山西省省道104(太古線)公路地質病害處理方法

馬廣坡

(河北路博交通科技有限公司)

1 概述

省道S104太原至古交段二級山嶺重丘標準公路是聯系太原和古交的主要道路，同時也是貫穿東西大通道的重要組成部分和煤炭西來的主要通道。太古線自1997年運營至現在，路段破壞逐年嚴重，公路地質病害頻繁發生，雖然已經治理了部分路段病害，但仍未取得滿意的結果。隨著時間的推移，公路病害發生的頻率也逐漸增多，嚴重影響公路的正常運營和管養工作。

2 路段自然地理與環境地質

2.1 地形地貌

省道104(太古線)位于太原盆地北端，所經地區為黃土覆蓋的山嶺重丘區，中低山地貌。區內地勢西北高東南低，山勢險峻，溝壑縱橫交錯，海拔高程在1000～1 700之間，相對高差700m。

2.2 氣象與水文

路線所經地區屬暖溫帶半干旱大陸性氣候。多年平均氣溫10～12℃，最高氣溫39.8℃，最低氣溫-27.5℃，區內降水特點是年際變化大，年內季節差異大，強度變化大。多年平均降水量461.8mm，最大年降水量749.1mm。最大凍土深度為1.16m，全年日照時間2 556.3 ～2 872.6 h。多年平均風速2.5m/s，最大風速25m/s。地震烈度屬Ⅷ度區。區內河流屬于黃河流域的汾河水系。區內溝谷為季節性河流，冬春干涸斷流，雨季有短暫洪流匯入汾河。

2.3 地層與構造

(1)石炭系(C)。中統本溪組(Cb2)以風化殘留鐵礦—山西式鐵礦和G層鋁土礦，平行不整合于下伏巖層之上，屬海陸交互相沉積?？煞譃殍F鋁巖段和半溝段;鐵鋁巖段：主要為淺灰色，具鮞狀結構、貝殼狀斷口的鋁土巖和黃褐色的山西式鐵礦殘留于奧陶系之上，厚薄不等;半溝段主要由灰黑色的泥巖、砂巖、砂質泥巖及2～4層深灰色薄層石灰巖組成，含1～3層煤線。上統太原組(Ct3)由深灰色石灰巖、泥灰巖，灰黑色泥巖、砂質泥巖、砂巖、粉砂巖，黑色炭質巖和6～11層煤組成。上統山西組(Cs3)與太原組連續沉積，為本區主要含煤地層之一。由灰色、淺灰砂巖，深灰、灰黑色粉砂巖、砂質泥巖及黑色泥巖和8層煤組成。

(2)二疊系(P)。下統下石盒子組(Px1)根據巖性不同分為上下兩段。上段底部為砂巖含石英長石、黑色礦物質及有機質。下段以灰綠、黃綠色砂巖、砂質泥巖互層、夾紫色、黑色泥巖。頂部有一鋁質泥巖，具鮞狀結構，俗稱“桃花泥巖”。上統上石盒子組(Ps2)按其巖性組合特征分為上下兩段。下段砂巖為含礫—粗中礫砂巖，結構疏松，孔隙度大，成份復雜，夾紫色、灰綠色砂質泥巖、泥巖斑塊，其上為灰綠色砂質泥巖及中細沙巖互層。上段砂巖為黃綠色、灰綠色砂礫巖、粗—細粒砂巖，成份以石英為主，其上為暗紫、蘭灰、黃綠色砂質泥巖與灰綠色中粗粒砂巖互層。

(3)第四系(Q)。中、上更新統松散覆蓋于基巖之上，分布在山坡及溝谷兩側。下部為更新統(Q2)黃土，暗紅色，含2～5層鈣質結核。上部為上更新統(Q3)黃土、黃褐色，垂直節理發育。呈帽狀分布于山頂或山坡上。

