【摘? ? 要】：為預(yù)防粵西山區(qū)云母片巖高邊坡滑坡穩(wěn)定性差的問題，采用赤平投影圖分析法、滑動面分析法、簡化BISHOP及不平衡推力法綜合手段并結(jié)合工程類比，對此類巖質(zhì)高邊坡進行穩(wěn)定性分析，優(yōu)化常規(guī)設(shè)計方案，提出了針對性的邊坡加固處治措施。

【關(guān)鍵詞】：粵西山區(qū)；云母片巖；高邊坡；加固

【中圖分類號】：U416.14【文獻標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）01-66-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.019

Optimal Design of Typical High Slope in Mountainous Area of

Western Guangdong

LIU Huapeng

（Road and Bridge Engineering Co. LTD.， China Railway 16th Bureau Group， Beijing 101500， China）

【Abstract】：In order to prevent poor landslide stability problem of mica schist highslope in western Guangdong mountainous area， the paper adopts means of the erecting projection analysis method， sliding surface analysis method， simplified BISHOP and unbalanced thrust method， combined with the engineering analogy， analyses the comprehensive stability of this kind of high rock slope， puts forwardthe optimizedconventional design schemeand the targeted slope reinforcement and treatment measure.

【Key words】：mountainous area of western Guangdong； mica schist； high slope； reinforcement

粵西山區(qū)滑坡預(yù)警頻頻發(fā)生，眾多學(xué)者對該區(qū)域的高邊坡穩(wěn)定性及加固措施進行研究，分析滑坡的原因并提出了相應(yīng)的處治措施。王建斌等[1]對廣東省汕頭至湛江高速公路某邊坡滑坡采用有限元對滑坡成因進行了分析并提出了防治對策；林建業(yè)等[2]對云湛高速公路典型路塹順層高邊坡進行了分析，得到了巖性、雨水和施工擾動是導(dǎo)致順層滑坡病害的關(guān)鍵因素并根據(jù)這些影響因素對原設(shè)計和施工方案進行了優(yōu)化；康欽容等[3]對廣州增城至從化高速公路順層滑坡進行了穩(wěn)定性分析，該區(qū)域有存在淺層滑坡和深層滑動的可能性，飽水狀態(tài)下，由于邊坡穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致邊坡極易發(fā)生整體滑移。

粵西山區(qū)以云母片巖為主要巖層，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎較且?guī)r層間存在薄弱界面。全風(fēng)化云母片巖為土狀，強風(fēng)化云母片巖結(jié)構(gòu)呈碎屑或碎塊狀，遇水易軟化甚至崩解，中風(fēng)化云母片巖節(jié)理裂隙較發(fā)育；該地區(qū)地下水較為豐富，雨水充沛，對云母片巖深路塹邊坡穩(wěn)定性影響較大。目前，對粵西山區(qū)云母片巖高邊坡研究較少，實際工程中存在加固處治費用較高、穩(wěn)定性較差、后期養(yǎng)護病害較多等諸多問題，如設(shè)計處治不當(dāng)，容易引發(fā)重大安全事故。本文以粵西山區(qū)某工程為背景，對粵西山區(qū)典型云母片巖高邊坡的設(shè)計方法與加固方案進行較為系統(tǒng)分析。

1 工程概況

某工程位于粵西山區(qū)，地處西江支流新興江中游南岸，道路全長約5 km，為城市主干路，設(shè)計速度60 km/h，最大邊坡高度約64 m。

1.1 深路塹邊坡地質(zhì)

1）粉質(zhì)黏土?？伤?硬塑，主要成分為粉黏粒，局部見風(fēng)化巖粒、巖塊，為巖石風(fēng)化殘積在原地而形成，韌性中等，干強度中等。層面起伏很大，平均埋深為0.63 m，層厚約3.5～6 m。

2）全風(fēng)化云母片巖。堅硬程度屬極軟巖，完整程度屬極破碎，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。絕大部分礦物成分已風(fēng)化成土狀，原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，巖芯呈堅硬土柱狀，局部見強風(fēng)化巖粒、巖塊，遇水易軟化、崩解。層面起伏很大，平均埋深為4.5 m，層厚約13～17 m。

