寧德市某二級(jí)公路浸水路基病害成因分析及其治理措施

■郭 琳

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350000）

1 引言

福建省地形以山地丘陵為主，受地形限制，在山區(qū)公路建設(shè)過程中，沿池塘、江河、庫岸等臨水環(huán)境修建的道路工程愈來愈多；因此，沿線公路不少路段出現(xiàn)浸水路堤道路。近年來，浸水路基已引起廣大學(xué)者和工程技術(shù)人員的重視，然而由于浸水路基工程地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性，浸水路基失穩(wěn)坍塌時(shí)有發(fā)生[1-3]。本文通過寧德市某二級(jí)公路浸水路基病害的工程實(shí)例，對(duì)浸水路基病害成因進(jìn)行分析，并提出挖除修復(fù)的方案，治理成效顯著，可供類似浸水路基病害工程借鑒。

2 工程概況

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于寧德市，為二級(jí)公路兼城市主干道，路寬24m，道路在道路基礎(chǔ)上進(jìn)行拓寬。其中K0+060～K0+220段位于山坡地段，地勢(shì)較高，山脈走向近南北，西北面靠山，自然坡角15～45°，植被較發(fā)育；東南面地勢(shì)低，為翠屏湖水庫，湖水面隨季節(jié)變化，水庫設(shè)計(jì)洪水位480.0m。

2.2 地層巖性

工程區(qū)場(chǎng)地表層為素填土及殘積成因粉質(zhì)粘土，下伏基巖為凝灰熔巖（J3）。 分述如下：

素填土灰黃色、黑灰色，主要由粗砂、粉質(zhì)粘土組成，含少量碎礫石。其中粉質(zhì)粘土，很濕～飽和，松散及軟塑，滲透性差，遇水軟化，在土體自重力的作用下易滑動(dòng)。

殘積粘性土：黃灰色，褐黃色，由凝灰熔巖風(fēng)化殘積形成。切面稍有光滑，低～中等韌性，中等干強(qiáng)度，呈濕，可塑～硬塑狀態(tài)。

凝灰熔巖（J3）：凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為石英、堿性長石、斜長石及黑云母，隱晶質(zhì)。其中，全風(fēng)化凝灰熔巖和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖風(fēng)化強(qiáng)烈，極破碎，長期浸水后土層軟化，承載力降低，摩擦力減小。

2.3 水文地質(zhì)條件

地表水主要為湖水及大氣降水，翠屏湖水庫位于路基左下方，受翠屏湖水長期浸泡影響，在其影響范圍內(nèi)的殘積粘性土、全風(fēng)化凝灰熔巖及砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖上部浸水軟化，均呈飽和狀態(tài)。

地下水類型主要為第四系覆蓋層及全風(fēng)化層中的孔隙型潛水和基巖裂隙型潛水，地下水主要來源于大氣降水、山上泉水以及翠屏湖水的補(bǔ)給。公路填筑后，地表徑流受影響，地下水位上升。

2.4 原設(shè)計(jì)簡介

K0+060～K0+220段為斜坡填方路基，中心最大填土高度4.7m，坡腳最大高度15.9m；設(shè)計(jì)最高兩級(jí)，采用不設(shè)臺(tái)階的折線式邊坡，其中0～8.0m坡率為 1∶1.1，8.0～15.9m坡率為1∶1.3。該段路基左側(cè)臨翠屏湖，為浸水路基；原設(shè)計(jì)開挖臺(tái)階清表壓實(shí)后，采用填石路堤，路堤邊坡外側(cè)2m片石碼砌，坡腳設(shè)置片石垛護(hù)腳。典型橫斷面，如圖1所示。

2.5 浸水路基病害概況

圖1 典型橫斷面圖

圖2 路面裂縫示意圖

2016年初建成通車以來，該段落路基發(fā)生不均勻沉降，路面開裂，如圖2所示。其中，K0+060～K0+140段路面開裂，可見多道縱向裂縫，但路面無明顯下沉；流水槽下部損毀嚴(yán)重，地表水流沖刷邊坡，加劇坡面水土流失。K0+140～K0+150段原為小山包，路面無明顯變形跡象，K0+144.5蓋板涵出水處未有排水措施，坡腳受流水沖刷明顯。K0+150～K0+220段路基不均勻沉降明顯，路面開裂，發(fā)育十幾道裂縫，最內(nèi)側(cè)裂縫距路線中心線約3.7m，目前采用瀝青填縫；同時(shí)，因流水槽開裂，坡面排水不暢，受水流沖刷影響，坡腳局部溜塌，坡面兩處明顯錯(cuò)縫；混凝土護(hù)欄搭接處錯(cuò)動(dòng)明顯，根據(jù)前后兩次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)混凝土護(hù)欄裂縫有加大趨勢(shì)，推測(cè)該段路基變形仍在發(fā)展。