(4)構造。所在區整體上為單斜構造，底層總體走向為北西—南東，向南西傾斜，傾角3°～12°，一般為5°左右。區域主要斷層有玉門溝斷層從風聲河起經大虎峪玉門坑口七里溝至后毛兒溝逐漸消失。為一北西盤下降的正斷層，走向北70°～80°東，傾向北西，傾角54°～84°，斷距為18 ～30m，斷層長4 km;杜兒坪斷層東起杜兒坪礦井，切四達溝及小虎峪溝下游，經牛頭咀村南，偏橋溝村南，切廟前山及峪道川南山至并尖溝村南消失，全長約15.4 km，斷層走向北東45°～65°，傾向北西，傾角 60°～75°，斷距10～155m;風聲河斷層自西銘礦井邊切玉門溝口，為正斷層，傾向南東，切四達溝后消失，斷距5～25m。

2.4 含水巖組劃分及特征

碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水組：奧陶灰巖地下水屬西山巖溶水系統。地下水的補給來源為大氣降水入滲及北部汾河水的滲入，水位標高在799～924m左右，單位涌水量0.0004 ～53.13 L/s·m，一般常見值在0.62 ～10.9 L/s·m。碎屑巖類裂隙含水巖組：主要含水層為石灰系砂巖、石灰巖及二疊系、三疊系砂巖。按其埋藏條件分為裂隙潛水、裂隙承壓水。裂隙潛水含水層為基巖風化殼，一般含水微弱，據勘探水文地質試驗資料，單位涌水量為0.00078 ～0.091 L/s·m，滲透系數0.006～0.442m/d，地下水隨地形而變化，其補給來源為大氣降水。裂隙承壓水的補給來源主要是大氣降水，其次為裂隙潛水。

3 沿線公路病害的類型與原因分析

3.1 病害類型

(1)滑坡：滑坡體主要為二疊系上統上石盒子組(Ps2)和下統下石盒子組(Px1)的砂巖和泥巖、頁巖，巖石呈碎塊狀，裂隙極其發育，滑坡體內部寬大裂縫走向為18°～46°，傾角為75°～85°，滑坡體滑動主方向為 240°～350°，基本垂直路線方向。滑坡體基本為碎塊狀砂巖和泥頁巖組成，滑體表面不穩定，一經雨水的沖刷和物理的風化作用，表面易產生崩塌和泥石流，部分山體內部裂縫寬度達到10～20cm，山體內部裂縫與路面裂縫貫通并且向路基外側延伸，路面也發生沉陷，隨著采空的繼續影響，滑坡體可能隨著時間的增加而不穩定。

(2)崩塌：崩塌是影響路線的重要地質災害之一，由之而造成交通堵塞和路面受損事故曾屢次發生。沿路調察，不少路段處見有崩塌而造成的碎石擊坑。調查的結果表明，28 km的路段內，崩塌地段至少在35處以上，這說明在該路段范圍內，崩塌的危害是極為嚴重的。

(3)路基下沉：路段內路基下陷現象普遍，下陷比較嚴重的路面下沉深度在15～20cm，最大在50cm，在出現路面下沉的部位，路面開裂，路面板碎裂呈塊狀，沉陷面積有大有小，最小在30m2，大的延伸上百米。特別是在黃土覆蓋比較厚的地段，黃土陡壁的裂縫與沉陷地帶路基、路面的裂縫延伸在一起。沉陷地段由于雨水下滲的原故，在邊溝和路緣有時形成下陷洞、溝。

(4)坡面剝落：沿線所經地層為砂巖和泥頁巖互層，在出露泥頁巖的邊坡地段，一般都會出現剝落現象，剝落層為泥頁巖，泥頁巖表層易風化，形成巖屑，在坡度較陡的情況下沿表層剝落。

3.2 原因分析

(1)煤炭采空的影響。路線所經的地形地貌和地質特征均對產生滑坡極為有利，但在通常情況下，如果山體不受變形破壞，其上又有植被覆蓋，則邊坡尚能保持相對的穩定，還不至于發生較大范圍的滑坡。但路線所經地段下部為全部石炭系的山西組和太原組的煤系底層，而且煤層已經開采2～3層煤，其余煤層正在開采或即將開采，山體由于受煤層采空的影響，巖體破碎，山體內部裂縫貫通，山體發生沉陷變形，如果山坡因開挖而形成陡壁，致使陡壁之上的破碎巖石土處于臨空狀態，因而失去支撐點，雨水的降臨將會導致碎石土軟化成塑性狀態，使其摩擦角大大降低，從而產生沿裂縫或古斜坡面的下滑。但這種下滑在其開始階段并非表現為碎石土的整體下滑，而僅限于前緣部位，且滑動的范圍也往往較小。隨著前緣部位的滑動，致使其周邊和后緣部位處于臨空狀態，從而產生失穩和下滑，形成疊加于先前滑坡體之上的新滑坡體，于是滑坡的范圍得以擴大，滑坡體的體積也隨之增加。后緣和周邊部位的滑移，必將產生新的后緣和周邊，滑坡體的范圍和規模也會相應擴大，因此滑坡的形成和發展經歷了一個由小到大的擴展過程。滑坡體的滑動是牽引擴展式的，即在前緣滑坡體的牽引下，引起后緣滑坡體的失穩而產生新的下滑，并在下滑過程中形成了一系列的拉張裂隙。

