陡坡高填路堤稳定性分析及处治措施

祝 辉

（中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400016）

在多山、地形起伏、沟壑纵横的山区修建道路及基础设施时，经常遇到陡坡高填路堤。这些陡坡高填路堤极易沿着填土界面或土岩界面产生滑动[1]。因此，对陡坡高填路堤进行稳定性分析并进行合理的抗滑处理显得尤为重要。本文以重庆市某城市主干路形成的陡坡高填路堤为例，探讨陡坡高填路堤的稳定性分析计算及抗滑处治措施。

1 工程概况

重庆市巴南区某城市主干路，设计车速50 km/h，道路全长1 724 m，路基设计路幅宽度为36 m。道路场地属剥蚀丘陵地貌，场地内多为原始浅丘沟谷地貌，场地整体以浅丘为主。场地地形一般坡角5～20°，局部达50°。场地总体东侧较低，西侧较高，相对高差达64 m。整个场地由多个小山丘与沟谷相间构成，地形起伏较大，地表多为水田和耕地，局部有鱼塘。

场地地质构造单元位于洛渍向斜西翼，呈单斜构造，场地内及邻近地段未发现断层及构造破碎带，部分地段基岩出露，岩层产状为133～145°∠18°，优势产状为140°∠18°，层面岩屑充填，结合程度差，属硬性结构面。倾向由南向西逐渐变大，倾角由西北侧向南东侧逐渐变陡，场地水文地质条件简单。在连续降雨补给时，将在冲沟所在地段的土层和基岩强风化带中赋存上层滞水，水量小，主要受大气降水补给。

道路及周边场地按设计高程整平后，道路左侧在K1+160～K1+240 段形成陡坡高填路堤（如图1 所示）。该段道路沿道路横向自左向右地形坡角约4～25°，斜坡区覆盖第四系残坡积粉质黏土，下伏侏罗系中统沙溪庙组泥岩、砂岩；斜坡上覆盖层较薄，基岩面随地形起伏，基岩面倾角为9～26°。

图1 K1+160～K1+240 段平面布置

设计方案采用分级放坡（每级最高8 m），第一级边坡坡率为1∶1.5，第二、三级边坡坡率为1∶1.75，各级边坡之间设置2 m 宽平台。此处，选取K1+195.78 处典型剖面进行分析（图2）。

图2 K1+195.78 处典型剖面图

2 陡坡高填路堤稳定性分析

2.1 工况拟定

根据道路填方高度、所在路段的地形地貌及地质状况，设计2 个陡坡高填路堤处理方案，形成以下2 种工况及潜在滑动面。

工况一：清除地表草皮、腐殖土后，在现状粉质黏土层上直接填筑路堤；由于粉质黏土层未清除，其抗剪强度指标较低，极易在粉质黏土与岩石分界面处形成软弱滑动带。

工况二：先清除基岩面以上较薄的粉质黏土层，然后沿基岩面开挖台阶，基岩面台阶开挖宽度不小于1 m。当基岩面上覆粉质黏土较厚（大于2 m）时，沿粉质黏土层开挖台阶，台阶宽度不小于2 m；由于回填土在岩石顶面易泥化、软化，因此，易沿着台阶顶点连线所构成潜在滑动面滑动。

2.2 潜在滑动面抗剪强度参数取值

对陡坡高填路堤进行稳定性分析与支护力计算时，确定潜在滑动面抗剪强度参数是十分关键的。当前，填土边坡潜在滑动面抗剪强度参数取值随意性较大，导致其稳定性分析与支护力计算与实际偏差很大。

方玉树[2]对碎石土类填土内摩擦角取值进行了研究，中密碎石土类填土内摩擦角可根据填土坡高取值。本工程填土为压实土石混合料，坡高h＞16 m，可参照碎石土类填土内摩擦角按边坡高度进行取值Φ=30°。同时，根据方玉树对土岩界面抗剪强度指标取值进行的研究，认为界面抗剪强度指标取值应考虑泥化、软化对界面抗剪强度指标的弱化作用。因此，此处压实填土与岩土分界面抗剪强度指标取C=2 kPa，Φ=25°。

2.3 陡坡高填路堤稳定性计算

根据JTG D30—2015《公路路基设计规范》[3]，路堤沿斜坡地基滑动的稳定性分析可采用不平衡推力法，稳定系数计算公式如下

其中

式中：WQi为第i 个土条的重力与外加竖向荷载之和；αi为第i 个土条底滑面的倾角；ci、φi分别为第i 个土条底的黏聚力和内摩擦角；li为第i 个土条底滑面的长度；αi-1为第i-1 个土条底滑面的倾角；Ei-1为第i-1 个土条传递给第i 个土条的下滑力；Fs为路堤稳定系数。

