某下伏采空區(qū)公路滑坡變形機理分析及工程設(shè)計

覃 浩

（山西省公路局 臨汾分局勘察設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

0 引言

采空區(qū)上邊坡穩(wěn)定性有三種情況：產(chǎn)生滑坡或崩塌；雖然地表嚴重開裂但邊坡和山體仍長期保持穩(wěn)定；雖處采空塌陷區(qū)外側(cè)，但因位于塌陷盆地外邊緣鼓張區(qū)而發(fā)生地面隆起[1]。在工程實踐中，公路穿過下伏采空區(qū)的實例越來越多，這中間遇到的一個重要問題就是路基邊坡的穩(wěn)定問題及其治理對策。在資金充足的條件下，能夠完全采用《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細則》[2]和《公路路基設(shè)計規(guī)范》[3]的相關(guān)要求進行勘察設(shè)計。然而，主要受項目投資額度和公路等級等多種因素的限制，下伏采空區(qū)的公路路基失穩(wěn)問題可能需要采取新的工程措施來進行處理，達到既要考慮采空區(qū)影響，又要保證公路安全的目的。本文就是采用錨索微型樁擋墻對一處下伏采空區(qū)路基滑坡進行的工程治理，以期提供一個有用的工程設(shè)計實例，為類似地區(qū)公路滑坡的治理提供借鑒。

1 工程概況

某山區(qū)三級公路里程為K95+665—K95+805，該段路線以半填半挖路基形式通過，路基左側(cè)為填方，填方最寬處約20 m，厚度最大約13 m。據(jù)現(xiàn)場施工技術(shù)人員反映，該段路基自施工完成后就一直在緩慢下沉開裂，雖經(jīng)多次簡易處理，路面弧形裂縫一直在變寬，最寬處為15 cm，左側(cè)路肩處下沉最多達60 cm，左側(cè)的填方路基坡面也出現(xiàn)多道弧形拉張裂縫，寬度約20 cm。該滑坡已經(jīng)形成，正在緩慢變形發(fā)展中。

該段路基邊坡變形破壞嚴重，已危及該段公路的行車安全和順利交工，急需進行治理。

圖1 左側(cè)路緣石處下沉

2 工程地質(zhì)特征

2.1 基本特征

該滑坡平面形態(tài)上呈“長椅”形，主滑方向71°，與新建公路正交。該滑坡位于一山前洼地中后部，滑坡前側(cè)為一寬緩平臺，最寬處約110 m，已種松樹。剪出口位于填方坡腳處，發(fā)育鼓脹裂縫，寬度約15 cm，長度較短。滑坡后緣為新建公路中線附近，左半幅路面變形開裂嚴重，中后部裂縫已經(jīng)貫通。滑坡左側(cè)邊界清晰，有縱向剪切裂縫，右側(cè)邊界不清晰，以基巖出露處小型沖溝為界?；w縱向長約75 m，橫向?qū)捈s 140 m，厚度平均 14 m，面積為8.6×103m2，體積約 12.0×104m3，為中型中層堆積層工程滑坡。

2.2 地層結(jié)構(gòu)

經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露，滑坡區(qū)附近分布的地層主要為第四系人工填土（Q4me）、第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）、第四系全新統(tǒng)滑坡堆積物（Q4del）和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）。

2.2.1 滑體

滑體主要為路基填方和覆蓋層的碎石、塊石，母巖巖性為粉砂巖和泥質(zhì)砂巖，松散，粉質(zhì)黏土充填，碎石粒徑2～20 cm占70%，塊石粒徑約30 cm，含量約15%，局部架空，稍濕。

2.2.2 滑帶

滑帶為巖土界面的軟弱粉質(zhì)黏土，受地表水下滲后軟化形成滑帶。

2.2.3 滑床

滑床為強風(fēng)化中砂巖。灰色，長石、石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，薄層構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。

2.3 采空區(qū)

