基于交通保障需要的松散堆積體路基病害處治方法研究與實踐

黃吉國　黃蛟

摘 要：為探索山區(qū)普通公路松散堆積體路基病害快速處治方法，通過對堆積體路基主要病害調查分析，并基于災害治理交通保障要求，提出了用微型鋼花管樁注漿組合加固技術處治病害方案。通過在試驗段應用，其技術、經濟、環(huán)保、施工及保暢等方面均取得非常滿意的效果，為山區(qū)普通國省道干線公路類似地質災害治理提供了很好的借鑒與幫助。

關鍵詞：山區(qū)公路；松散堆積體路基；病害快速處治；鋼花管注漿組合

中圖分類號：U418.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0122-03

Abstract： In order to explore the quick treatment method for the diseases of the loose accumulation roadbed of the ordinary highway in the mountainous area， through the investigation and analysis of the main diseases of the accumulation roadbed， and based on the disaster treatment， the traffic guarantee requirements are put forward. This paper puts forward a scheme to treat the disease with the grouting combined reinforcement technology of miniature steel flowered pipe pile. Through the application in the test section， its technical， economic， environmental protection， construction and smooth and other aspects have achieved very satisfactory results， for the mountain area of the common national and provincial highway similar geological disaster management provides a good reference and help.

Keywords： mountain highway； loose accumulation roadbed； disease treatment； steel tube grouting combination

1 概述

由滑坡、崩塌產生的破碎巖石及碎屑經水流等自然力量或人類生產活動搬運堆積于山坡、谷地、山麓和河灘的松散堆積體在西南地區(qū)尤為普遍并大量存在[1][2]。普通國省干線公路不可避免會穿越這些堆積體，對其開挖、加載等建設擾動極易誘發(fā)堆積體變形失穩(wěn)，引起新的滑坡、崩塌和不均勻沉降等地質災害，嚴重威脅道路通暢和運輸安全，是公路部門必須研究解決的重大工程課題。

目前，堆積體災害的處治設計并無規(guī)范可依，象抗滑樁及錨索（桿）等加固措施雖然能很好處理滑坡（崩塌）堆積體路基病害，但高成本、長工期和難施工是普通山區(qū)國省干線公路難以承受的，特別是大開挖帶來的難以保障交通問題更是不可接受。為此，作者單位與招商局重慶交通科研設計院有限公司合作，依托G210線桐梓崇溪河至蒙渡橋公路改擴建項目K2023+500～K2023+560段堆積體滑坡治理典型工程，開展了用微型鋼花管樁注漿組合加固技術處治滑坡的關鍵技術研究，并將研究成果運用于其他類似工程，取得非常好的治理效果。

通過在試驗段的工程應用，表明用微型鋼花管樁注漿組合加固技術處治松散堆積體路基病害在技術上是可行的，同時具有經濟、環(huán)保、施工快捷和非開挖特點，是山區(qū)普通國省干線公路基于交通保障需要的處治類似地質災害非常實用有效的一種方法。

2 松散堆積體路基主要病害與成因分析

松散堆積體是一種介于巖石和土之間的特殊土石混合體，其組成物質變異性大、空間結構復雜、結構松散、力學性能差異顯著，屬典型的不良地質結構，受車輛荷載和路基填筑及雨水浸潤時極易產生滑坡、沉陷、崩塌等地質災害，給公路交通營運安全帶來嚴重威脅。通過對貴州山區(qū)普通國省道堆積體路基病害調查分析，其主要病害集中表現為滑坡、崩塌和不均勻沉降等。

2.1 滑坡病害及產生機理

滑坡是貴州山區(qū)堆積體路基的主要破壞型式，通常表現為路堤隨滑坡體向坡腳滑移和路塹上邊坡向公路滑動?；麦w沿滑移方向多呈牽引狀和縱長型，部分滑坡可由坡腳一直牽引至邊坡頂部，嚴重時會阻斷交通，因此影響極大?；潞穸扰c大氣風化作用層深度密切相關，大多具有淺層性，一般為1.0～3.0m，多數小于6.0m[2]。

