对治理后的安全性做出了评价。
关键词：公路边坡；稳定性；微型钢管桩；治理方案
中图分类号：O29 文献标志码：A 文章编号：1000—8772（2012）13—0136—02
在我国西南山区公路建设过程中，往往形成了大量的边坡[1]。由于边坡岩土特性复杂多变，破坏模式、计算参数及计算理论都存在诸多不确定性；同时，因勘察、设计、施工和管理不当形成一些质量低劣的边坡工程。上述因素均会影响边坡的正常使用状态，影响公路运营及人民的生活生产安全。随着山区公路建设的增加，进一步进行研究与分析显得十分必要。
本文以湖北省西南部长阳县境内的某公路边坡为研究对象，在详细调查现场地质资料的基础上，详细分析和计算其稳定性，为工程防护提供依据，同时提出合理的治理措施，以期对同类型边坡的认识和治理提供相应的参考。
1 工程地质条件
该公路边坡位于湖北省西南部长阳县境内，通过野外地质勘察，该段边坡及其周边地区出露的基岩地层为泥盆系上统写经寺组页岩与粉砂岩（D3x）、黄家磴组石英砂岩夹页岩（D3h）、中统云台观组石英砂岩（D2y），志留系中统纱帽组砂岩、粉砂岩（S2sh），下统罗惹坪组页岩夹粉砂岩（S1Lr）、龙马溪组页岩（S1L）。边坡范围内覆盖有第四系的滑坡堆积物、坡积堆积物、崩坡积堆积物。坡体陡峭，坡体大部分被树木和农作物所覆盖，分布有较多的强风化页岩碎片，局部存在着大块页岩块。区内多年平均降雨量为1400mm，降雨主要集中在夏秋两季，大强度暴雨时有发生[2]，地下水的类型为孔隙水与裂隙水，边坡地下水主要来源于大气降雨。目前，边坡处于不稳定状态，公路沿线出现地裂缝，公路两旁房屋墙体开裂，严重影响了当地居民的正常生活和生产。
该边坡的变形模式为发生地面开裂现象，局部产生大的裂缝，可能引起整体破坏。其破坏是由于岩土体剪切面中剪应力达到了岩土体的抗剪强度，以致沿剪切面发生破坏，因此预测和评价边坡的稳定性，就是如何从实际的和最不利的条件出发，找到潜在的破坏面和力学指标进行安全系数验算。评价与计算边坡稳定性常采用极限平衡法[2～3]，对可能产生折线滑动的边坡应采用推力传递系数法进行计算，其计算简图如下图所示，基本假设为条块间的相互作用力的方向平行于上一条块的底滑面，条块间只传推力，不传拉力，各条块的平衡方程式如下：
计算简图
式中：
Wi——垂直荷载，包括土条自重和其上部的建筑荷载。其中，自重可将其分为两部分，地下水位以上用干容重计算，设为Wi1；地下水位以下用饱和容重计算，设为Wi2。其他垂直荷载，设为Pi。假设自重的作用线通过条块宽度的中心线；
Qi——水平荷载，包括水平孔隙压力和其他水平荷载，向剪切面的出口方向为正；
Ui——剪切面上的孔隙水压力的合力，与剪切面正交；
C′、φ′——剪切面参数；
Li——土条底面长度；
αi——土条底面倾角。
依据地质勘察报告中的防治工程设计参数建议，选取边坡稳定性计算的参数，详见表1。
采用推力传递系数法进行计算，其计算结果见表2，说明该边坡处于不稳定状态，加之后期扰动，可能会造成整体破坏，需采取治理措施。
3 加固治理方案分析与比选
对于边坡的治理措施，主要有削坡减载技术、排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护坡、护面等。在边坡治理工程中强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。考虑到该边坡的地形、地质、施工技术和经济条件，并结合以往工作经验，拟定如下2个方案进行比选。
方案一：适度清挖坡面后，在边坡治理区域高程226m～245m范围内，布置3—5排微型钢管桩来对变形坡体深层滑动进行治理，治理工程分为A、B、C三个区，A区微型钢管桩长度为25m，B区长度为30 m，C区长度为20 m。钢管桩采用外径60mm无缝钢管套管焊接，C20混凝土中压灌浆。在边坡体的两侧，分别设置排水沟S1—S7，S14—S16，两道排水沟上部均连接公路排水系统，将降水排除在滑坡体之外，在治理区域上部设置截水沟S8—S13，防止降水或生活污水渗入坡体。
