斜坡路基边坡稳定性及治理措施研究

冯志刚

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南郑州454500）

1 引发斜坡路基边坡破坏的原因

不同于其他类型的边坡稳定问题，斜坡路基边坡具有比较突出的地质复杂性，且一般有挖填方高度较大、工期长的特点，所以导致边坡破坏的原因往往也比较复杂，不同因素之间也存在相互促进作用，具体来看可大致归为以下几点：

1.1 水的作用

我国幅员辽阔、地质条件多样，这也就导致工程建设往往需要面对复杂的环境，尤其是在山区开展的建设还应当对泉眼、溪流等进行考虑。在挖填工序结束后，常常会导致原有的泉眼、流径被堵塞，使得排水通道被堵塞。若未能采取合理的排水措施，那么地表水系就很容易向下渗入填土中，导致边坡稳定性下降。具体来看，主要可分为下面两种情况：填土中水位高于坡面高度，使得地下水存在向坡面渗透的趋势，以此在边坡内产生水动力，导致边坡向下发生相对滑动；同时水的渗透作用也会导致土体软化，进而使得结构的抗剪承载力损失。此外，受到强降水的影响，若边坡施工时排水设施不健全、水流高差大，则往往还会对坡面产生大面积冲刷，为后续施工作业带来严重问题，甚至还会引发滑坡、泥石流等地质灾害。

1.2 软弱夹层和结构面

边坡土体中若存在软弱夹层或薄弱结构面，那么填土工序就会使得滑动面上的剪应力水平不断提升，若其超过极限抗剪强度，则填土就会发生滑移。因此，在施工前就需要技术人员能够对建设地的地质条件进行全面有效的勘察，尽可能发现其中存在的软弱夹层，并采取适当的措施进行处理。在工程建设的范围内，原有的坑槽、洞穴都需要回填处理，并且依据规范要求压实至满足要求。对于原地基为耕地或松土的，还需要进行地基处理，处理深度应当满足设计要求，并反复压实[1]。

1.3 填土施工质量缺乏保障

根据我国现行规范要求，永久性边坡坡度应当控制在1.5～2.0 的范围内。但值得注意的是，在一些特殊工程中需要采取尽可能大的边坡坡度，以此来达到节约土地资源的目的。但这样也会在一定程度上降低边坡稳定性，并提升施工作业的难度。所以，在进行分层碾压施工时，应当严格控制碾压设备的位置，限制其与边坡的间距。此外，由于边坡失水问题一般比较突出，难以控制土体的最佳含水量和最大密度指标，容易导致压实系数的不稳定问题。特别是对无侧向支撑的边坡而言，在大型机械的持续作用下，土体的横向运动趋势也会更加明显，并在坡面方向上产生滑移。这对于控制地基压实度而言就产生了一定的不利影响，同时也导致边坡内出现纵向微隙，使得压实不连续问题更加突出。

1.4 外界环境的影响

边坡土体的抗剪强度在外界因素作用下会发生比较明显的下降，所以外界因素也是影响边坡稳定的重要因素。当土体内滑动面的滑动力达到极限抗剪强度时，土体即会产生滑动。

具体来看，可分为以下两个方面：一方面，外界施加的作用会对土体产生一定的扰动，使其偏离原有的平衡状态。譬如在路堑、路堤的开挖作业中，由于受到外加荷载、地震作用、地下水渗流等的影响，土体很容易出现失稳状况。另一方面，受到外界环境因素的长期作用，土体的抗剪强度往往会出现一定程度的损失，使得边坡处于不可控的力学状态下。譬如，天气的突然变化导致土体发生湿胀、冻胀等现象，进而导致土体变得松散，抗剪强度也会随之下降[2]。

2 斜坡路基边坡的设计原则

对已有的研究与实践进行分析可以得出，斜坡路基边坡设计应当遵从以下原则进行：

其一，斜坡路基的处理需要对复杂地质条件进行全面考虑，同时近些年我国设计标准不断提高，考虑到高填方工程在安全可靠、经济环保上存在的劣势，应尽可能避免采取高填方设计。特别是当填方高度过大、存在顺层滑坡时，应当对路线做出调整，避开这一区域，同时制定相应的防护措施。如果有条件，在超高路堤位置可以制定高架桥设计、隧道设计等多个方案，并进行比对分析，选择其中最佳的方案。

其二，当边坡坡度处于1∶5～1∶2.5 的范围内时，在施工位置应当开挖台阶，且台阶的宽度应当大于2m。对于覆盖层较薄的岩基，还应当先清理好覆盖层再进行台阶施工。对于具有一定厚度且较为稳定的覆盖层，可以予以保留。