滑坡產生原因一般有內因和外因兩方面。一方面松散堆積體由土石構成和結構松散、不密實、大孔隙、底層細顆粒飽水等特征決定了其抗剪強度不高，抗滑能力不足，在外部因素影響下，極易打破平衡引起滑坡。另一方面由于大氣降水滲透至堆積體底部界面，造成地下水和細顆粒物在這些界面不斷累積或劣化原有巖土體并最終形成滑動面，在自身重力作用下發(fā)生位移變形從而形成滑坡[1]，因而貴州山區(qū)堆積體滑坡通常發(fā)生在大雨之后，或發(fā)生在長時間持續(xù)下雨過程中。

2.2 崩塌病害及產生原因

崩塌也是貴州山區(qū)公路極易發(fā)生的一種地質災害，通常發(fā)生在較陡或較高邊坡，沿河因水流沖刷無防護的堆積體路堤也極易發(fā)生此類災害。一般發(fā)生在大氣降水之后，特別是久旱之后突遭大暴雨更容易發(fā)生。其規(guī)模和影響程度均小于滑坡災害，但具有突發(fā)性和難以預見特征。

崩塌一方面是因自身結構上的缺陷引起。通常堆積體邊坡由于結構松散、組成材料不均勻不連續(xù)、節(jié)理裂隙發(fā)育充分，巖體風化嚴重，顆粒之間粘聚力C和內摩擦角φ很小，一旦遇到外部環(huán)境變化就很容易發(fā)生崩塌。另一方面也由于氣候變化、大氣降雨、水流沖刷、人類施工活動和車輛碾壓等外部因素擾動，極易誘發(fā)崩塌災害的發(fā)生。

2.3 路基不均勻沉降及產生原因

路基不均勻沉降是貴州山區(qū)堆積體路段的又一主要病害，無論路堤還是路塹都可能發(fā)生。它不僅影響行車速度與舒適性，嚴重時還會影響行車安全，是公路建設和營運養(yǎng)護必須要重點解決的技術難題。

產生堆積體路基不均勻沉降的原因一方面是由于堆積體本身結構疏松，組成材料粒徑差異很大，在自然狀態(tài)下并未完全固結，即使路基施工時進行了壓實，但壓實深度很有限（一般不超過1米），隨著時間推移和車輛荷載的反復作用，巖土體繼續(xù)固結和被壓實，從而引起路基的不均勻沉降。另一方面則是地表（下）水的滲入使堆積體顆粒間粘結力C和摩擦角φ減小，從而導致抗剪強度降低，在反復荷載作用下引起路基沉陷變形。

3 山區(qū)松散堆積體路基病害處治的特點與要求

山區(qū)普通國省干線公路一般都承擔著一定區(qū)域的主要運輸任務，是連接大型貨物堆場、車站碼頭、工礦區(qū)和旅游景區(qū)與高速公路的重要連接線，在貴州山區(qū)通常具有唯一性和不可替代的作用，因此它的改造與災害治理既不同于一般新建公路，也不同于高速公路的建設，它有其自身特點與特殊要求。

3.1 保障交通要求

普通國省道由于承擔著繁重的運輸任務，一般具有大交通量和重載交通特征，在山區(qū)具有不可替代作用，無論是干線公路改造還是養(yǎng)護工程實施都不能中斷交通，因而保障道路通暢就成為普通國省道改造和養(yǎng)護的首先要求，這與新建公路或高速公路建設可以封閉交通進行施工形成鮮明對比，所有施工方案與技術措施都必須圍繞保障交通這一特殊要求來展開。針對松散堆積體路基病害治理就是要研究交通影響小的非開挖處治技術。

3.2 經濟性要求

貴州普通干線公路改造或地質災害處治資金部分來源于中央車購稅補貼，其缺口資金一般由各級地方政府匹配。由于地方財力不足，匹配資金往往很難足額到位，因而選擇松散堆積體路基病害非開挖處治方案時，一般都選經濟實用型措施。相對于資金量較充裕的高速公路來說，普通國省道建設與養(yǎng)護更偏重于經濟性方面的考慮。

3.3 快速施工要求

由于山區(qū)普通國省干線公路具有唯一性和不可替代作用，長時間中斷交通必然會影響區(qū)域物資流通和群眾出行，給地方經濟社會發(fā)展造成負面影響。因此，在最短時間內完成公路各種災害治理就成為施工的基本要求。松散堆積體路基病害治理自然也應該選擇能快速施工的非開挖處治方法。