3 浸水路基病害成因分析

3.1 設(shè)計(jì)方面原因

K0+060～K0+220段線位通過翠屏湖，為水庫段路基；根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，該段為特殊路基段落，應(yīng)作為單工點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。原設(shè)計(jì)沒有考慮庫水位升降、水流沖刷、湖水浸泡及滲透等不利因素對(duì)填方路基的破壞作用，未對(duì)其進(jìn)行不同工況下的穩(wěn)定性驗(yàn)算與沉降計(jì)算；設(shè)計(jì)人員盲目套用普通路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成設(shè)計(jì)沒有針對(duì)性，為公路運(yùn)營過程中在庫水位驟降等非正常工況下可能出現(xiàn)的路基變形及路面開裂等病害埋下了隱患，影響公路行車舒適性及安全。

3.2 施工方面原因

該段路基原設(shè)計(jì)為填石路堤，施工過程中施工單位以石料不足為由在坡率不變的情況下擅自改用土方填筑；路堤坡率較陡，且未采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施，是造成該段路堤失穩(wěn)的禍根。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露，該段路堤填料不均勻、夾雜大粒徑塊石，使得路基耐水性較差、抗剪強(qiáng)度較低，在車載及湖水浸泡等影響下易產(chǎn)生變形破壞。施工方未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求挖臺(tái)階清表、片石護(hù)腳未實(shí)施及路基壓實(shí)度不足，也是誘發(fā)病害的因素。

3.3 成災(zāi)機(jī)理分析

浸水路基不僅承受車輛荷載和自重，而且受湖水浸泡侵蝕、局部沖刷及水位漲落循環(huán)形成的滲透動(dòng)水壓力的作用。該段路基填土不良、抗水性差，坡腳暴露在湖畔，在湖水長期側(cè)向侵蝕作用下，水岸線后退，基底泡水軟化，承載力降低，在車載及堤身自重作用下導(dǎo)致路基不均勻沉降。公路路堤鄰近水庫內(nèi)湖，湖水位隨庫水位變化而變化，根據(jù)調(diào)查湖水位漲落幅度約2m；當(dāng)水位抬升時(shí)，湖水將浸沒路堤中部，填料泡水軟化后強(qiáng)度指標(biāo)將顯著降低；當(dāng)水位降低尤其是驟降時(shí)，因坡內(nèi)孔隙水不易短時(shí)間內(nèi)排出而產(chǎn)生向坡外的滲透力增加了下滑力，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)甚至坍塌、滑動(dòng)。

4 浸水路基現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

4.1 穩(wěn)定性分析方法

選取代表性斷面驗(yàn)算該段浸水路堤的穩(wěn)定性，包括路堤堤身的穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤沿斜坡地基滑動(dòng)的穩(wěn)定性，分析時(shí)考慮以下三種工況：（1）現(xiàn)狀工況；（2）非正常工況I：路基處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況。（3）庫水位驟降的工況。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，選用Bishop法計(jì)算路堤堤身的穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性；用Morgensten&Price法對(duì)路堤沿斜坡地基的穩(wěn)定性進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。本文利用GeoStudio中的Slope/W模塊對(duì)填方邊坡進(jìn)行不同工況下的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

4.2 計(jì)算參數(shù)

結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告，計(jì)算所用的各土層巖土力學(xué)指標(biāo)如表1所示；當(dāng)遇強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨時(shí)（即非正常工況I），巖土體浸水飽和，C、Φ值將急劇降低，γ則增大，驗(yàn)算所用力學(xué)參數(shù)適當(dāng)降低。

表1 主要巖土體參數(shù)

4.3 計(jì)算結(jié)果及分析

該路堤邊坡為浸水填土邊坡，且邊坡坡度大，選取典型斷面采用地勘提供指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)穩(wěn)定性計(jì)算后，結(jié)果詳見表2?，F(xiàn)狀邊坡路堤和地基整體穩(wěn)定性系數(shù)低于規(guī)范要求，安全儲(chǔ)備不足，填方邊坡處于滑動(dòng)臨界狀態(tài)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相吻合；路堤沿斜坡地基滑動(dòng)的穩(wěn)定性系數(shù)在各工況下均能夠滿足路基規(guī)范的要求。

表2 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果表

圖3為水庫開閘湖水位驟降2m條件下路堤邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。由于浸水路堤邊坡內(nèi)孔隙水的滯后效應(yīng)來不及及時(shí)消散，產(chǎn)生向邊坡臨空面的滲透壓力，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)急劇下降，路基邊坡將失穩(wěn)滑動(dòng)。

