某公路高填路基塌方分析和處治

蔡茂星

(福建弘沁工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，南平 353000)

1 工程概況

路堤邊坡里程K1+120～K1+200m 處， 路堤長(zhǎng)80.00m，最高填方17.20m，路堤填方標(biāo)高211.50m，坡腳標(biāo)高194.30m，為壓實(shí)填方土質(zhì)邊坡。 原邊坡填土方量較大，裸露邊坡面積較大，長(zhǎng)期受雨水沖刷造成邊坡長(zhǎng)期泡水軟化削弱了土體的抗剪強(qiáng)度， 再者受地下水變化所產(chǎn)生的滲透壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定性也造成一定的影響， 路堤邊坡坡率為1∶1.5、1∶1.75，邊坡高度15～17.2m，基底為護(hù)腳防護(hù)，由于雨水沖刷及豐富地下水，現(xiàn)已造成該段邊坡第一階梯填方局部地段塌方， 邊坡有部分土方開裂塌方及原泄水孔有大量地下水排出，邊坡破壞后果嚴(yán)重，路堤護(hù)腳先后發(fā)生了嚴(yán)重的變形， 嚴(yán)重影響了廠區(qū)的暢通和行車安全。

圖1 邊坡塌方現(xiàn)狀圖

2 地形地貌、周邊環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造

高路堤位于原屬溝谷沖積地貌，后經(jīng)建設(shè)道路，地形變化較大， 路堤地面標(biāo)高為211.50m， 坡下場(chǎng)地標(biāo)高為194.30m，高差約17.20m。高路堤采用二級(jí)填方邊坡，每級(jí)坡高約8.00m，為壓實(shí)填方土質(zhì)邊坡，該段邊坡第一階梯填方局部地段塌方，路堤邊坡下方為新型材料有限公司，采用網(wǎng)格梁防護(hù)邊坡。

擬建場(chǎng)地處于閩西北隆起帶隆起中部， 斷裂帶南東側(cè)。 擬建場(chǎng)地內(nèi)未見對(duì)工程安全有明顯影響的活動(dòng)性斷裂、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造通過。

邊坡區(qū)地層中等復(fù)雜， 根據(jù)鉆孔揭示及地質(zhì)調(diào)繪成果，擋墻段在勘察范圍內(nèi)自上而下巖土層由素填土①、粉質(zhì)粘土②、全風(fēng)化變粒巖③、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖④等組成。

根據(jù)地質(zhì)勘察單位提供的勘察資料， 該滑坡滑向約156°，滑坡前緣高程195.78～196.18m，后緣高程211.81m，滑體較陡，坡度約35°，滑體縱向長(zhǎng)約25.00m，橫向?qū)捈s25.00m。 滑體空間分布不均勻，一般具有前緣較厚，前緣較薄之特點(diǎn)，后緣一帶厚8.40m～11.30m，中部厚5.90m～15.40m， 前緣厚1.10～1.90m； 平均厚 度7.60m， 面積625.00m2，體積4750m3，屬小型土質(zhì)滑坡。

滑坡體位于道路(K1+120～K1+200m)，總體地形北高南低，后緣與滑體構(gòu)成典型的“∩”塌方形態(tài)，由北到南地形變化如下：

(1)裂縫寬20～30mm，長(zhǎng)10～15m，下錯(cuò)不明顯；

(2)滑體坡面度較陡，坡度35～45°，中軸部微凸；

(3)滑體前緣地形較平坦。

3 滑坡影響因素與變形破壞機(jī)制

3.1 影響因素

據(jù)調(diào)查及綜合分析， 滑坡變形機(jī)制主要為近期連續(xù)暴雨形成的推動(dòng)式土質(zhì)滑坡， 其形成和發(fā)展變化受多種因素控制，主要影響因素包括降雨、斜坡土體物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征、地形地貌條件、地表水及地下水條件及人類工程活動(dòng)等，分述如下：

(1)降雨量大且強(qiáng)度高是老滑坡發(fā)生次生災(zāi)害的另一個(gè)主要誘發(fā)因素。 大量降雨的入滲， 首先增加了土體自重，其次降低了土體的力學(xué)性能，特別是抗剪強(qiáng)度，誘使滑坡后緣拉張裂縫進(jìn)一步發(fā)育并產(chǎn)生滑移下錯(cuò)， 土體在重力作用下產(chǎn)生滑移變形。

