1 边坡稳定性分析要求

针对地质情况较为复杂的路基边坡，开展其稳定性分析主要从以下两个方面进行：首先，进行勘查获取地质分布资料，并且简略从边坡的不同方位及不同构造位置开展边坡稳定性的定性分析；其次，针对前面所作初步判断进行现场的详细勘察，获取结构面强度、岩土地质分布、水流水压等参数数据，对边坡的稳定性作出定量分析。当路基边坡为中小型时，则可以将上述两个步骤合并开展。

对于常见的路基挖填方边坡，根据有效应力分析，影响边坡滑动面抗剪强度的主要因素是孔隙水压力，当孔隙水压力不断增大且土体总应力不变时，其有效应力造成的抗剪强度就会衰减，路基边坡的稳定性系数也会下降；如果孔隙水压力减小，则土体呈现不断固结状，边坡抗剪强度就会提升，稳定系数也随之增大。路堤修筑工作在饱和软土上进行时，边坡稳定性分析则主要采用不排水强度和总应力法，边坡的长期稳定性分析则需要进行有效应力法进行分析，一般在路堤刚修筑完成时，其边坡稳定安全系数最小且随着时间的延长而不断提升；边坡如果采用软土挖方形成，则其长期稳定性需要计算卸荷情况下的排水、不排水抗剪强度，相对于填方边坡，其长期稳定性是不利情况。

边坡安全系数是边坡危险滑裂面滑动力和土体抗滑力的比值，在路基设计过程中，边坡的安全系数选取是重要工作，具有极为明显的社会经济和安全意义。根据《岩土边坡工程手册》，边坡安全系数在不同情况下的选值如表1所示。

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001），新型设计的边坡稳定系数采取以下规定：一级边坡的稳定系数控制在1.3～1.6，二级设计边坡则控制在1.1～1.3，三级边坡则选取安全系数为1.05～1.1；对已经存在的边坡进行稳定性分析，则其稳定性系数选取在1.1～1.3。依据《建筑物地基基础设计规范》（GB50007—2002）及《上海市地基基础设计规范》（DGJ08—11—2010），边坡安全系数的确定需要根据边坡对周围环境及既有工程结构的影响确定。其中，一级建筑物结构为1.3，二级建筑物结构为1.2，三级建筑物结构则为1.1；当边坡土体抗剪强度采用总应力法确定，并且采用固结快剪峰值指标进行简单条分法分析安全系数，则一般建筑物可容许安全系数最小值为1.3，在设计过程中则选取1.35。

表1 安全系数分布表 下载原图

2 边坡稳定影响因素及破坏形式

2.1 影响分析

影响边坡稳定性的内在因素可以分为以下几类，即边坡岩土成因和内部矿物成分、岩土强度及结构，当边坡由强度较高、抗风化性能较好、坚硬密实且矿物稳定的岩土材料构成时，其稳定系数较高。其中，岩质边坡稳定系数主要由岩体构造类型、坡面和结构面分布形式决定；岩体风化作用也会造成岩体结构的抗剪强度衰减，造成结构内部的裂隙，对边坡的透水性和形状造成极大影响，地表水在风化岩体结构中容易渗入，对地下水文情况造成较大的改变。如果风化产生在岩体裂隙位置，则会造成岩体结构的滑移、脱落、崩塌等灾害；对边坡开挖导致岩土体内的应力状态产生剧烈变化，在坡脚位置处就会出现应力集中，坡面和坡顶位置则会出现张应力，长期的大范围活动会促使岩土体结构内部的应力释放，造成边坡大变形情况的发生；除此之外，地震等自然灾害也会使岩土体边坡的抗剪强度下降，内部剪应力剧增。

外因则分为水和人为因素，地表水的渗入增大了岩土体边坡的质量，促使内部结构发生软化且提升了孔隙水压力，动水压力也会使得岩土体边坡产生浮托力，最终造成边坡的剪切破坏；人为施工活动中的设计缺陷及爆破、开挖、削坡、施工用水的渗入等都会造成边坡的失稳破坏。

