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城市道路路基边坡失稳及治理措施分析

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：甘洪洋

[导读] 摘要：山区城市道路路基边坡失稳是危害较大的路基破坏形式之一，它不仅是潜在的较大安全隐患，还影响道路正常交通通行，产生不良的社会效应。

        长沙市城市建设投资开发集团有限公司湖南省长沙市 410000
        摘要：山区城市道路路基边坡失稳是危害较大的路基破坏形式之一，它不仅是潜在的较大安全隐患，还影响道路正常交通通行，产生不良的社会效应。本文将结合路基边坡失稳及治理措施案例，依托目前国内对路基边坡稳定性及其治理措施的技术现状，分析了导致路基边坡失稳的因素，提出了从坡面防护和坡体稳定两个角度防治路基边坡失稳的主要措施，对类似城市道路路基边坡失稳及治理措施具有一定的参考作用。
        关键词：城市道路，路基边坡，隧道出入口；治理措施
        1引言
        在山区城市道路工程规划和建设时宜利用山势走向及地形，合理设计道路平纵线形指标，尽量采用低路堤的形式，防止大量土方开挖或高路堤填筑工程，避免因道路建设引发次生地质灾害，影响道路的正常交通运行。目前，前国内对路基边坡稳定性及其治理措施技术进行了大量的研究，道路路基稳定性影响因素繁多，失稳原因分析较为复杂，开展路基边坡失稳分析及治理工作必须综合考虑工程地质及非地质多方面的因素。
        2工程概况
        某道路是联系城市外围片区的主要次干路，分担城市东-北方向的外部交通，其建设对于加强区域内外的交通联系具有重要的意义。本次治理范围位于北段右侧临近山体的填方段，因持续暴雨该段右侧边坡坡顶表层土体局部出现险情的情况，对道路的正常使用存在安全隐患，需对该段边坡进行治理。
        2.1地形地貌
        道路路基边坡场地属构造剥中低山地貌区，地形整体呈西高东低状况，道路横向相对高差较大，整体地形坡度约12～25°,沿道路走向地形变化不大，整体地面坡度约2～5°。
        2.2地层岩性
        道路路段内基岩埋深为2.00～6.80m，基岩顶面坡度角受原始地形控制，与地面坡角近于一致，总体向东倾斜，坡角10°～32º。据钻探获取岩芯的实际情况，将场地内基岩特征为：强风化带，岩石质量较差，其工程岩体分级为Ⅲ级硬土；中风化带，岩体较完整，粉砂质泥岩为Ⅳ级软石。
        据地面调查及钻探揭露，场地表层为第四系全新统人工填筑土（Q4ml），第四系全新统崩坡积层（Q4c+dl）粘土夹块石，第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）粘土，下伏基岩为二叠系上统长兴组（P2c）之灰岩。现由新至老分述：
        （1）第四系全新统人工填土层（Q4ml）
        填筑土（Q4ml）：杂色，以黄褐色为主，顶部为沥青路面垫层，下部主要由灰岩块、碎石及粘土组成，其中块碎石含量约占30～35％，块径为10～80mm，稍密，稍湿，钻孔揭露最大厚度0.70m。道路建设时路基填筑所成，堆填时间约10年。
        （2）第四系全新统崩坡积层（Q4c+dl）
        粘土夹块石（Q4c+dl）：杂色，主要为黄褐色，由粘土夹灰岩块、碎石组成，其中块碎石含量约占25～30％，块径为20～190mm，地表可见最大块径为0.6m，松散状，稍湿，钻孔揭露最大厚度21.00m。
        （3）第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）
        粘土：黄褐色，可塑状，干强度中等，韧性中等，无摇震反应。钻孔揭露最大厚度2.40m。
        （4）二叠系上统长兴组（P2c）
        灰岩：灰色、浅灰色，微晶质结构，厚层状构造，裂隙发育大部分呈闭合～微张状，由方解石或粘土充填。钻孔揭露最大厚度12.50m。
        2.3.地质构造
        该区地质构造位处向斜北西翼近没端，岩层呈单斜产出，产状28º∠26º，岩体中主要可见两组构造裂隙：①126°∠86°延伸长度2～2.5m，间距1.2～1.8m，呈闭合～微张状，多为方解石充填，局部粘土充填；②188°∠79°，延伸长度1.8～3.0m，间距1.0～2.2m，呈闭合～微张状，多为方解石充填，局部粘土充填。层间结合差，场地内裂隙发育，岩体较完整。
        区内无断层及构造破碎带通过。
        2.4.水文地质条件
        场地内地下水分松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类：松散岩类孔隙水主要赋存于第四系人工素填土中。该类地下水水位随季节变化明显，补给来源为大气降水，地下水多沿基岩面运移至低洼处排出地表，水量较小。
        基岩裂隙水分布于岩体裂隙中，仅在局部裂隙相对较发育的地段赋存少量带状裂隙水，地下水较贫乏。
        2.5边坡现状变形特征
        该段边坡长约80m，高约18～22m，坡面倾角27～40°，为土质边坡，土层厚度约17～21m，基岩顶面坡度角受原始地形控制，与地面坡角近于一致，总体向东倾斜，坡角12°～30°。由于近来多日持续降雨，该段边坡已产生出一定的变形特征，其主要表现为：路堑挡墙开裂、伸缩缝发生错动并且挡墙顶出现外倾；路面出现裂缝，延伸长度长、次级羽状裂缝多，局部路面出现隆起。
        通过现场查勘上边坡顶部道路路基无明显变形，在边坡中上部有错台，道路下边坡无明显变形；现场地探未揭露明显滑动面，边坡土层厚（18-22m），结合工程地质勘察、现场变形及周边变形情况可以判断，该段路基及挡墙变形是由于道路上边坡土体内部出现圆弧滑动变形，路堑挡墙不能支档滑动推力，造成挡墙在下滑力推动下，整体向挡墙临空推移，从而造成挡墙开裂、错位及路面开裂，同时局部位置推力从挡墙底圆弧剪出造成路面隆起变形。
        3稳定性分析
        通过现场查勘上边坡顶部道路路基无明显变形，在边坡中上部有错台，道路下边坡无明显变形；现场地探未揭露明显滑动面，结合灾害处地质勘察、现场变形及周边变形情况可以判断，该段路基及挡墙变形是由于道路上边坡土体内部出现圆弧滑动变形，路堑挡墙不能支档滑动推力，造成挡墙在下滑力推动下，整体向挡墙临空推移，从而造成挡墙开裂、错位及路面开裂，同时局部位置推力从挡墙底圆弧剪出造成路面隆起变形。
        针对以上分析，采用理正边坡稳定性分析系统对边坡进行稳定性分析计算。
        3.1稳定性验算方法
        道路下边坡稳定性评价：路面现已产生长约45m，宽15mm～120mm的裂缝。据现场地质测绘调查并结合钻探成果，道路西面自然斜坡覆盖层厚度较小或出露基岩，且未见变形特征。路基下部斜坡土体未见变形、隆起之迹象，仅石混凝土挡墙发现轻微的开裂。根据以上变形特征及钻探揭露，道路下边坡土体以道路路面的裂缝为后缘，以近于自然斜坡坡向的方向产生滑动变形。综合定性分析道路下边坡及右半幅路基处于欠稳定～基本稳定状态，故将对路基及其下边坡作稳定性详细计算及评价。
        圆弧滑动计算公式：