(2)滑坡滑體物質(zhì)組成主要為素填土(粉質(zhì)粘土)，(5.50～7.00m)灰褐色，稍密，飽和，局部夾風(fēng)化碎石，含量約占10%～15%，粒徑20～30mm，風(fēng)化碎石手捏可碎，角礫約占10%，中細(xì)砂約占10%，其余為粘性土，碎石呈次棱角狀，顆粒級(jí)配差， 膠結(jié)較差； 其他鉆孔滑帶粘性土含水量占優(yōu)，(3.00～5.00m)主要表現(xiàn)為泥質(zhì)具滑膩感狀；路堤邊緣可見張裂縫，裂縫寬20～30mm，長(zhǎng)10～15m，下錯(cuò)不明顯，為滑坡的進(jìn)一步發(fā)展、破壞提供了物質(zhì)條件。

(3)滑坡滑體地處填方邊坡地段，坡度一般15～35°，這為滑坡滑動(dòng)提供了良好的前緣臨空條件。

(4)地表水及地下水是該滑坡形成的誘因之一。 填方邊坡巖土體結(jié)構(gòu)松散，易受大氣降水垂直入滲。區(qū)內(nèi)降雨量大而集中，多發(fā)大雨、暴雨，雨水的下滲，不但降低了巖土體的抗剪強(qiáng)度，還提高了填土土體重量，誘發(fā)填方邊坡土體產(chǎn)生蠕滑變形。

(5)目前勘察區(qū)內(nèi)的人類工程活動(dòng)主要表現(xiàn)為路堤，后期路基內(nèi)有荷載較大的貨車通過，對(duì)滑坡影響較大，這為滑坡滑動(dòng)提供了良好的上部荷載變形條件。

3.2 變形破壞機(jī)制

該滑坡屬土質(zhì)滑坡，上部填土厚度較大，一般3.00～5.00m，成份主要為素填土(風(fēng)化碎石夾粉質(zhì)粘土)，呈稍密狀，膠結(jié)較弱。 滑體的主要組成物質(zhì)是褐色，稍密，飽和，局部夾風(fēng)化碎石，含量約占10%～15%，粒徑20～30mm，風(fēng)化碎石手捏可碎，角礫約占10%，中細(xì)砂約占10%，其余為粘性土，碎石呈次棱角狀，顆粒級(jí)配差，膠結(jié)較差；其他鉆孔滑帶粘性土含水量占優(yōu)，(4.00～5.00m)主要表現(xiàn)為泥質(zhì)具滑膩感狀，應(yīng)為滑體在移動(dòng)過程中形成的滑動(dòng)所致，再加上后期的物理、 化學(xué)風(fēng)化作用形成滑體成份軟硬不一等典型現(xiàn)象。 滑體的這些典型結(jié)構(gòu)構(gòu)造不但在鉆孔中得以揭示，據(jù)地面變形特征、物質(zhì)組成綜合分析滑坡屬推動(dòng)式土質(zhì)滑坡，目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

高填邊坡區(qū)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂和不良地質(zhì)現(xiàn)象， 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(2016 年版)4.1.5 條及表4.1.3，場(chǎng)區(qū)屬抗震設(shè)防烈度6 度區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，高填區(qū)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期為0.35。

邊坡自然坡度約35～45°，滑坡范圍內(nèi)巖土層以素填土、粉質(zhì)粘土及風(fēng)化巖為主，坡度較陡，穩(wěn)定性較差，場(chǎng)地地形整體北高南低，巖土界面傾角約19°，填土底面的天然坡度大于15%，路基回填后，因連續(xù)暴雨，使高填邊坡巖土體沿巖土界面發(fā)生整體滑移破壞。

4.1 工況條件的確定

(1)正常工況：自重，正常工況即為晴天或者零星小雨的氣候條件下，滑體處于天然狀態(tài)。 取天然滑體濕容重。

(2)非正常工況：自重+暴雨，非正常工況即為暴雨或者持續(xù)強(qiáng)降雨的氣候條件下，地表水沿裂縫滲入滑體，將受到浮力和動(dòng)力水壓力作用，按飽和和濕容重考慮。

由于本塌方邊坡已經(jīng)處于非正常工況情況， 參考地質(zhì)勘探報(bào)告，具體選取按滑坡土體計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

4.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

采用理正軟件計(jì)算，滑動(dòng)面按折面，對(duì)K1+140 剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，不考慮地下水和地震荷載，計(jì)算剖面圖及計(jì)算結(jié)果如圖2 所示。

圖2 K1+140 計(jì)算剖面

表1 滑坡土體計(jì)算參數(shù)