據(jù)附近煤礦提供資料顯示：該滑坡區(qū)正下方為煤礦運輸巷道，主要受到正在開采的五采區(qū)影響?；聟^(qū)位于目前五采區(qū)采空區(qū)外側(cè)，但屬于將來采空區(qū)范圍內(nèi)。該煤礦開采煤層為2號、3號、8號3個煤層，多層開采相互影響，采動變形嚴重。采煤方法為綜采一次采全高，頂板自然塌落?；聟^(qū)地面高程1 000～1 048 m，采煤頂板高程680～740 m，采深為260～320 m，總計開采厚10～12 m，綜合回采率80%，采深采厚比為26～27，不穩(wěn)定。按山西西山地區(qū)煤礦移動盆地的一般資料，移動角為69°～72°，目前五采區(qū)采空區(qū)影響周界距該滑坡最近處為65 m（如圖2中虛線范圍所示），但根據(jù)開采規(guī)劃，后期五采區(qū)的采空區(qū)將影響到該滑坡范圍內(nèi)50%左右坡體的穩(wěn)定（如圖2中粗線范圍所示），見滑坡區(qū)與采空區(qū)相對關(guān)系圖。并且，滑坡區(qū)所在場地區(qū)域巖體破碎，不利于采空區(qū)穩(wěn)定。綜上所述，目前滑坡的形成與下伏采空區(qū)沒有直接關(guān)系，但后期進一步開采，將導(dǎo)致該段公路發(fā)生塌陷。因此，工程治理方案應(yīng)考慮后期可能的采空區(qū)塌陷影響。

圖2 滑坡與采空區(qū)相對關(guān)系圖

3 滑坡的成因和穩(wěn)定性評價

3.1 滑坡的成因分析

研究分析影響該段滑坡穩(wěn)定的因素，目前主要為地形地質(zhì)條件、大氣降水和綠化澆灌、路基填方等，具體分析如下。

3.1.1 地形地質(zhì)條件

項目區(qū)原地形較陡，該段路基填方位于一洼地后部邊坡上，原坡面較陡，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地層主要為路基填方的粉質(zhì)黏土夾碎塊石、砂巖和泥巖，強度低，因此，巖土界面的粉質(zhì)黏土為易滑地層，復(fù)雜的地形地質(zhì)條件為坡體滑動提供了有利條件和地質(zhì)背景。

3.1.2 大氣降水和綠化澆灌

項目區(qū)氣候?qū)贉貛О敫珊荡箨懶詺夂?，年均降水?00 mm左右，降雨主要集中在7—8月，雨季時降雨集中，降雨強度和降水量大。降雨以及森林公園綠化澆灌用水入滲到坡體內(nèi)，一方面增加坡體重度，另一方面粉質(zhì)黏土軟弱層遇水軟化、解體，大大降低了坡體的抗剪強度。

3.1.3 路基填方

西山農(nóng)村旅游及防火通道公路路基填方加載，改變了自然坡體的平衡狀態(tài)，為滑坡的形成提供了滑動空間，使坡體的穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致坡體沿不利的軟弱地層產(chǎn)生變形和滑動。

如上所述，復(fù)雜的地形地質(zhì)條件是滑坡形成的主要內(nèi)因，人工填方改變自然坡體的平衡狀態(tài)、大氣降水和綠化澆灌是滑坡形成的主要外因。在內(nèi)外因共同作用下，形成滑坡災(zāi)害。

3.2 滑坡的穩(wěn)定性分析與評價

根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011），按滑體厚度、體積和滑體組成物質(zhì)分別對滑塊進行分類，該滑坡為中層中型堆積層滑坡。

結(jié)合類似滑坡治理工程經(jīng)驗及滑坡反算成果，選取如下參數(shù)對該滑體主滑斷面的穩(wěn)定性進行了計算：根據(jù)野外大重度試驗測定滑坡體容重為19 kN/m3，計算中碎塊石天然容重取19.0 kN/m3，飽和容重為19.6 kN/m3。取穩(wěn)定系數(shù)K=0.99，滑面內(nèi)黏聚力c=14 kPa，φ=18°，主體斷面上該滑體的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1[4]。

采用不平衡推力法進行計算，滑坡計算條分圖見圖3，滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算一覽表