方案二：根据地勘资料揭示的边坡体地质剖面特征以及整体稳定系数及下滑力计算分析，在边坡体治理区域高程245m处设置抗滑桩。抗滑桩截面为2×3m，间距6m，长度25m，其中挡土段17m，锚固段8m，共26根。桩身采用C30混凝土，受力筋采用HRB335，保护层厚取100mm。截排水沟设计如同方案一。
两方案都是基于边坡变形体稳定性、变形破坏特性等分析和不同工况条件下稳定性计算确定的。方案一是通过1m×1m梅花形布置微型钢管桩对推力较大的变形体整体进行阻滑，同时完善地表排水系统，降低地表水对变形体的不利影响，技术可行性比较强。方案二是通过抗滑桩对变形体整体进行阻滑支挡，并实施地表水疏排，该方案为传统的抗滑支挡方案。两方案均能满足变形体防护原则，在技术上均可行。由于边坡处于不稳定状态，公路沿线出现地裂缝，公路两旁房屋墙体开裂，相比较而言方案一微型钢管桩对滑坡体本身扰动小，施工质量容易控制，而方案二在施工上难度较大，工期较长。方案一微型钢管桩造价为196.7万元，方案二抗滑桩造价为396.5万元，综合考虑技术可行性、经济合理性和施工简便性，最后确定使用方案一进行边坡治理。
4 治理工程设计及安全性评价
在边坡治理区域高程226m～245m范围内，布置3—5排微型钢管桩来对变形坡体深层滑动进行治理，治理工程分为A、B、C三个区，A区微型钢管桩长度为25m，B区长度为30 m，C区长度为20m，管桩采用外径60mm无缝钢管套管焊接而成。微型钢管桩之间采用现浇C25钢筋混凝土连梁连接，钢筋混凝土连梁顶梁和底梁截面尺寸为300mm×400mm，主筋采用4φ25，其余连梁截面尺寸200mm×200mm，连梁主筋与微型钢管桩焊接连接，主筋采用4φ20，箍筋采用φ8@200。
针对治理措施实施后坡体的稳定性进行分析计算，在钻孔120mm拥有外径60mm钢管组成的微型钢管桩可以满足C20混凝土的要求，根据杜成斌、苏擎柱在《混凝土坝地震动力损伤分析》一文中所做混凝土试验，得到C20混凝土以下数据：弹性模量E=30000Mpa，泊松比μ=0.20，混凝土容重γ=26.3KN/m3，材料抗压强度fc=24.1Mpa，材料抗拉强度ft=2.9Mpa，黏聚力C=2.0Mpa，内摩擦角φ=47。。由以上数据可推算得出微型钢管桩综合黏聚力C=2.4Mpa，综合摩擦角φ=56.2。。根据勘察报告知，土样在天然状态下黏聚力C=25Kpa，摩擦角φ=18.5。。
根据地质报告，该边坡长期处于蠕滑状态，坡体上部公路沿线及两旁房屋出现大量的裂缝，钻探显示坡体强风化层厚，约15m～24m，且多为19m～23m，所以设计钢管抗滑桩穿过地质报告提出的强弱风化分界线，嵌固深度大于5m；强弱风化分界线以下岩体强度高和完整性好，节理和裂隙不发育。采用推力传递系数法进行计算，结果表明工程措施实施后，当最后条块剩余下滑力为0时，坡体安全系数为1.17，微型钢管桩抗剪强度及抗弯强度均满足要求。
5 结论
该公路边坡出现了典型的地质问题，经过现场调查以及分析，说明该边坡处于不稳定状态，需要对其进行治理。对公路边坡的治理应该综合考虑地形地貌、地质条件、施工技术以及经济条件等方面的因素，选择技术上可行，经济上合理的方案对边坡进行治理[4]。正确地认识边坡，合理地设计，适当地治理，把边坡失稳造成的灾害降低到最低限度，掌握其变化规律，为工程防护和同类灾害防治提供科学可靠的依据，这是岩土工程界的学者和工程设计人员必须考虑的问题。
参考文献：
[1] 唐军，曾耀.某高速公路边坡病害治理工程效果评价及加固处置措施研究[J].道路工程，2012，（6）：154—157.
[2] 徐瑞春，李江凤，赵成生.清江流域环境地质灾害研究[M].北京：科学出版社，2003.
[3] 《工程地质手册》（第四版）编委会.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[4] 孔宪立，石振明.工程地质学[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.