2.2 破坏形式

边坡破坏位置主要发生在风化严重区域和软弱结构面，当边坡出现局部错动、松弛、开裂、挤凸等情况时，随之而来的往往是大范围破坏，为有效确保公路工程的通车安全和路基完整性，针对初期较小变形开展病害处理措施就显得极其重要。边坡破坏根据程度不同可以分为以下几类：

(1）滑坡。岩土结构在自重作用下沿着滑动面整体移动，可分为渐进式旋转和层状平移两种形式。当边坡前沿经过人工切割或者流水冲刷，边坡上部堆载过大且地下水含量较高时，岩土边坡的内部有效应力就会减小，其软弱结构层强度丧失，造成滑坡现象；

(2）崩塌。该灾害主要产生在坡度大于40°的陡坡中，当陡坡中存在风化程度较浅的软弱结构面和残积层裂隙，则会出现崩塌现象，这主要归因于岩土自身结构的不稳定，常伴随雨水、振动、温差、冻胀等自然影响而形成。崩塌具备水平位移小于、垂直位移的特点，且破坏过程十分迅速，难以保持既有的结构完整性，滑动面几乎不明显；

(3）滑动。岩土体受风化严重且受到水流侵蚀，内部组分被水流冲走造成空隙率剧增，继而在自重作用下产生向下的过大变形。当岩土结构遇水饱和，其内部的抗剪强度衰减至0，此时在边坡坡脚等含水量较高的位置开始出现破坏，一般出现在暴雨季节或者新建软土路基中；

(4）剥落。该灾害由于岩土边坡存在片状结构，在长期风化作用下，该结构形成的碎屑产生脱落，如在河滩上修筑的路基，边坡长期经受水流、风浪冲击，边坡局部的剥落长期会造成结构失稳，破坏面一般呈现圆弧状。

3 边坡综合治理

3.1 土钉支护和锚固技术

土钉支护主要采取新奥法为基础理论，应用于边坡稳定和土体开挖，该施工技术速度快、经济可靠、稳定性高，在岩土工程领域得到了大范围应用。土钉作用是能够和周围土体实现全长接触，土钉群和周围土体形成复合体，即便岩土体产生变形，土钉群和周围土体的摩擦力、黏结力使土钉集体受拉，保证复合体的稳定性。在公路路基边坡中，土钉支护能够起到防护边坡失稳，加固既有形式的作用，对于土钉支护的稳定性分析主要采取比较简单的整体安全系数法；岩土锚固技术主要是将拉杆植入地层结构中，对岩土层能量进行协调，优化边坡自身稳定能力和抗剪强度，锚固技术能减轻材料应用成本，其作用发挥和土钉具有一致性，根据是否施加预应力可以将锚固技术分为非预应力锚杆和预应力锚杆，其中预应力锚杆结构示意图如图1所示，该结构通常被应用在斜坡挡土、边坡加固、滑坡防治处理中。

图1 预应力锚杆示意图 下载原图

3.2 排除地下水

地下水的排出主要有集水井排水、渗沟排水、平孔排水、渗水隧洞排水几种形式，其中渗沟排水可以分为边坡渗沟、支撑渗沟、截水渗沟，支撑渗沟在应用中深度一般控制在小于10m，宽度控制在2～5m，其主要起到岩土边坡内部水分的疏干、排除及加固支撑稳定性欠缺边坡的作用。支撑渗沟可以分为分支和主干两种类型，主干需要保持与滑动方向的平行，并且设置在水体造成坍塌的位置及水位露头位置；支沟的布置需要考虑汇水情况，一般控制在和边坡滑动方向呈30～50°，可以适当超过滑动区域布置，以实现地下水的充分拦截。当滑坡范围较大且推力强时，则可以考虑将支撑渗沟和抗滑挡土墙联合使用，加强滑坡体的支撑效果；边坡渗沟则主要是将边坡上的地表水流进行引排或对潮湿边坡进行疏干，减缓水体对边坡的冲刷程度，设置边坡渗沟时需要将其进行坡体的垂直嵌入，并且将其埋入岩土层底部较为干燥位置，形成坡度为2%～5%左右的阶梯式泄水坡，结构底部需要加装铺砌避免渗漏。边坡渗沟的布置间距需要结合地下水流量、分布、土层结构等因素综合确定，设计中可每5～9m布置一个，宽度可控制在1.1～1.5m，边坡渗沟的深度则需要结合潮湿土层厚度[1]。