圖3 滑坡主斷面條分圖

經(jīng)綜合分析，判定該段滑坡在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或持續(xù)降雨狀態(tài)下以及地震狀態(tài)均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡的治理設(shè)計

4.1 滑坡下滑推力計算

經(jīng)計算，在設(shè)計支擋工程位置的下滑推力計算結(jié)果如下，并以3種工況下的最大值作為設(shè)計滑坡推力。

表2 滑坡剩余下滑推力計算結(jié)果一覽表

4.2 滑坡治理工程設(shè)計

根據(jù)勘察報告可知，該段滑坡滑體松散，其物質(zhì)成分主要為粉質(zhì)黏土夾碎石，在區(qū)內(nèi)降雨及綠化澆灌等不利因素影響下，后部變形嚴重，且一直在緩慢發(fā)展中。附近煤礦五采區(qū)的下一步開采將影響到該滑坡約50%的坡體穩(wěn)定。

為了保證該段公路安全穩(wěn)定，需要對該段滑坡進行加固支擋。受本項目投資額度限制，沒有條件對該段下伏采空區(qū)進行工程治理。之所以擬定錨索微型樁擋墻進行滑坡治理，是考慮該種結(jié)構(gòu)能將路基形成一個整體，即使將來下伏采空區(qū)發(fā)生塌陷，該段路基只可能出現(xiàn)因采空區(qū)區(qū)域沉陷導(dǎo)致的整體下沉，而不會出現(xiàn)局部塌陷而威脅到公路安全。

因此，該滑坡治理采用微型樁擋墻對該段路基進行抗滑支擋，同時采用嵌入式水工磚對該段進行鋪砌，待采空區(qū)穩(wěn)定后再鋪筑瀝青混凝土路面。

4.2.1 抗滑支擋工程

在左側(cè)路肩外側(cè)設(shè)置一道微型樁擋墻進行抗滑支擋，墻高3.0 m，埋深3.0 m，頂寬1.5 m，面坡坡率1∶0.25，背坡直立。擋墻墻身配筋，采用C30混凝土澆筑。距墻頂1.0 m的位置設(shè)一排錨索進行加固，錨索孔橫向間距6 m，錨索長18 m，錨固段10 m，孔徑130 mm，孔內(nèi)設(shè)6根φs15.2無黏結(jié)鋼絞線，采用M30純水泥漿壓力注漿。擋墻基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置微型樁，微型樁共3排，采用梅花型布置，行距0.75 m，排距1.0 m，微型樁長18 m，其中1.5 m伸入到擋墻內(nèi)。微型樁樁徑為130 mm，內(nèi)設(shè)3束φ28鋼筋，注漿采用M30水泥砂漿灌注，注漿終止壓力0.3 MPa。微型樁擋墻共計135 m。

4.2.2 路面修復(fù)工程

清除填方范圍內(nèi)現(xiàn)有的瀝青路面，重新平整基層，上方鋪設(shè)10 cm厚的砂石墊層，最后鋪砌嵌入式水工磚。鋪砌水工磚路面長度約140 m。

該段滑坡治理工程已于2013年10月順利完工。根據(jù)竣工后的定期監(jiān)測資料，坡體已經(jīng)穩(wěn)定，治理工程取得了圓滿成功。

5 結(jié)語

本文在分析某下伏采空區(qū)路基滑坡變形機理的基礎(chǔ)上，主要采用了錨索微型樁擋墻對下伏采空區(qū)滑坡進行加固支擋。這種錨索微型樁擋墻能將路基形成一個整體，即使將來下伏采空區(qū)發(fā)生塌陷，該段路基只可能出現(xiàn)因采空區(qū)區(qū)域沉陷導(dǎo)致的整體下沉，而不會出現(xiàn)局部塌陷而威脅到公路安全。這一工程實例可以在兼顧采空區(qū)后期塌陷影響的基礎(chǔ)上保證新建公路的穩(wěn)定安全，可為采空區(qū)地區(qū)公路的勘察、設(shè)計和施工技術(shù)的完善提供詳實的實踐資料。