軟基沉陷段邊坡滑塌處治技術(shù)研究

張 哲

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 項(xiàng)目概述

安新路建于1994年，舊路路基寬9.5m，路面寬9.0m，瀝青混凝土路面，設(shè)計(jì)填高約8～10m，雙向兩車(chē)道，基底軟基進(jìn)行了碎石墊層處理。道路修建至今未有加寬改造歷史，在管養(yǎng)單位歷年精心養(yǎng)護(hù)中，僅對(duì)路面細(xì)小裂縫采用了瀝青灌縫處理，邊坡未曾發(fā)生過(guò)失穩(wěn)破壞。

2020年7～9月份區(qū)域降雨量較大，道路兩側(cè)水位升高，而北側(cè)水塘因各種因素水位驟降4～5m，導(dǎo)致項(xiàng)目K7+000～K7+150北側(cè)路基邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌，道路出現(xiàn)開(kāi)裂和沉陷。經(jīng)實(shí)測(cè)，裂縫寬度最寬處約20cm，沉陷最大高差約60cm，嚴(yán)重影響了道路的正常運(yùn)營(yíng)，急需處治維修。

2 建設(shè)條件

2.1 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)屬沿江丘陵平原區(qū)，微地貌為平原，地面標(biāo)高在7.0～11.0m之間。道路設(shè)計(jì)標(biāo)高在17.5～18.0m左右，路基邊坡坡腳處標(biāo)高約10.0～12.0m，路堤邊坡坡度 15.0°～25.0°，邊坡坡度總體較緩。

項(xiàng)目地理位置圖

圖1 地形地貌

2.2 地層巖性

場(chǎng)地覆蓋層主要由人工填筑土（Q）、第四系全新統(tǒng)沖積成因（Q）軟弱土、粉質(zhì)黏土以及第四系全新統(tǒng)殘積成因（Q）角礫土組成，下伏基巖主要為二疊系灰?guī)r（P）。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)域大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)坳，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主。項(xiàng)目四周共分布4條東北、西北向斷層，距本項(xiàng)目距離0.3～2.1km，導(dǎo)致巖體節(jié)理裂隙發(fā)育～極發(fā)育，灰?guī)r中巖溶發(fā)育。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，以上斷層全新世以來(lái)未見(jiàn)活動(dòng)跡象，且構(gòu)造位于地表水位以下，對(duì)本段邊坡滑塌影響不大。

圖2 項(xiàng)目斷裂構(gòu)造分布

2.4 不良地質(zhì)和特殊性巖土

2.4.1 巖溶

場(chǎng)地基巖為灰?guī)r，不良地質(zhì)為巖溶。5個(gè)鉆孔中有4個(gè)鉆孔揭露溶洞，鉆孔遇洞率 80.0%，線巖溶率 26.0%～58.0%，溶洞高在0.6～4.9m，發(fā)育標(biāo)高在-0.70～-15.10m，埋深在13.0～18.2m，溶洞頂板中風(fēng)化灰?guī)r厚度在 0.1～0.7m，部分為敞口溶洞。溶洞多以全充填為主，充填物以淤泥、粉質(zhì)黏土、粉土、砂礫及碎石等。物探表明場(chǎng)地巖溶主要特征為：巖溶發(fā)育高程主要位于-0.2～-20.3m，多為縱向延伸，橫向發(fā)育范圍較小，多為0.6～7.9m，豎向發(fā)育范圍一般1.0～6.8m。

2.4.2 填筑土

道路填筑的組成部分，呈松散～中密狀，主要成分為角礫、碎石，細(xì)粒土（黏性土、粉土）。路堤填土厚度在7.4～9.3m 左右，路基兩側(cè)厚度一般 1.0～2.0m，具孔隙比大，透水性較好，抗剪強(qiáng)度較低等特征，其天然狀態(tài)下工程性質(zhì)一般，遇水則導(dǎo)致強(qiáng)度進(jìn)一步下降，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利。

2.4.3 軟弱土

區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布，層厚5.70～11.40m，天然含水率 32.8～47.4%，天然孔隙比 0.932～1.227，液性指數(shù) 0.68～1.95，壓縮系數(shù)0.45MPa～0.79MPa，壓縮模量 2.46MPa～4.32MPa，其承載力特征值為90kPa，極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為30kPa，工程性質(zhì)差。

3 邊坡滑塌原因分析

項(xiàng)目路面于2020年11月下旬出現(xiàn)了縱向裂縫，裂縫發(fā)展較快，約4天時(shí)間裂縫寬由2～5cm發(fā)展到約20cm，北側(cè)右幅路面沉降，左右幅路面最大高差達(dá)60cm，坡面尚未發(fā)現(xiàn)較大的橫向滑移。為防止水分進(jìn)入，養(yǎng)護(hù)采用混凝土灌縫封水處理，效果不佳。