在路段內，雖然山體均由砂巖和頁巖構成，在沒有煤炭采空的地區，砂巖和頁巖的節理、裂隙不發育或較發育，巖體基本穩定，不會產生大的崩塌。而在本路線所經地段的巖體受煤炭采空的影響，巖體在外力的物理作用下，裂隙極其發育，在多數地段內均成碎塊狀結構。具此種結構的巖體，在不受破壞的條件下，通常還是穩定的，但一旦處于懸空和臨空狀態則必將失穩。而且煤炭采空的影響還將繼續發展，一旦達到臨界狀態，產生崩塌是必然的。

在本路段內的路基下沉主要是煤炭采空影響形成的陷落坑，反映在路面上是路基下陷、板面破損以及路面上縱向、橫向的裂縫。

(2)其他因素的影響。在本路段的不少地段內，被開挖的山體高度均在15m以上，且開挖后的內邊坡陡峻直立，從而形成懸空的危巖。因此內邊坡陡峻、未設邊坡臺階和不適當的開挖方法乃是導致滑坡和崩塌的另一原因。而過大的臨空面則是地基下沉的又一原因。因為臨溝一側的公路正處在臨空面較大的部位上，所以也是路基下沉最嚴重的地段。

4 公路病害的治理方案

(1)卸載+擋墻。一般滑坡當滑坡體的滑移方向與公路的縱向延伸近于平行且其規模較小時，此時滑坡雖臨近公路，同時又有滑坡體滑向公路，但其量往往較小，還不至于對公路造成較大的危害，在此條件下，用普通重力式擋土墻即可達到預期目的。對于滑體體積大的滑坡，如果卸載能夠更好的解決問題，就把滑體卸載，在沒有別的好的治理方法時，卸載是最好的一種方法。

(2)上部抗滑樁+下部重力式擋土墻。該治理方案用于大型滑坡的治理。中部進行部分卸載，前緣部位設下部重力式擋土墻，上部設抗滑樁，周邊設排水溝，以達到治理目的。

(3)鋼筋混凝土錨桿擋墻式。該方案用于大中型滑坡的治理，其特點是在清理坡面危石之后，在滑坡的前緣段設置一道鋼筋混凝土錨桿擋墻，用以穩固滑坡坡腳和固定滑坡體。

(4)錨噴方案。該方案用于中小型滑、邊坡的治理以及崩塌的治理，其特點是在清理坡面危石之后，在滑、邊坡的坡面進行錨桿施工錨固坡面，然后進行掛網噴漿，達到穩固滑、邊坡體和崩塌體的作用。

(5)清理坡面。對于坡面剝落或對公路影響不大的小型崩塌和危石進行清理。

(6)壓力注漿。改善巖土力學性能的基本原理是用壓送手段把具有一定粘膠性能的水泥漿注入路基松疏的巖土及填挖交界面中，用以固結疏松的巖土和填挖交界面，提高巖土密實度及填挖界面的粘聚力，改善巖土的力學性能。同時注漿完畢后，留在路基中的鋼管，還構成了一群抗滑小樁體，從而防止了路基的沉陷及側向位移。

對于路段內的煤炭采空的治理，需要協調各個部門進行綜合治理。

［1］ 公路工程地質勘察規范(JTJ064-98).

［2］ 公路路基設計規范(JTG D30-2004).

［3］ 鐵路路基支擋結構設計規范(TB10025-2006).

［4］ 建筑邊坡工程技術規范(GB 50330-2002).