公路工程建設(shè)中常見地質(zhì)問題及對策探討

任天勇 夏洪吉

（四川省交通勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610059）

0 引言

公路工程線路長，地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)條件復(fù)雜，工程建設(shè)過程中遇到工程地質(zhì)問題是不可避免的，甚至運(yùn)營期間也可能因工程地質(zhì)問題解決不徹底導(dǎo)致安全事故發(fā)生。因此，工程建設(shè)過程中遇到工程地質(zhì)問題應(yīng)及時(shí)分析原因，施工單位應(yīng)提出安全可行的工程對策，對工程建設(shè)的安全和質(zhì)量，兼顧施工的連續(xù)性、確保工程順利進(jìn)行具有重要的工程意義。本文對地質(zhì)勘測、巖土物理力學(xué)性質(zhì)、工程邊坡穩(wěn)定性、臨河擋墻抗沖設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面存在的問題進(jìn)行分析，并提出處理對策。

1 地質(zhì)勘測精度不夠的問題及處理對策

1.1 地質(zhì)勘測精度問題

（1）存在的問題。陡峭的山區(qū)公路，由于地形陡峭、地物隱蔽性大，地形變坡點(diǎn)測量不到位，常常造成縱橫斷面與實(shí)際地形有較大誤差，造成建設(shè)施工時(shí)工程量發(fā)生變化，甚至設(shè)計(jì)變更和方案調(diào)整。

（2）采取的對策。地形陡峭、隱蔽性大的山區(qū)公路前期設(shè)計(jì)階段采用先進(jìn)的無人機(jī)設(shè)備，保證地形測繪的完整性和準(zhǔn)確性，出現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)測；加強(qiáng)斷面測量過程控制，施工期加強(qiáng)對縱橫斷面的現(xiàn)場復(fù)核工作，尤其是回頭曲線、橋位、高擋墻等重要工點(diǎn)段的復(fù)核。

1.2 涵洞、擋墻等小型建筑物勘察深度問題

（1）存在的問題。對于涵洞、擋墻等小型建筑物的勘探容易被忽視，不按規(guī)范要求勘察，往往勘探工作量不足。尤其山區(qū)公路工程，對地基巖土的厚度、性狀特征和密實(shí)度等靠地質(zhì)工程師經(jīng)驗(yàn)判斷，準(zhǔn)確性低。涵洞、擋墻等小型建筑物勘察深度問題是工程建設(shè)過程中出現(xiàn)工程地質(zhì)問題和導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更的主要原因。

（2）采取的對策。按照規(guī)范要求開展擋墻、涵洞等小型建筑物的勘探工作，采用挖探、螺紋鉆、動(dòng)力觸探、機(jī)動(dòng)鉆探等綜合勘探手段，查明地基巖土的厚度、性狀特征和密實(shí)度；施工中遇到問題及時(shí)補(bǔ)充勘察，為變更設(shè)計(jì)提供可靠、準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

2 巖土體性質(zhì)認(rèn)識不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更問題及處理對策

2.1 路基巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識問題

（1）存在的問題。對擬建公路沿線分布的諸如高液限黏土、膨脹土、飽和軟土等特殊巖土的物理力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識不足，取樣試驗(yàn)點(diǎn)偏少或代表性較差。該類問題在地形相對較為平坦的高原或平原地區(qū)出現(xiàn)較多。比如，某一級公路K0-K12段，該段為黑河沖積扇平原，地形較為平坦，地表為粉質(zhì)黏土，厚度3～8m，下伏砂卵石層，地下水位埋深1.50～2.50m。該段設(shè)計(jì)為低填淺挖，挖除表層粉質(zhì)黏土，換填1.20m的砂礫石方案，按設(shè)計(jì)施工后路基出現(xiàn)“彈簧土”，路床含水量較大，經(jīng)試驗(yàn)室抽取代表性土樣進(jìn)行檢測，液限為50%～52%，塑限26%～28%，且＜0.074mm顆粒占比大于50%，為典型的高液限土，基底承載力和變形不能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更，加大換填深度處理。又如，某高速公路K53～K61段路基表層為第四系更新統(tǒng)（Q2）冰水堆積層，上部為褐黃-褐紅色粉質(zhì)黏土、黏土，局部含少量圓礫，稍濕，大部分呈硬塑狀，局部呈可塑狀，厚度2.0～8.0m。施工圖設(shè)計(jì)階段僅在表層取樣（8組）試驗(yàn)，結(jié)果顯示為低液限黏土，設(shè)計(jì)按照低液限黏土進(jìn)行設(shè)計(jì)。施工單位進(jìn)場后進(jìn)行分層取樣試驗(yàn)，表部1.0～2.0m以下，天然含水量19.8%～45.5%，液限41%～69%（其中有2組液限小于50%，11組大于50%），塑限26%～45%，塑性指數(shù)12～25，液性指數(shù)-0.77～0.18，屬高液限土，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更。