圖3 驟降時(shí)現(xiàn)狀堤身或路堤和地基整體穩(wěn)定性

寧德地區(qū)雨季長且集中，雨季時(shí)遇暴雨或持續(xù)降雨，地下水位抬高，土體浸水飽和，抗剪強(qiáng)度降低，路堤邊坡的安全儲(chǔ)備隨之降低，如圖4所示。

圖4 非正常工況I現(xiàn)狀堤身或路堤和地基整體穩(wěn)定性

5 浸水路基病害治理

K0+060～K0+220段路基變形跡象明顯，穩(wěn)定性分析表明在水位驟降或暴雨等極端工況下，路堤將失穩(wěn)溜滑，威脅過往車輛和行人安全。綜合以上因素，對(duì)該病害工程初步提出樁基擋墻方案、原位加固方案、挖除修復(fù)方案。

5.1 樁基擋墻方案

該段路基坡腳浸水、局部坍塌，為防止填方路堤進(jìn)一步滑塌，采用樁基擋墻固腳抗滑并保持路堤穩(wěn)定。坡腳設(shè)置樁基擋墻，現(xiàn)坡面清表后向左路肩外延4m用合格土按1∶1.75坡率填筑，坡面植草防護(hù)。詳見圖5。

圖5 樁基擋墻方案典型斷面圖

5.2 原位加固方案

鑒于該浸水路堤坡腳受湖水沖刷且填方體局部下錯(cuò)的特點(diǎn)，考慮在坡體中設(shè)置土釘與其周圍填料形成土釘墻復(fù)合體增強(qiáng)坡體整體性，并在坡腳坡石護(hù)堤。水下拋石至一定高度后，施做填石反壓體；上部坡面清表后施打土釘，并噴射10cm厚C20素砼。 詳見圖6。

圖6 原位加固方案典型斷面圖

5.3 挖除修復(fù)方案

該段浸水路基采用土方以較陡的坡率填筑，且填料質(zhì)量較差；考慮挖除該段填方路堤后重新填筑的方式進(jìn)行治理。裂縫往道路內(nèi)側(cè) 2m 為開口線，以 1∶0.75、1∶0.75 開挖路基（臺(tái)階式開挖，臺(tái)階處鋪設(shè)土工格柵），其中平臺(tái)寬4m；坡腳采用填石填筑至 381.0 標(biāo)高，上部按 1∶1.5、1∶1.75 采用填土重新填筑路堤，坡面采用噴草籽綠化。詳見圖7。

圖7 挖除修復(fù)方案典型斷面圖

經(jīng)上述三個(gè)方案初步分析，其加固后浸水路堤穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求。而樁基擋墻方案需設(shè)置臨時(shí)圍堰等措施，施工難度大且工程造價(jià)高；該段路基填料不均勻摻雜大塊石，土釘與填方體粘結(jié)可能失效，無法發(fā)揮其加筋作用。鑒于該段路基病害嚴(yán)重，補(bǔ)強(qiáng)加固后仍可能發(fā)生二次病害，為徹底解決病害，采用挖除修復(fù)方案對(duì)其進(jìn)行治理較為合理。目前該工程已竣工一年半，經(jīng)歷水位升降循環(huán)及極端暴雨作用，路堤邊坡未發(fā)現(xiàn)滑移跡象，治理措施有效。

6 結(jié)論

通過K0+060～K0+220段典型浸水路基病害工點(diǎn)的成災(zāi)原因分析及病害治理，得出下述結(jié)論：

（1）浸水路基作為特殊路基，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮水流側(cè)蝕、浸沒及水位反復(fù)升降等對(duì)邊坡的不利作用；施工應(yīng)選用合格填料嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)填筑，保證浸水路基質(zhì)量。

（2）湖水位驟降時(shí)，坡內(nèi)地下水位回落速率滯后于坡前水位，路堤邊坡內(nèi)地下水形成向坡外的滲透壓力增加了滑動(dòng)力，這是誘發(fā)浸水路基失穩(wěn)的重要原因。

（3）通過對(duì)樁基擋墻方案、原位加固方案及挖除修復(fù)方案的比選，選用挖除修復(fù)方案治理浸水路堤病害，治理效果良好；不僅可為類似浸水路基病害治理工程提供借鑒，而且對(duì)浸水路基的設(shè)計(jì)施工具有指導(dǎo)意義。

[1]舒廣志.富林水庫浸水路基的穩(wěn)定性分析與防護(hù)[D].江西理工大學(xué)，2014.

[2]孫巖，肖秀明，車海清，等.廣東省韶關(guān)市316縣道河道型水庫庫岸路基塌方成因分析[J].西部資源，2017，（4）：110-111.

[3]金秀至平南二級(jí)公路浸水路基病害成因與處理[J].山西建筑，2009，35（29）：251-252.

[4]JTGD30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JTGF10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].