根據(jù)理正計(jì)算結(jié)果顯示， 非正常工況安全系數(shù)小于《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故應(yīng)對(duì)該塌方邊坡采取處治措施。

5 塌方處治措施

經(jīng)過上述分析，若塌方滑坡帶處不經(jīng)過處理，將嚴(yán)重影響了廠區(qū)的暢通和行車安全。 塌方處治方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：①清表及坡面卸土減載，并嚴(yán)格控制卸載程序；②改變路基填料的強(qiáng)度，增加土工格柵回填；③做好臨時(shí)排水、封面處理，增加邊坡排水措施；④底部增設(shè)抗滑擋墻。 K1+120-K1+200 邊坡塌方綜合采取以下措施進(jìn)行處理：

圖3 邊坡塌方平面圖

(1)塌方邊坡為素填土較松散，且厚度為2～5m，先把塌落的土方挖除，并采用臺(tái)階式開挖，臺(tái)階的寬度不小于4m， 臺(tái)階應(yīng)有3%向內(nèi)傾斜的橫坡， 對(duì)整體坡面進(jìn)行卸載。

(2)塌方處填方采用加筋土填筑，設(shè)計(jì)筋材垂直鋪設(shè)層間距， 筋材水平鋪設(shè)長(zhǎng)度及規(guī)格可詳見邊坡防護(hù)示意圖。 填料選用現(xiàn)場(chǎng)開山強(qiáng)-中風(fēng)化碎石土， 邊坡上部2m采用現(xiàn)場(chǎng)坡殘積粘性土壓實(shí)回填以止水防滲。 填料壓實(shí)度要求≥95%。 填料中有尖銳棱角等有損塑料土工筋帶的部分不得大于總量的15%， 填料最大粒徑不得大于200mm。 本工程使用的土工格柵為單向拉伸塑料土工格柵(GDL)。產(chǎn)品除應(yīng)除滿足《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50290-2014)和《交通工程土工合成材料-土工格柵》(JT/T480-2002)的要求外，為保證邊坡工程的安全穩(wěn)定還需滿足如下具體要求：

①原材料。 本工程要求土工格柵的原材料為高密度聚乙烯(HDPE)，且必須是采用全部新的原始粒狀原料，嚴(yán)禁采用粉狀和再造粒狀顆粒原料。

②格柵類型。 本工程要求的土工格柵為單向拉伸土工格柵。

③連接強(qiáng)度。 每種型號(hào)的格柵均應(yīng)提供相應(yīng)的配套連接棒型號(hào)。 連接棒的連接強(qiáng)度必須經(jīng)過測(cè)試不小于相應(yīng)型號(hào)的格柵極限抗拉強(qiáng)度，并提供相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告。

圖4 邊坡塌方處治斷面圖

④格柵形狀。格柵沿卷長(zhǎng)方向(縱向)上的橫肋間距要求不大于35cm，產(chǎn)品尺寸及偏差應(yīng)符合《交通工程土工合成材料-土工格柵》(JT/T480-2002)的要求。

⑤格柵技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 土工格柵技術(shù)指標(biāo)表

(3)塌方邊坡區(qū)域，要設(shè)立臨時(shí)排水設(shè)施，如挖筑臨時(shí)急流槽、排水溝、擋水埝等，以便下雨時(shí)水能盡快排出。邊坡挖除后為了防止雨水沖刷滲入，采用塑料薄膜覆蓋。在第二階底設(shè)置間距2～3m 平孔排水， 并在擋墻底設(shè)置排水溝及盲溝接入道路排水系統(tǒng)。

(4)通過塌方邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，為了保證廠區(qū)的暢通和行車安全，采用抗滑擋墻進(jìn)行支護(hù)，持力層進(jìn)入砂土狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖， 路堤邊坡采用框格植草進(jìn)行恢復(fù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

圖5 邊坡平孔排水示意圖

通過對(duì)高填路基滑坡地質(zhì)特征、 滑坡影響因素與變形破壞機(jī)制分析， 認(rèn)為路堤下邊坡工廠已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段，保證廠區(qū)的暢通和行車安全是關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)是對(duì)填方滑坡先清除雜物及坡面卸土減載，分段開挖臺(tái)階，分段回填加筋土， 邊坡設(shè)置平孔排水， 底部增設(shè)抗滑擋墻， 增設(shè)框格植草等防護(hù)措施， 經(jīng)過今年多次暴雨的考驗(yàn)，邊坡塌方未出現(xiàn)滑動(dòng)，邊坡處于穩(wěn)定常態(tài)。