（2）采取的對策。高液限黏土、膨脹土、飽和軟土等特殊性巖土路段，適當(dāng)加密勘探點(diǎn)及勘探深度，按照相關(guān)特殊性巖土勘察規(guī)范進(jìn)行勘察，取樣試驗(yàn)要有代表性；工程建設(shè)中遇到前期勘察未查明的特殊巖土?xí)r，及時(shí)開展補(bǔ)充勘察和研究。

2.2 臨河浸水路基填料的選擇問題

（1）存在的問題。對臨河路基填料的基本要求和填料親水特性認(rèn)識不清楚。比如，某高速公路K43-K48段從一級階地上通過，多段為臨河路基，地下水位較高，路基存在浸水問題。根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610-2019）中7.19.3條的規(guī)定：受水位漲落影響及常水位以下的路堤，宜用水穩(wěn)性好、不易風(fēng)化的透水性材料填筑。設(shè)計(jì)忽視這點(diǎn)采用開挖料填筑，施工單位進(jìn)場后即提出浸水路基采用片塊石料或砂礫石料換填處理的建議，經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)后變更了填筑料。

（2）采取的對策。對臨河浸水路段填筑料要求要清楚，對填筑料的水穩(wěn)定性和親水特性要有足夠的認(rèn)識；設(shè)計(jì)文件中對浸水路基填料和填筑程序應(yīng)有明確的技術(shù)要求。

3 路基邊坡穩(wěn)定性問題及處理對策

3.1 路基填筑邊坡的穩(wěn)定問題

（1）存在的問題。地質(zhì)工程師對路基填筑邊坡穩(wěn)定的影響因素考慮不全面，分析不到位，導(dǎo)致設(shè)計(jì)采取的工程措施偏弱，造成工程建設(shè)過程中或竣工后路基沉降開裂、滑坡、防護(hù)措施失效等問題。該類問題在山區(qū)公路建設(shè)中較為普遍，集中在斜坡或緩坡上、路基形式為填方或半挖半填的地帶，路基外側(cè)設(shè)路肩墻防護(hù)。擋墻基礎(chǔ)為粗粒土或細(xì)粒土。路肩墻設(shè)計(jì)通常采用換填或擴(kuò)大基礎(chǔ)，考慮了地基承載力，卻忽略了路基填筑邊坡的整體穩(wěn)定性和路堤加載后的邊坡穩(wěn)定性。工程建設(shè)中特別是遭遇暴雨等工況條件下產(chǎn)生變形滑坡，公路建成后出現(xiàn)路基開裂、沉陷邊坡或滑坡，不得已采取加固處理措施。某高速互通BK0+380～NK0+820 段原設(shè)計(jì)為四級邊坡，開挖坡比1:2，第一、三級采用菱形骨架+植草防護(hù)，第二、四級采用錨桿框架梁+植草防護(hù)，施工時(shí)坡頂?shù)谒募夐_挖完成后，坡面揭示主要含礫石粉土及腐殖土層，厚度和成分與原地勘資料嚴(yán)重不符（原設(shè)計(jì)為碎石土），土體強(qiáng)度較低，受上部坡面匯水滲透影響，NK0+850～NK0+870坡面中部匯水段出現(xiàn)溜塌，并牽引后緣坡口線外土體滑塌。對坡頂溜塌土體清方后形成五級邊坡。從原設(shè)計(jì)地質(zhì)剖面和補(bǔ)充勘察后地質(zhì)剖面對比，可明顯看出地質(zhì)條件相差較大，原設(shè)計(jì)第一、二、三級邊坡開挖后基本已至強(qiáng)風(fēng)化板巖，而補(bǔ)勘后顯示第一、二、三級邊坡開挖后坡面含礫粉質(zhì)黏土，厚度尚有9～13m，且含水量極高，土體極為松散。