各岩土层计算参数按表1 取值，坡顶行车荷载按照均布荷载考虑，此处坡顶按15 kPa/m 计算。

表1 岩土层计算参数

此处，根据拟定的工况，分别对典型剖面进行条分，并采用不平衡推力法进行计算。

工况一（如图3 所示）：拟定粉质黏土与岩石分界面为潜在滑动面，滑动面抗剪强度指标取粉质黏土饱和状态下的抗剪强度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

图3 典型剖面条分计算图（工况一）

经计算，工况一情况下，剩余下滑力为0 时的稳定安全系数为：Fs=1.07（见表2），不满足规范要求的稳定安全系数。

表2 工况一不平衡推力法计算表

工况二（如图4 所示）：拟定台阶顶点连线构成的面为潜在滑动面，滑动面抗剪强度指标取C=2 kPa，Φ=25°。

图4 基地挖台阶后的典型剖面条分计算图（工况二）

经计算，工况二情况下，剩余下滑力为0 时的稳定安全系数为：Fs=1.73（见表3），满足规范要求的稳定安全系数。

表3 工况二不平衡推力法计算表

为保证计算的精准性，进一步采用理正边坡综合治理软件进行计算，各岩土层计算参数按表1 取值。

工况一（如图5 所示）：拟定粉质黏土与岩石分界面为潜在滑动面，滑动面抗剪强度指标取粉质黏土饱和状态下的抗剪强度C=16.31 kPa，Φ=9.47°。

图5 工况一的典型剖面计算图

理正边坡综合治理软件计算结果表明，工况一情况下，剩余下滑力为0 时的稳定安全系数为：Fs=0.95，不满足规范要求的稳定安全系数。

工况二（如图6 所示）：拟定台阶顶点连线构成的面为潜在滑动面，滑动面抗剪强度指标取C=2 kPa，Φ=25°。

图6 工况二的典型剖面计算图

理正边坡综合治理软件计算结果表明，工况二情况下，剩余下滑力为0 时的稳定安全系数为：Fs=1.56，满足规范要求的稳定安全系数。

通过对两类工况下的陡坡高填路堤稳定性分析结果来看，采用先清除基岩面以上较薄的粉质黏土层，然后沿基岩面开挖台阶的方案，能够大幅度提高陡坡高填路堤的抗滑稳定性。

3 处治措施

经过上述计算分析，若不经过处理，直接进行路基填筑，将造成路堤失稳，要提高陡坡高填路堤的稳定性，可以从以下几个方面考虑。

3.1 改善基底条件

改善路堤基底条件是防止陡坡高填路堤下滑的有效措施[4]。具体可用以下方式。

1）清除地表草皮、腐殖土、较软弱土层或覆盖层。

2）原地面开挖台阶，台阶宽度不小于2 m，并做成4%的内倾斜坡。

3）铺设土工格栅，以增加基底与路基调料之间的连接。

3.2 防排水

水是影响陡坡高填路堤稳定性的最主要的原因之一[5]，如果滑动面附近有水的作用，致使路堤的下滑力增大，接触面或软弱面抗剪强度显著降低。因此，可沿道路横向填挖交界处每隔一定高度设置一处盲沟。

3.3 支护

当陡坡高填路堤稳定性不够时，还可以根据地形地质条件，在路堤边坡下方设置支挡构造物，防止路堤下滑，如护肩、护脚、路肩或路堤式挡土墙等。

根据以上综述，该段陡坡高填路堤通过清除覆盖层，沿基岩面挖台阶等改善基底条件，然后每隔一定高度设置一处盲沟来排除土岩界面积水，最后在坡脚处设置护脚墙来提高路堤抗滑稳定性，坡面设置格构护坡，防止坡面土体被冲刷，其处治措施如图7 所示。

图7 处治措施典型剖面图

4 结论

陡坡高填路堤稳定性分析要重点关注路堤沿斜坡地基或软弱带滑动的稳定性。设计时，应充分掌握场地水文地质条件、填料来源及其性质，综合进行路堤断面、地基及堤身处治、排水设施和支护等设计。施工时，应根据实际情况的变化，及时对设计进行调整，确保路堤稳定。