        式中：
        K—整体稳定安全系数；
        Mk—抗滑力矩（kN•m）；
        Mq—滑动力矩（kN•m）；
        li—第i土条的滑裂面弧长（m）；
        bi—第i土条的宽度（m）；
         —作用于滑裂面上第i土条的重量，水位以上按上覆土层的天然土重计算，水位以下按上覆土层的饱和土重计算（kN/m)；根据界面交互的浮重度+10后采用；
        wi—作用于滑裂面上第i土条的重量，水位以上取按上覆土层的天然土重计算，水位以下按上覆土层的浮重度计算（kN/m）；
        θi—第i土条弧线中点切线与水平线夹角（°）；
        q0—作用于坡面上的荷载（kPa）；
        ps—筋带作用力产生的抗滑力矩（kN.m）；
        pc—地震作用力产生力矩（kN.m)。
        道路上边坡稳定性评价：据现场地质测绘调查并结合钻探成果，道路上边坡地表覆盖块石土厚度较小，局部基岩直接出露，目前未见变形开裂之迹象，现状稳定。
        3.2计算采用工程地质参数
        计算采用地勘报告推荐的物理力学设计参数。
        路基填筑土天然重度γ=22.5kN/m3，饱和重度γsat=22.7kN/m3；
        路基填筑土天然状态残余抗剪强度参数：c＝5.0kPa，=30°；
        路基填筑土饱和状态残余抗剪强度参数：c＝3.0kPa， =28°；
        块石土天然重度γ=21.9kN/m3，饱和重度γsat=22.06kN/m3；
        块石土天然状态残余抗剪强度参数：c＝13.2kPa， =15.3°；
        块石土饱和状态残余抗剪强度参数：c＝11.1kPa， =10.4°；
        3.3现状稳定性计算及评价
        Fst为安全系数，评价标准：Fs＞Fst，稳定；1.05＜Fs≤Fst，基本稳定；1.00≤Fs≤1.05，欠稳定；Fs＜1.00，不稳定。
        根据《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）表6.2.3路堤堤身稳定性安全系数取值Fst=1.35，计算工况采用天然状态和长期降雨或暴雨两种状态。