圖3 路基邊坡及路面損壞現(xiàn)狀

結(jié)合現(xiàn)資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)勘察，路面出現(xiàn)開(kāi)裂和邊坡失穩(wěn)主要原因如下：

①因連續(xù)降雨，道路北側(cè)水位持續(xù)升高，坡面填料持續(xù)保水，土體強(qiáng)度指標(biāo)降低，水位驟降后坡面土體因自重加大、抗滑能力弱失去平衡后而產(chǎn)生沿坡面的圓弧滑動(dòng)；

②既有路基下部較為松散，上部較為密實(shí)，水位驟降后在水力坡降和局部泵吸作用下路堤上部細(xì)顆粒發(fā)生移動(dòng)，填料的密實(shí)度降低而導(dǎo)致在行車(chē)荷載作用下對(duì)路基進(jìn)行了再壓實(shí)；

③坡腳外側(cè)軟基尚未完全固結(jié)，長(zhǎng)期浸泡地基承載力較差，未能提供有效的豎向和水平向阻力，路基沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)和下沉?xí)r，產(chǎn)生了沿臨空面和基底軟土的圓弧滑動(dòng)；

④水位驟降引發(fā)的水力坡降導(dǎo)致基底全填充溶洞填充物損失，基底出現(xiàn)豎向沉降。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 路線設(shè)計(jì)

考慮到項(xiàng)目坡面損壞主要為豎向沉降，為合理順接前后既有道路，本次設(shè)計(jì)主要為路基邊坡及地基處理、路面開(kāi)裂修復(fù)，路線平縱面與舊路保持一致。

4.2 處治方案

①方案比選：根據(jù)路段地形地貌、地質(zhì)概況，結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)約的原則，對(duì)可行的方案進(jìn)行比選，具體詳見(jiàn)表1。

方案比選表 表1

考慮到該段坡面損壞主要為路基填料保水自重加大，在水力滲透作用下發(fā)生的沿基底軟弱土淺層滑動(dòng)。為有效提高基底受力條件，結(jié)合保通需求經(jīng)綜合比選，推薦反壓護(hù)道+水泥攪拌樁的地基處理方案。

②設(shè)計(jì)方案

考慮現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地、施工條件、工程造價(jià)等因素，坡面損壞段采用反壓護(hù)道+正反向水泥攪拌樁處治方案，對(duì)已經(jīng)開(kāi)裂的部分待反壓護(hù)道修筑完畢后開(kāi)挖臺(tái)階重新?lián)Q填碾壓，并對(duì)土路肩進(jìn)行加寬處理。

具體參數(shù)為：攪拌樁為樁徑0.5m的正反向攪拌樁，樁間距 1.3m，樁長(zhǎng)8m。反壓護(hù)道高度3.5m，底部預(yù)設(shè)50cm沉降層，其上考慮工作平臺(tái)填筑1.0m的片塊石，然后回填2.0m厚的素土。已有邊坡清除松散材料后分兩級(jí)填筑，坡率1:1.5，中部設(shè)置2.5m的平臺(tái)?？紤]到本段保通壓力大，為快速施工，路面底部2.0m設(shè)置碎石+土工格柵加筋墊層，其上設(shè)置10cm厚瀝青層。

為確保穩(wěn)定性，反壓護(hù)道1.0m片塊石應(yīng)合理控制最大粒徑，確保填筑后無(wú)明顯沉降，而素土壓實(shí)度不低于92%。邊坡拼接采用開(kāi)挖臺(tái)階方式，臺(tái)階原則上高度不高于1.5m，寬度不低于2.0m，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況靈活調(diào)整。

圖4 邊坡處治設(shè)計(jì)圖

③穩(wěn)定性計(jì)算

本工程滑動(dòng)帶力學(xué)參數(shù)通過(guò)反演法計(jì)算綜合確定?？紤]水力坡降影響，滑坡體容重按天然狀態(tài)下塊體容重，取值18.0kN/m，滑帶土強(qiáng)度參數(shù)飽水狀態(tài)下取值為C=4kPa，φ=8。

反演法取得的滑帶土強(qiáng)度參數(shù)（C、φ），選取最不利斷面，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范(2009年修訂)》（GB 50021-2001），考慮反壓護(hù)道、攪拌樁等影響因子，進(jìn)行加固處理前后不同工況下的穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

坡面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果 表2

5 結(jié)論

①臨湖軟基段路基邊坡滑塌受多重因素影響，合理分析損壞原因是制定針對(duì)性處治方案的基礎(chǔ)。

②臨湖軟基邊坡滑塌處治應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的保通需求、施工可操作性等原因合理確定對(duì)應(yīng)的處理方案和技術(shù)參數(shù)，確保技術(shù)參數(shù)合理、根治問(wèn)題有效。

③考慮到臨湖段軟基特性、巖溶分布、填料屬性等的復(fù)雜性和已經(jīng)存在潛在滑動(dòng)面難以完全修復(fù)，設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，安全穩(wěn)定計(jì)算系數(shù)應(yīng)適當(dāng)富裕。