其三，当边坡坡度大于1∶2.5 时，应当预先对边坡稳定性进行验算，且要求其抗滑稳定系数不应低于规范相应限制，否则需要采取措施改进基底条件或外设支挡结构。

其四，当路堤基底选定在软弱土体上时，设计人员应当验算在外界作用下结构的稳定性，若验算结果不满足要求，那么就需要采取针对性措施改善基底条件。在洼地、稻田等不良基底条件下，需要首先排干地表水系，或在底部填埋一定量的渗水材料。在软土条件下开展筑路施工，需要采取可靠的加固措施，譬如换填、抛石挤淤、砂垫层等都是工程中常见的方法。

3 工程案例分析

下面以我国某公路工程为例展开分析，该项目位于区域路网规划的重要位置，采用双向四车道设计，全长约107km，其设计速度为80km/h。以该项目沿线124 个路基边坡的勘察报告数据为基础展开分析。

3.1 稳定性计算分析

选择项目中比较具有代表性的边坡段进行评价。该边坡土体的基本物理力学参数如表1所示。借助FLAC 有限元分析软件对未经处理的结构进行2D 平面应变计算，评价其稳定性。若计算结果显示其不满足规范要求，结构处于不稳定状态下，那么就需要制定完善的加固措施进行补强处理，并借助FLAC 有限元分析软件对应变进行计算，如不满足要求则需要对其加固措施进行调整，直至计算结果满足要求位置。

表1 土层的基本物理力学参数

通过计算得到，按照原设计该边坡的安全系数仅为1.01，低于标准限值，所以需要采取措施进行治理。

3.2 治理措施及稳定性分析

由于该边坡安全系数不满足要求，因此在本项目中要采取削坡减载的方式来进行治理。

对于坡度较大的填方边坡，实际工程中还可以通过降低坡度的方式来提升结构的稳定性。削坡时一般可采用直接削坡法或挖台阶法两种，其中直接削坡法的操作简单但对施工环境要求比较严格，若不满足就需要扩展坡脚，这会导致工程量显著提升。作为一类通过减载来提升结构安全性的方法，挖台阶法需要在施工前反复校核施工后台阶的稳定性。一般而言，滑坡体的上部重量对于结构稳定有着不利影响，而下部重量则有着积极作用。所以，在工程中可以借助挖填平衡原则来改善边坡的稳定性，且该方法降低边坡坡度不会带来工程量增大的问题，但应当保证坡脚位置的质量可靠。如有必要，还应当在坡脚位置额外设置排水垫层来缓解水的渗透作用对坡面稳定性的不利影响。削方减载直接受到滑动面形态的影响，同时也与排水措施有着密切关系，一般适宜在前缘缓坡段较长的滑坡中进行应用，且削方量应尽可能控制在滑体20%以内。

3.3 应用挖台阶法进行治理

清理路基坡脚，使得坡脚附近没有杂物、植被。

在原有边坡坡面上开挖台阶，且台阶宽度应大于2m，高度以2m 为宜，且台阶最好形成2%～4%的反向横坡，台阶的压实度指标应当满足规范中对相应填土的规定。

码砌边坡。该工序可以依据边坡的高度分三级完成，其中第一级高度定为5m，选择1∶1.25 的坡率，使用大块石进行双层码砌，每层厚度取为1m；第二级高度定为7m，选择1∶1.5 的坡率，使用大块石进行多层码砌，每层厚度取为1.5m；第三级选择1∶1.75 的坡率，使用大块石进行多层码砌，每层厚度取为2m；在变坡的地方应当额外设立一道1m 宽的台阶，台阶面以4%的坡度向外倾斜。码砌石块时应当保证相邻石块间能够紧密贴合，且没有松动、空洞的问题，砌块的接触面还可以略微向内偏移[3]。

填料。石材摊铺环节应当分层完成，且秉承先底后高、先两侧后中央的基本原则。石料铺设的厚度一般需要小于50cm，且石料的最大粒径应当小于铺层厚度的2/3。

碾压。在对铺设的填料进行找平后，需要首先采用18t 的光轮压路机碾压一遍，随后再用重型压路机以振动碾压的方式碾压两遍。碾压的过程应当秉承先两侧、后中间的原则，且相邻两遍碾压需要错开至少1/3 的轮宽。当对同一位置的前后相邻两次碾压高差小于3mm 时，即可认为达到停止碾压要求。

3.4 治理后边坡的稳定性分析

在对原有边坡进行处理后，再次借助FLAC 有限元分析软件进行计算，得出其稳定系数为1.38，满足建设规范要求，因此可以认为挖台阶法治理的效果可靠，能够达到预期效果。

4 结语

目前斜坡路基边坡的稳定性评价及边坡治理已经成为我国工程建设的关键内容，特别是在山区公路工程项目中发挥着重要影响。需要技术人员在工程中秉承基本设计原则，充分考虑到水、软弱夹层、气候条件等的影响，并且选用合适的治理措施来使其稳定性满足要求。