        治理前边坡破坏时位移云图
        经计算，路基边坡在天然状态稳定系数为1.136～1.812，处于基本稳定到稳定状态；在饱水状态稳定系数为1.002～1.343，处于欠稳定到基本稳定状态。根据计算知边坡将在饱和状态下继续发生变形破坏，威胁道路安全，因此，对该边坡的治理是非常紧迫和必须的。
        4.治理措施
        4.1设计治理措施
        本工程的主要保护对象为道路，考虑安全、经济合理的原则设计采用“桩板墙+路面修复”的治理措施。
        （1）桩板墙
        在路肩外侧2m外修建一排桩板墙对路基进行支护，桩截面尺寸为高1.25m×宽1.25m，中心间距5.0m，桩长为9-10m，嵌固段长4m，嵌固于强风化以下基岩层；挡土板厚0.3m，桩及挡土板均采用C30钢筋砼浇筑。桩后按坡率为1:2.5回填。按原结构尺寸修复损坏的道路路面，并在路基外侧安设波形护栏进行安全防护。

        边坡治理措施设计图
        支挡结构计算所受力为被支挡部分土体下滑推力和主动土压力之间较大者。经计算，被支挡部分滑坡体下滑推力大于土压力，故支挡结构受力以下滑推力控制，设计支挡下滑推力为150KN/m。
        （2）修复路面
        按原结构尺寸修复损坏的道路路面，并在路基外侧安设波形护栏进行安全防护。

        治理后边坡破坏时位移云图
        4.2增加治理措施后稳定性评价
        在增加治理措施后，通过稳定性分析计算得到边坡在天然工况下安全系数为1.425，在暴雨工况下安全系数为1.106。说明此时边坡在天然工况下和暴雨工况下均处于安全稳定状态。
        5.结语
        路基边坡的稳定性会影响城市道路的稳定、安全和寿命.并且对道路的病害和美观性也有很大的影响。本文根据以上案例分析，城市道路路基边坡主要为局部存在失稳，控制边坡整体稳定性至关重要。
        根据边坡“固脚强腰”理念，本次治理结合地质情况、当前施工状况等因素，对边坡进行了安全稳定性分析，并提出了综合治理方案。设计通过采用桩板强结合坡面必要防护及时有效治理，保证了路基边坡整体失稳破坏，避免因滑坡二产生的地址灾害。该边坡经治理施工后，根据后续边坡监测数据和现场巡查，该边坡当前处于稳定状态，设计所采用的治理措施效果良好。
        参考文献
        [1]《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）
        [2]张永兴等.《边坡工程学[M].北京:中国建筑工业出版社出版,2008.