3）強風(fēng)化云母片巖。堅硬程度屬極軟巖，完整程度屬極破碎，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。大部分礦物成分已顯著風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈巖塊狀，少量土夾碎塊狀，局部見中風(fēng)化巖塊，遇水易軟化、崩解。層面起伏很大，平均埋深為19.86 m，層厚約10～19 m。

4）中風(fēng)化云母片巖。堅硬程度屬極軟巖，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，少量塊狀，節(jié)長5～15 cm。層面起伏很大，平均埋深為27.53 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

深路塹邊坡場地分布的地下水主要為潛水、基巖裂隙水。潛水主要賦存在低洼的沖積層中，含水量豐富，補給來源為大氣降雨、地下水循環(huán)，靠蒸發(fā)及地下徑流排泄；受季節(jié)性影響較大?；鶐r裂隙水主要賦存于風(fēng)化巖石裂隙中，具較好連通性的部位地下水活動較強烈，含水量稍豐富，但分布不均勻?；鶐r裂隙水的補給來源為潛水垂直滲入及含水層側(cè)向滲流補給，排泄方式為蒸發(fā)及向下滲透。穩(wěn)定水位標(biāo)高為40.16～81.10 m。

1.3 地震效應(yīng)

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016版）規(guī)定，深路塹邊坡所在地區(qū)位于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)且場地內(nèi)無揭見飽和液化砂土，可不考慮飽和砂土液化的影響。場地內(nèi)無軟土，可不考慮震陷的影響。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 強化滑坡現(xiàn)場調(diào)查

不同路段高邊坡差異性較大，結(jié)構(gòu)面復(fù)雜，需要加強現(xiàn)場踏勘，為后續(xù)理論分析、計算提供基礎(chǔ)資料，同時為滑動面的初步確定提供依據(jù)。根據(jù)踏勘成果，邊坡段未見喀斯特、危巖、崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、活動斷裂等不良地質(zhì)。邊坡現(xiàn)狀地形起伏較大，位于較陡的山坡上，坡體植被發(fā)育，局部邊坡土體已裸露，自然坡角最大約50°，最大坡高約64 m。從整體地形地貌看，邊坡無陡坎、植物類型突變、雙溝同源等情況；坡體后緣無開裂、滑動跡象，前緣也無鼓脹形態(tài)，也未發(fā)現(xiàn)馬刀樹、醉漢林等形態(tài)[4]。從巖層性質(zhì)來看，全風(fēng)化層及強風(fēng)化層較厚，風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，易形成剝落或淺層滑塌；尤其在雨季，風(fēng)化層遇水易軟化、崩解。邊坡地下水位較高，接近坡腳位置但并未溢出；無連通性不利結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面之間有鈣質(zhì)膠結(jié)或泥質(zhì)膠結(jié)，互相連接緊密，不易發(fā)生滑動。從坡體結(jié)構(gòu)來看，巖層存在節(jié)理面與巖層走向交角＜30°，為順層節(jié)理面[5]。

2.2 確定滑動面及計算方法

選取路段中最不利剖面進行計算。一級邊坡10 m，坡度1∶1；二級邊坡10 m，坡度1∶1；三級邊坡10 m，坡度1∶1.25；四級邊坡10 m，坡度1∶1.25；五級邊坡10 m，坡度1∶1.5；六級邊坡13.835 m，坡度1∶1.5。邊坡平臺寬3 m，其中三級坡平臺寬12 m。見圖1。

由地勘資料可知，該邊坡表層坡度平緩，覆蓋層為粉質(zhì)黏土且厚度較大，層間界面與開挖邊坡成反傾結(jié)構(gòu)。下部的全風(fēng)化層基本呈土狀，強風(fēng)化層大部分以塊狀為主，少量土夾碎塊狀，中風(fēng)化層片狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較為完整，少量塊狀。綜合分析，中風(fēng)化層以上邊坡體呈風(fēng)化土狀或較破碎狀態(tài)，潛在滑動面一般可按照圓弧滑動面進行考慮，計算分析方法可采用簡化Bishop法。間界面抗剪強度較低，容易產(chǎn)生滑動；尤其是強風(fēng)化層與中風(fēng)化層分界面與開挖邊坡面同向，屬潛在滑動面，該滑動面為折線滑動面，可采用不平衡推力法進行分析計算[6]。見圖2。