截水渗沟则在地下水流垂直方向进行结构设置，以此实现地下水的排除和拦截；截水渗沟需要布置得长且深，检查井一般设置在渗沟的边坡和转弯处，以便后续技术人员通过孔道疏通和维修，检查井的井壁需要进行泄水孔的设置。

渗水隧洞排水是用来引排、截排坡体滑动层附近富集的深层地下水，隧洞断面面积的设置需要结合养护施工的便利性，尽量不受地下水流流量的影响；平孔排水设置数量和位置需要结合地质和地下水分布状况，其具备施工简便、节省劳动力、材料简约的优点，孔径大小可以控制在毫米级以上，不受流量的影响，坡度设置在15%以上；集水井排水则主要是对基岩及其附近的地下水进行集中汇集处理，构造深度控制在20～30m，集水井在滑动区域施工时，需要和滑动面保持一定的安全距离；在安全区域施工，集水井施工需要深入基岩结构[1]。

3.3 坡面防护

坡面防护最常见的措施是种草、铺草皮、抹面捶面。种草防护主要用于坡面经受微小冲刷且路堤路堑坡面适宜草类植物生长的区域，可以达到表土团结、减少水土流失，加固边坡稳定性的效果。在选择草籽时，需要考虑当地的气候环境，选择根部发达、易生长、枝叶茂密的草种，现场需要将几种草种进行混合，以便形成较好的防护覆盖层，草籽播种需要混合砂土，实现均匀化播种；草皮铺设方法主要有方格式、平铺、平铺叠置、卵片石方格几种；抹面和捶面则应用在一些容易风化的路堑边坡防护过程中，抹面可以采用混合材料，对于易受到冲刷的边坡可以采用混合材料捶面，抹面材料主要有石灰炉渣、水泥石灰砂浆；捶面材料则主要有四合土、水泥炉渣土等[2]。

4 边坡治理分析

4.1 工程概况

某公路边坡位于湖北省，经过现场勘查发现，该边坡所处基岩地层为粉砂岩和页岩结构，边坡周围覆盖有崩积物、滑坡堆积物，坡面结构大多被农作物和植物所覆盖，表面存在较多的风化页岩碎片，边坡所处环境年降水量达到了300mm，经常出现大型暴雨。地下水主要以裂隙水和孔隙水为主，地下水来自丰富的气候降水，当前边坡整体并不稳定，沿着公路行进方向存在较多的裂缝，两侧民房墙体大范围开裂，边坡地面存在局部较大裂缝，极容易产生整体失稳状况。边坡的破坏主要是土体抗剪强度小于其中产生的剪切应力，为有效评估边坡的稳定效果，需要从边坡最不利环境下进行潜在破坏面的物理力学性能指标分析，本项目采取极限平衡法进行稳定性分析，对潜在的边坡力学指标采取推理传递系数法计算，如图2所示。

图2 计算简图 下载原图

4.2 治理方案及效果评价

根据该边坡所处地质、地形及施工条件，本项目在清除坡面后确定治理区域范围控制在高程200～250m，主要采取3～6排微型钢管桩来实现坡体的抗滑处理，项目现场对治理区域进行1、2、3区分级。1区采用20m长的钢管桩，2区为25m,3区为30m，钢管桩采取无缝钢管套进行外径50mm的焊接处理。在该坡体两侧分别设置1～7号排水沟、14～17号排水沟，两侧排水沟上部位置公路排水设施的衔接处理，在坡体治理位置则设置8～13号截水沟。钢管桩采用1m×1m进行布置，整体实现较大的坡体变形抵抗能力，并且对地表的排水设施进行完善，降低地表水的二次影响。根据现场勘测，该坡体具备长久蠕变及14～20m厚度的强风化层，项目采取钢管桩进行强风化层地质穿透处理，嵌固深度控制在6m以上。在强弱风化界面以下，地质结构较为坚硬完整，裂隙较少。经过该措施处理后，采取推理传递系数法对其安全稳定性进行计算，当最后条块的下滑力衰减到0时，其安全系数为1.2，满足抗剪强度相关技术要求[3]。