陡坡路堤滑塌病害處治方案探討

馬 晉

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 概況

某公路為一互通樞紐連接線，全線采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度10 m。項(xiàng)目始建于2013年，2015年5月建成通車。項(xiàng)目區(qū)位于黃土丘陵區(qū)，微地貌為黃土梁峁、基巖沖溝，地形起伏較大。原地面海拔高程958～970 m，設(shè)計(jì)高程975～976 m，填方高度0～12 m。項(xiàng)目區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。春季（3—5月）降水稀少，氣候干燥；夏季（6—8月）氣溫高、雨水多，空氣濕潤，風(fēng)速較小。夏季多于其他季節(jié)，年平均降水量為529.0 mm。日最大降雨量可達(dá)162.5 mm.項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)出露地層由老至新依次有三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）沉積巖、第四系中更新統(tǒng)離石組黃土（Q2pl）和第四系全新統(tǒng)（Q4me）路基填土、（Q4al+pl）卵石。

本次滑塌段落為K1+150—K1+250 右側(cè)路基。所在路線段落與互通樞紐A 匝道并行，兩路線平面距離約40 m。

圖1 項(xiàng)目位置圖

2 滑塌特征及成因分析

2.1 地層特征

該段路基為填方路段，最大填土高度約13.47 m。2017年下半年該路段右幅路基出現(xiàn)輕微縱向裂縫，養(yǎng)護(hù)部門采取瀝青灌縫封閉措施。2018年8月降雨量增強(qiáng)，右幅路基嚴(yán)重變形，沿中線錯(cuò)臺(tái)約20 cm；9月初強(qiáng)降雨過后，右幅路基發(fā)生整體滑動(dòng)，后緣最大錯(cuò)臺(tái)高差擴(kuò)展至近1 m。路基右側(cè)邊坡發(fā)育多條寬度10～20 cm 不等的拉張裂縫，路堤擋墻出現(xiàn)多條豎向貫穿裂縫，路基滑塌嚴(yán)重影響公路的運(yùn)營安全。

圖2 現(xiàn)場照片

針對該段路基病害，利用鉆孔、探井等勘探手段對病害區(qū)地質(zhì)巖性進(jìn)行分析。經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果揭示，該路段地層巖性由路基填土（Q4ml）、第四系上更新統(tǒng)（Q3dpl）粉土和三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）砂泥巖組成。

a）路基填土（Q4ml）素填土（粉土），以稍密粉土為主，局部夾有粉質(zhì)黏土，褐黃色，稍濕- 濕，偶含零星礫石。厚2.5～6 m，含水量17.0%～24.6%，壓縮系數(shù) α1-2標(biāo)準(zhǔn)值為 0.124～0.228 MPa-1，屬中壓縮性土，塑性指數(shù)9.3～9.6，液性指數(shù)-0.36～0.56。路基填土層含水率17.0%～24.6%，飽和度66.8%～102.3%，上更新統(tǒng)粉土層含水率19.7%～22.2%，飽和度達(dá)89.3%～101.2%。

b）第四系中更新統(tǒng)粉土（Q2pl）褐黃色，稍密結(jié)構(gòu)，稍濕- 濕，發(fā)育垂直節(jié)理，大孔隙，常含蝸牛殼碎片和植物根莖，土質(zhì)較疏松。厚2.5～6 m，含水量19.7%～22.2%，壓縮系數(shù) α1-2標(biāo)準(zhǔn)值為 0.145～0.720 MPa-1，屬中 - 高壓縮性土，塑性指數(shù) 9.3～10.0，液性指數(shù) 0.27～0.55。

c）三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）砂泥巖，全 - 強(qiáng)風(fēng)化，砂巖為淺黃、淺灰、褐灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造；泥巖為褐灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造。巖層產(chǎn)狀150°～160°∠3°～5°，巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，發(fā)育一組節(jié)理（0.5 m/條），節(jié)理產(chǎn)狀走向220°，傾向向西，傾角85°。

根據(jù)現(xiàn)場鉆探情況和土工試驗(yàn)成果可知：路基填土上部、下部含水量偏大，中部局部偏小，原地面下Q2pl地層含水量偏大，局部達(dá)飽和狀態(tài)，地層濕軟。

2.2 滑塌成因分析

圖3 路基滑塌斷面圖

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及試驗(yàn)分析，該段路基滑塌主要有以下幾點(diǎn)原因。

2.2.1 內(nèi)部原因

該段為路堤段落，原地形為小型黃土沖溝，路基左側(cè)填平區(qū)地勢低洼，雨水無法匯入路基邊溝，長期聚集下滲，并沿原地面向溝谷方向下滲，導(dǎo)致下部土層尤其是路堤填方界面附近土體含水量增大，根據(jù)地質(zhì)資料，路堤土體含水量達(dá)17.0%～24.6%。局部土體達(dá)到飽和狀態(tài)，土體抗剪強(qiáng)度降低，形成軟弱夾層，造成路基地層濕軟下沉并產(chǎn)生側(cè)向滑移變形。