3.4 環(huán)境保護要求

山區(qū)公路通常穿越高山峽谷、地勢陡峭、生態(tài)環(huán)境脆弱、水文地質狀況不好的山川谷地，治理堆積體路基病害就不宜大開大挖破壞原有山體平衡，避免擾動引起新的地質災害。同時大開大挖也會造成挖方體廢料沿陡峻山坡滾落，破壞坡面原有的植被和堵塞河道，污染下游水體，造成新的生態(tài)災難。因而，確定治理方案時，一定要選擇對環(huán)境影響較小的非開挖處治措施。

3.5 施工方便要求

山區(qū)普通國省道公路堆積體路基病害處治現場一般比較狹窄，施工空間小，通常是邊維持通車邊施工，同時大型機具很難進入，因此，考慮治理方案時一定要選擇施工方便快捷、不需要大型設備的處治方案。

4 堆積體路基主要病害處治方法比較

貴州山區(qū)堆積體路基滑動變形病害通常采用擋土墻、抗滑樁和錨索（桿）等結構進行處理。微型樁組合結構由于施工快捷且布置靈活，所需施工場地小并完全避免過多開挖對環(huán)境造成的破壞，較適宜于堆積體路段病害處治和加固。將微型鋼管與注漿技術結合而成的鋼花管注漿組合加固結構，是一種能充分發(fā)揮巖土體自身強度，并非常適合松散堆積體路基邊坡加固和病害處治的一種新型方法[1]。

5 示范工程與治理效果評估

課題依托G210桐梓崇溪河至蒙渡橋公路改擴建工程K2023+500～K2023+560段松散堆積體路基實驗路開展應用研究。試驗段地貌屬構造剝蝕淺丘地貌，道路右側為自然斜坡，道路左側路基坡腳為挖方棄土。場地內最高高程473.00m，最低高程413.6m，相對高差56.40m，為典型的陡坡地形。施工單位根據原設計方案對道路進行了拓寬回填，并在道路左側修建高度為2-3米護腳矮擋墻，于上填土。由于過往重型車輛碾壓，該段新拓寬路基發(fā)生沉降變形，左側路肩矮擋墻位移遭破壞。

施工單位于是在路肩矮擋墻左側斜坡中下部采用挖掘機開挖探坑。根據開挖情況，覆蓋層厚約6～8m，土層為結構松散～稍密的崩坡積碎石土及第四系軟塑-可塑狀殘坡積粉質粘土，下覆基巖為三疊系須家河組砂巖，坡腳有地下水滲出。現場情況見圖1～4。

根據現場調查和地質報告分析以及處治方案對比，決定采用柔性鋼花管注漿組合加固非開挖處治方案對示范工程進行處治。

工程先在試驗段設置公路橫向盲溝和地表排水管涵，用以排泄地表和地下積水，之后在道路左側路肩設置鋼花管樁并注漿，鋼花管樁頂部設置承臺，承臺上部設置道路擋墻，路基拓寬部分和墻背分層填土壓實。

試驗段經治理后穩(wěn)定性得到顯著提高，沒有出現新的變形和滑移，處治效果良好，具有顯著的經濟、社會和環(huán)境效益，對快速處治路基地質災害、保障道路運營安全具有重要的示范帶動意義。

6 結束語

（1）松散堆積體屬典型的不良地質結構，在車輛荷載和路基填筑及雨水浸潤時常常產生滑坡、沉陷和崩塌等地質災害，給公路交通營運安全帶來嚴重威脅，必須高度重視和科學治理。（2）普通國省道松散堆積體路基病害處治方法必須滿足保障交通、經濟適用、快速施工、環(huán)境保護和施工方便等方面要求。（3）鋼花管注漿組合結構是微型鋼管樁與地基注漿技術的結合，特別適合處治山區(qū)普通國省道松散堆積體路基病害。它屬于非開挖處治技術，具有不中斷交通和施工方便、快捷、經濟與環(huán)保等方面特點。（4）由鋼花管注漿組合結構處治的國省道示范工程，具有處治效果好，施工便捷，經濟、社會和環(huán)境效益佳等特點，在山區(qū)松散堆積體路基病害快速處治中具有很高的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]貴州省遵義公路管理局，招商局重慶交通科研設計院有限公司.普通國省干線公路堆積體路基邊坡病害非開挖處治技術研究報告[R].2017，5.

[2]邸小勇.G42滬蓉高速重慶段松散堆積層區(qū)路基邊坡穩(wěn)定性分析及加固方法研究[D].重慶交通大學，2012.