對于部分強風(fēng)化及中風(fēng)化云母片巖路段巖層呈塊狀結(jié)構(gòu)，完整性相對較好，與節(jié)理易形成楔形體滑動面，故可采用赤平投影法進一步分析。

2.3 巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

采用赤平投影圖對深路塹邊坡進行分析。左幅路塹邊坡巖層產(chǎn)狀為120°∠30°，主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：節(jié)理A為150°∠53°，節(jié)理B為25°∠71°。開挖后邊坡面整體產(chǎn)狀為118°∠35°。見圖3。

路塹左幅處巖層節(jié)理A與巖層傾向相似，為順層節(jié)理面，但傾角大于開挖坡面的傾角，開挖后屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面；節(jié)理B與巖層傾向相切，為切層節(jié)理面且傾角大于開挖坡面的傾角，故開挖后屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

綜上分析，開挖后邊坡屬于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；但巖層與節(jié)理A、節(jié)理B較易形成楔形體滑動面，尚無法進行定量的計算，故需進行預(yù)防性加固處理。通過對當(dāng)?shù)匾呀椖康恼{(diào)查，此類地質(zhì)條件適合采用錨桿框架梁加固處治。楔形體形成的具體位置很難確定，但通過確定潛在滑動面，采用錨桿穿越滑動面一定長度，能夠有效預(yù)防楔形體形成[4]；因此本工程可選用錨桿框架梁方案進行加固處治。

2.4 邊坡穩(wěn)定性計算

邊坡穩(wěn)定性計算應(yīng)考慮天然狀態(tài)、暴雨作用及地震作用[7]，由于該區(qū)域地震等級為6度，故只需考慮兩種工況：工況I為自重，工況II為自重+暴雨。

計算參數(shù)包括坡體土層重度、黏聚力和內(nèi)摩擦角。在工況I條件下，自重計算取天然重度，抗滑力計算取天然黏聚力和內(nèi)摩擦角；在工況II條件下，整個邊坡體因降雨入滲而處于飽和狀態(tài)，自重計算取飽和重度，抗滑力計算取飽和黏聚力和內(nèi)摩擦角[8]。見表1。

采用理正巖土軟件進行分析，由計算機進行條塊劃分和潛在滑動面搜索。

1）采用簡化BISHOP法進行穩(wěn)定性計算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.5；工況二邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.06＜1.1。根據(jù)計算結(jié)果，工況I邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；工況II邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2）采用不平衡推力法對巖層界面處滑動面進行穩(wěn)定性計算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.67＜1.2；工況二邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.54＜1.1。根據(jù)計算結(jié)果，以強風(fēng)化云母片巖與中風(fēng)化云母片巖結(jié)構(gòu)面作為滑動面驗算，邊坡在工況I及工況II條件下，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 邊坡加固措施優(yōu)化設(shè)計

3.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及滑坡調(diào)查，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析和計算的結(jié)論，深路塹邊坡巖層界面處滑動面安全系數(shù)較低，穩(wěn)定性較差，需采取措施進行加固處理?？紤]2種方案。

1）方案一見圖4。

2）方案二見圖5。

3）比選結(jié)果。方案一開挖土方量較小、占地面積略?。坏谒募壠滦柙O(shè)置錨索框架，第五級坡需設(shè)置錨桿框架。方案二在滑體上緣進行開挖卸載，減小下滑力，故在三級平臺處開挖12 m寬平臺，可以減小錨桿的規(guī)模，可將20 m的錨索縮減為8 m的錨桿，同時取消第五級坡的錨桿框架；但增大了開挖土方量及占地面積。見表2。