2.2.2 外部原因

該段路基右側(cè)為填土邊坡，坡面防護(hù)較差，在降雨作用下，常發(fā)生局部溜坡現(xiàn)象；此外路基右幅重車較多，長期存在動(dòng)荷載作用，尤其是降雨過后，下部土體呈飽和狀態(tài)，對土體強(qiáng)度擾動(dòng)較大，易造成土體失穩(wěn)。

2.3 滑坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

在綜合考慮路基實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài)和樣品剪切試驗(yàn)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用反算的方法確定滑帶土的強(qiáng)度指標(biāo)。

路基目前仍處于滑移階段，選取斷面LK1+200進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，采用穩(wěn)定系數(shù)K=0.98，假定c=12.7 kPa，反算φ 值，通過多次驗(yàn)算并結(jié)合試驗(yàn)值、經(jīng)驗(yàn)值確定推力計(jì)算的c、φ 值[1]。

根據(jù)確定的c、φ 值，計(jì)算剩余下滑力，計(jì)算結(jié)果見表1。

滑坡推力計(jì)算采用《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）中要求采用的傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，其算法原理為：

式中：Ti、Ti-1為第 i 塊和第 i-1 滑塊剩余下滑力；Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第 i 塊的自重力；αi-1、αi為第i 塊和第i-1 滑塊對應(yīng)滑面的傾角；Ψi為傳遞系數(shù)；φi為第i 滑塊滑面的內(nèi)摩擦角；ci為第i 滑塊滑面的巖土黏聚力；Li為第i 塊滑面的長度，m。

圖4 計(jì)算模型

表1 剩余下滑力計(jì)算表

3 處治措施

3.1 處治原則

確定出具有針對性的處置措施，保證工程的耐久性及穩(wěn)定性。

3.2 處治方案

該段連接線路基滑塌已經(jīng)嚴(yán)重影響車輛行人安全，病害處置主要采取支擋、反壓、增設(shè)排水的措施，處治設(shè)計(jì)圖如圖5所示，具體方案如下。

3.2.1 設(shè)置抗滑擋土墻

在路基滑塌前緣坡腳處設(shè)置抗滑擋土墻。

擋土墻后采用砂礫回填，回填后路基斷面圖如圖6所示。在砂礫回填反壓作用下，路基滑塌體的剩余下滑力減小。通過計(jì)算在最不利工況下，反壓回填后土體剩余下滑力為190 kN。

3.2.2 修整邊坡

a）原邊坡挖2 m 寬臺(tái)階，并采用小型機(jī)具夯實(shí)松動(dòng)邊坡。

b）在填挖交界處鋪設(shè)土工格柵，然后邊坡回填土體并修整邊坡。

3.2.3 修復(fù)路面結(jié)構(gòu)

a）按原設(shè)計(jì)將沉陷路面結(jié)構(gòu)層重新鋪筑，并要做好與左幅路基搭接處理，見圖6。

圖5 處治示意圖

圖6 抗滑擋土墻示意圖

b）恢復(fù)交通標(biāo)志、標(biāo)線、波形護(hù)欄等交通設(shè)施。

3.2.4 設(shè)置排水設(shè)施

a）將原積水坑內(nèi)積水抽干并填平積水坑，頂面設(shè)置50 cm 黏土隔水層，并設(shè)置0.5%向內(nèi)坡率，方便水流匯入邊溝；

b）疏通、修復(fù)原路基左側(cè)邊溝；

c）在路基右側(cè)設(shè)置攔水帶，并在路堤邊坡每隔30 m 設(shè)置一道路堤急流槽。

4 結(jié)語

地質(zhì)病害發(fā)生具有偶然性與必然性。在發(fā)生工程病害時(shí)，首先要分析病害發(fā)展速度和規(guī)模及病害原因，必要時(shí)需要采取臨時(shí)支護(hù)，防止病害進(jìn)一步惡化，威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。在處置類似地質(zhì)病害時(shí)，主要通過“攔、擋、護(hù)、排”4 個(gè)方面穩(wěn)固滑動(dòng)體?！皵r”主要是攔擋水流進(jìn)入滑塌體內(nèi)部，形成局部土體含水量過大，形成軟弱夾層滑動(dòng)面；“擋”在滑塌體前緣設(shè)置支擋措施；“護(hù)”對滑塌體坡面進(jìn)行支護(hù)；“排”將滑塌體內(nèi)部滲水及地下水及時(shí)排除。通過以上幾點(diǎn)可保證工程穩(wěn)定性及耐久性。

通過分析總結(jié)公路病害發(fā)生的原因，能為陡坡路堤設(shè)計(jì)、地質(zhì)病害敲響警鐘，將病害遏制在萌芽狀態(tài)，同時(shí)對病害提出的綜合治理方案可為相關(guān)工程病害治理方案提供參考[2]。