邊坡溜塌范圍分布與地表水及地下水密切相關(guān)，這段邊坡治理方案為：①排水措施：在坡體后緣匯水區(qū)設(shè)置截排水措施，將坡面地表水和地下水截走；對匯水區(qū)開挖坡面仰斜式排水管加長、加密。②支擋措施：在坡口線外側(cè)采用雙排鋼花管加固鎖定后緣土體。③坡面防護(hù)措施：對坡面已出現(xiàn)溜塌松動(dòng)的土體采用支撐滲溝+植草防護(hù)；對第一、三、四、五級邊坡采用錨桿框架+植草防護(hù)；對第二級邊坡采用錨索+植草防護(hù)；在第三、四級平臺設(shè)3排鋼花管+冠梁防護(hù)。④坡腳防護(hù)：在坡腳設(shè)置4m高路塹墻。需增加工程造價(jià)約850萬元。

（2）采取的對策?？辈斐晒c設(shè)計(jì)方案直接相關(guān)，勘察成果可靠性決定設(shè)計(jì)方案是否可行；邊坡病害多與地表水或地下水相關(guān)，故在邊坡病害治理中應(yīng)先考慮“治水”；高邊坡病害治理為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場開挖情況及時(shí)調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；設(shè)計(jì)過程中應(yīng)加強(qiáng)高原區(qū)緩坡地段的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)查；對位于半徑較小的圓曲線段的高邊坡，開挖后邊坡正視面呈扇形，其頂寬遠(yuǎn)大于底寬，計(jì)算防護(hù)面積時(shí)應(yīng)避免工程量少算；填方或半挖半填填筑形成的路基邊坡穩(wěn)定，特別是在地震、暴雨等工況條件下的邊坡穩(wěn)定至關(guān)重要，設(shè)計(jì)應(yīng)留有合適的安全裕度。

3.2 基巖順層邊坡的穩(wěn)定問題

（1）存在的問題。公路工程線路長，地質(zhì)條件多變，在工程建設(shè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到順層巖質(zhì)邊坡。對順層邊坡的穩(wěn)定認(rèn)識不足、施工開挖切腳或處治措施不當(dāng)，容易導(dǎo)致大面積的順層滑坡。比如，某公路工程K1+290～K1+480 段的順層邊坡，該段邊坡位于擬建公路左側(cè)，原設(shè)計(jì)為四級邊坡，坡率為1:0.75～1:0.75～1:0.75～1:1，坡面設(shè)錨桿框架梁防護(hù)，錨桿長度9m，框架梁尺寸4m×3m。邊坡垮塌時(shí)正在施工過程中，第四級邊坡已施工了錨桿和框架梁鋼筋，第三級邊坡已開挖一大部分，并且已施工完成錨桿框架梁約70m長（澆筑完成），第一、二級邊坡尚未開挖成。K1+290～K1+480基巖出露，為志留系中上統(tǒng)羅惹萍群-紗帽群，巖性為深灰、紫灰色頁巖，強(qiáng)～中風(fēng)化。該段層間褶皺發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化極大，從155°∠37°變化至346°36°。撓曲褶皺發(fā)育，巖體極為破碎，呈散體碎裂結(jié)構(gòu)，并存在順坡面的不利結(jié)構(gòu)面。目前坡頂坡口線附近有拉裂縫分布，裂縫長10～20m，寬10～15cm。開挖后坡面穩(wěn)定性及完整性較差，多有崩落石塊；K1+420～K1+480段，坡面表層多覆蓋黏土，坡頂至坡腳有基巖出露，巖性為志留系中、上統(tǒng)砂質(zhì)頁巖，產(chǎn)狀323°∠24°，坡向與巖層傾向夾角近5°，傾向坡外，為順層巖質(zhì)邊坡。設(shè)計(jì)針對該處順層滑坡提出了如下處治方案：K1+290～K1+420段，巖層產(chǎn)狀變化較為復(fù)雜，長130m的坡面巖層產(chǎn)狀從內(nèi)傾65°～0°到外傾35°均有，且變化沒有規(guī)律。如果分段實(shí)施防護(hù)措施，會(huì)導(dǎo)致邊坡不平順，美觀受影響，施工也較為困難。且該段背后為反坡，開挖不會(huì)造成邊坡過高，因此綜合考慮后，建議將該段整體放緩，坡腳設(shè)置仰斜式路塹墻；K1+420～K1+480段沿順層清方并在坡腳設(shè)錨索抗滑樁支擋?？够瑯冻叽?m×2m，間隔5m，樁長22～24m?？够瑯稑俄斣O(shè)2排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索為4 束Φ15.2 鋼絞線，錨索長度25m，錨固段長度8m。第一排距樁頂0.5m，第二排距第一排2.5m。從抗滑樁頂起，向上對坡面順層巖體進(jìn)行清除，清方坡面角度應(yīng)接近順層巖體的傾角，避免形成順層切腳。目前該處坡面已經(jīng)基本開挖成型，抗滑樁已經(jīng)施工完10根。開挖成型后的坡面均整體較為穩(wěn)定，偶有掉塊等現(xiàn)象，局部有頁巖滑塌，但是受到抗滑樁的阻攔，邊坡整體滑塌的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)得到控制。