方案二不僅節(jié)約造價且減小了滑體荷載，提高了邊坡的安全性，因此推薦采用方案二。

3.2 處治措施

1～4級坡采用錨桿框架梁加固?？蚣芰翰捎肅30鋼筋混凝土現(xiàn)澆，為矩形框架，截面寬30 cm，應(yīng)嵌入邊坡設(shè)計坡面內(nèi)20 cm。一級坡設(shè)置3排10 m全長黏結(jié)型錨桿，二、三級坡設(shè)置3排12 m全長黏結(jié)型錨桿，四級邊坡設(shè)置3排8 m全長黏結(jié)型錨桿。錨桿長度均超出潛在滑動面2 m以上，水平間距3 m，入射角度30°，鉆孔直徑110 mm，采用?32mmHRB400鋼筋，設(shè)計拉力312 kN；另由于地下水位于一級坡坡腳以上，考慮在坡腳處設(shè)置一排仰斜式排水孔，降低地下水位，防止水在坡腳處飽和，產(chǎn)生坡腳小弧滑動面而導(dǎo)致整個邊坡坍塌[9]。第五、六級邊坡采用掛鐵網(wǎng)噴基材防護。

3.3 處治后穩(wěn)定性驗算

1）采用簡化BISHOP法對粉質(zhì)黏土層、全風(fēng)化層及強風(fēng)化層進行穩(wěn)定性驗算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.6；工況II邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.23。加固后邊坡在工況I及工況II條件下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）采用不平衡推力法對對巖層界面處潛在滑動面進行穩(wěn)定性驗算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)2.4；工況II邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.9。加固后邊坡在工況I及工況II條件下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

1）設(shè)計時，全風(fēng)化層及強風(fēng)化層應(yīng)采用緩坡，坡度≯1∶1.25。較破碎巖質(zhì)邊坡應(yīng)采用簡化BISHOP法單獨進行穩(wěn)定性驗算。邊坡防護應(yīng)采用圬工骨架防護或掛鐵網(wǎng)噴基材類防護，加強隔水排水措施。

2）設(shè)計時需仔細(xì)分析巖體中的節(jié)理與巖體、開挖坡面傾向的關(guān)系，判斷是否為順層邊坡、是否形成楔形體；較完整的巖質(zhì)邊坡應(yīng)采用赤平投影圖進行穩(wěn)定性分析。順層和楔形體均可采用錨桿框架梁進行加固處理。

3）粵西山區(qū)典型云母片巖巖質(zhì)深路塹存在較薄弱的巖層界面，界面處強度較低，尤其對與開挖面同傾向的界面，可初步勾畫出潛在滑動面，采用不平衡推力法進行穩(wěn)定性驗算；對于滑體下滑力較大的，可采用開挖寬平臺等措施進行卸載處治，再設(shè)置錨桿進行加固處理，使錨桿穿越潛在滑動面。

4）粵西山區(qū)典型云母片巖巖質(zhì)深路塹需要十分關(guān)注地下水位的對邊坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)本工程案例的驗算結(jié)果，地下水會大幅降低巖土層的強度，可采用仰斜式排水孔等措施降低地下水位，保證邊坡穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]王建斌，董小波，朱羊羊.廣東某高速公路滑坡成因分析與防治對策[J].路基工程，2021，（5）：208-213.

[2]林建業(yè)，李? ? 博，張志和，等.粵西地區(qū)公路順層滑坡形成機理與處治[J].公路工程，2016，41（6）：141-144.

[3]康欽容，夏緣帝，王亞軍，等.廣州增城至從化高速公路順層滑坡穩(wěn)定性分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（34）：14508-14515.

[4]成永剛.公路工程斜坡病害防治理論與實踐[M].北京：人民交通出版社，2020.

[5]李安洪，周德培，馮? ? 君，等.順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與支擋防護設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2011.

[6]陳祖煜.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析原理·方法·程序[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[7]CJJ 194—2013，城市道路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[8]GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[9]柏正云，代茂華.山區(qū)公路巖質(zhì)深路塹邊坡設(shè)計探討[J].天津建設(shè)科技， 2020，30（2）：75-77+80.

收稿日期：2022-11-08

作者簡介：劉華朋（1983 - ）， 男， 河南許昌人， 高級工程師， 從事道路、橋梁工程技術(shù)管理工作。