（2）采取的對策。順層邊坡盡量減少切腳開挖；對陡傾角（90°～60°）的順層邊坡順層開挖，并采取適當(dāng)?shù)腻^固措施；對中陡傾角及緩陡傾角（60°～10°）的順層邊坡，開挖切腳是不可避免的，采取“強(qiáng)身固腳”的處置措施，以錨固為主結(jié)合固腳擋墻效果較好；對近水平巖層（傾角＜10°）的順層邊坡，宜采取“固腳強(qiáng)身”的處置措施，以固腳擋墻結(jié)合錨固進(jìn)行邊坡加固；邊坡錨固深度穿越卸荷帶和軟弱層帶深入相對完整巖體；設(shè)置坡面截水、排水系統(tǒng)，防止地表水和地下水對邊坡穩(wěn)定的影響。

4 臨河路基擋墻的抗沖保護(hù)問題及處理對策

（1）存在的問題。公路工程臨河路基擋墻埋置深度，應(yīng)根據(jù)公路等級對設(shè)計(jì)抗沖的要求，將路基擋墻置于對應(yīng)頻率洪水最大沖刷深度以下，同時(shí)采取大卵石、塊石或混凝土塊防沖保護(hù)。若擋墻埋置深度不夠、防沖保護(hù)不足，一旦遭遇大洪水會(huì)造成擋墻被毀、路基塌方等問題。比如，2020年6月26日冕寧縣大暴雨引起洪水挾帶大量固體物質(zhì)，致使馬尿河局部河床抬高、主河道改向直接沖刷馬尿河兩岸的公路路基。導(dǎo)致K103+400～K103+940段多處路基及擋墻被完全沖毀，喪失通行能力。2020年8月10日～17日，四川省阿壩州九寨溝縣全境連續(xù)強(qiáng)降雨，導(dǎo)致在建的綿九高速公路多段擋墻被沖毀垮塌。某高速公路互通連接線LK0+640～LK0+695段右側(cè)擋墻基礎(chǔ)埋置深度不夠，2020年汛期受河水沖刷，導(dǎo)致?lián)鯄逅?，路基開裂沉陷和塌方。

（2）采取的對策。根據(jù)公路等級和取樣試驗(yàn)資料，通過計(jì)算和調(diào)查確定設(shè)計(jì)洪水最大沖刷深度；臨河段路基擋墻埋置深度，滿足最大沖刷深度基礎(chǔ)上尚需留有安全裕度，路基擋墻采用大卵石、塊石或混凝土塊等固腳防沖保護(hù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在已建或在建公路工程建設(shè)中，會(huì)遇到諸多工程地質(zhì)問題，比如工程地質(zhì)中存在的勘測精度不夠，特殊巖土體物理力學(xué)性質(zhì)研究不夠，工程邊坡穩(wěn)定性研究不深，臨河擋墻抗沖設(shè)計(jì)和保護(hù)不夠等問題，面對這些問題，只有從根本原因分析入手，認(rèn)真勘察、比對，提出有針對性的處理對策，才有達(dá)到長效解決的目的。