某高速膨脹土路基穩(wěn)定性評價及整治措施探討

胡俊波 李方明

(四川省樂山圣達(dá)水利水電有限責(zé)任公司，四川樂山 614000)

1 工程概況

南部—成都高速公路K124+870 m～K124+980 m段路塹坍塌范圍:K124+900左側(cè)人工邊坡處，長度約10.00 m～12.00 m，寬約8 m ～10 m，面積約99 m2，滑體平均厚度約3.0 m ～4.0 m，體積約376 m3;K124+940左側(cè)人工邊坡處，長度約24.00 m～26.00 m，寬約18 m～20 m，面積約475 m2，滑體平均厚度約4.0 m～6.0 m，體積約2 375 m3，另外在K124+850左側(cè)還發(fā)現(xiàn)另一滑坡。右側(cè)人工邊坡也發(fā)生垮塌、滑移現(xiàn)象，其主要垮塌點(diǎn)也呈兩處，共同組成一個垮、滑區(qū)，整體范圍長約12.00 m～14.00 m，寬約40 m～42 m，面積約 533 m2，滑體平均厚度約 6.0 m ～ 6.5 m，體積約3 465 m3;上述滑坡均屬小型土體滑坡。滑坡后緣橫向呈坎狀，一般坎高約0.5 m～1.5 m不等，縱向呈弧狀，地表近后緣見多條拉裂隙，前緣剪出口為人工邊坡坡腳。

2 垮塌、滑移成因分析

從地面調(diào)查及鉆孔揭露地質(zhì)條件看，路塹區(qū)兩側(cè)人工邊坡開挖坡降比約1∶(1.20～1.25)，主要垮塌段位于路塹區(qū)微沖溝地段，人工邊坡坡體為粉質(zhì)粘土及粘土組成，屬土質(zhì)邊坡。因該段地處微沖溝地段，大氣降水及坡面地表水體主要向微沖溝低洼地排泄，現(xiàn)向路塹開挖兩側(cè)坡底匯聚排泄，同時由于坡頂?shù)乇黹L期有地表水體(稻田水、水塘水)匯集，以及向土層緩慢滲透;而土體主要為相對隔水的粘性土分布，且具有遇水膨脹的特性，在地表水長期滲透下，土層中含水量相對較高，局部形成不同水面的地下水滯水帶，形成不同的軟化面，據(jù)土工試驗(yàn)成果，該區(qū)段土體抗剪強(qiáng)度相對較低，且變化較大(一般為C=13 kPa～33 kPa;φ=7.8°～15.7°)，故土體邊坡坡體自穩(wěn)定性相對較差。垮塌區(qū)地段左側(cè)斜坡坡頂?shù)咎飬^(qū)有三條排水水渠流向人工坡面，使該地段土體抗剪性質(zhì)進(jìn)一步變差，左側(cè)則為水塘，且水塘臨坡面堤壩為新近堆積，穩(wěn)定性較差，施工期間坡面截、排水設(shè)施尚未完善。在遇到持續(xù)暴雨的作用(2011年7月～8月期間，遭遇特大暴雨襲擊，降雨強(qiáng)度大，持續(xù)時間長)，在地表水體強(qiáng)沖刷及地表水下滲軟化土體共同作用下，引起人工邊坡土體沿不同的受力面產(chǎn)生坍塌、滑移現(xiàn)象。

從上述現(xiàn)象分析。K124+870 m～K124+980 m段路塹產(chǎn)生變形的主要原因是:該段路塹地處微沖溝地段，且為小區(qū)域的匯水地段，而該路塹段橫切微沖溝，使路塹區(qū)局部原地應(yīng)力平衡被打破，路塹段原土體抗滑阻力消失，兩側(cè)人工邊坡為應(yīng)力重點(diǎn)釋放地段，兩側(cè)邊坡下滑作用加大，斜坡土體產(chǎn)生了不同的受力面;而兩側(cè)地表為主要匯水地段，現(xiàn)為稻田、水塘區(qū)，地表水體較豐，受地表水體長期入滲影響，土體中粘性土含水量較高，粘性土遇水膨脹，其抗剪強(qiáng)度較低，而下部主要為結(jié)構(gòu)不均勻粘土，具隔水性質(zhì)較強(qiáng)、變化較大，易形成不同水面的上層滯水，軟化土體，使局部土體抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低;綜上所述，該路塹段土體間在不良工況下力學(xué)平衡易被破壞，從而誘發(fā)土體蠕動、滑移變形，導(dǎo)致斜坡坡面拉裂、垮塌、滑移。

3 垮塌、滑移區(qū)的穩(wěn)定性評價

3.1 滑面(滑帶)的確定

從鉆探揭露及地面調(diào)查情況來看，該區(qū)段上部土體主要為粉質(zhì)粘土，受地表水體的影響，含水量相對較高，主要為軟塑狀;中下部主要為粘土，一般呈可塑狀，局部硬塑，因具較強(qiáng)的隔水性質(zhì)，易形成不同的上層滯水帶，在土體中易形成不同的軟化面(土體呈軟塑及流塑)，且不均勻分布，同時減小了土體的抗剪強(qiáng)度，使中下部形成不同的潛在滑面。因此分析評價時將含水率偏高的軟塑狀粘土(或具擾動痕跡的土體)作為滑面(帶)，其下部可塑狀粘土作為滑床。

3.2 滑帶土指標(biāo)參數(shù)的選用

根據(jù)土工試驗(yàn)成果統(tǒng)計資料，在計算時建議滑體土天然重度采取 19.5 kN/m3。

滑帶土抗剪強(qiáng)度取值:因土體含水率高，多呈軟塑狀，利用殘剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果指標(biāo)，成果統(tǒng)計:C=11 kPa～14 kPa，平均12.5 kPa;φ=6.2°～8.5°，平均 7.4°。利用人工邊坡穩(wěn)定系數(shù)反算抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C，φ值。

據(jù)訪問:兩側(cè)人工邊坡開挖基本成形后，斜坡坡體處于基本穩(wěn)定階段，坡體未見變形、開裂等現(xiàn)象，在多次暴雨作用下人工邊坡發(fā)生垮塌現(xiàn)象，故根據(jù)該段路塹開挖后K124+940(3—3')橫剖面左右兩側(cè)實(shí)際開挖斜坡反算抗剪強(qiáng)度成果，在反算時，滑帶土:天然重度采取19.5 kN/m3，飽和狀態(tài)重度取 20.5 kN/m3，滑面呈圓弧狀，按拆線法反算成果。滑帶土抗剪強(qiáng)度取值:土體含水率高，多呈軟塑狀，按快剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果指標(biāo)試算:天然狀態(tài)C=12 kPa;φ=6.5°;飽和狀態(tài):C=8 kPa;φ=6°。

3.3 路塹段垮塌區(qū)穩(wěn)定性評價及滑坡剩余下滑力計算

現(xiàn)場調(diào)繪情況分析，路塹區(qū)人工邊坡垮塌的主要原因是，斜坡主要為粘性土組成，其土體含水量較高，抗剪強(qiáng)度較低，地形、地貌處于易受不良工況影響地段，在遇持續(xù)降雨(暴雨)沖刷作用下，引起公路路基兩側(cè)斜坡土體產(chǎn)生推移式滑坡。

根據(jù)土體取芯室內(nèi)土工試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，以及斜坡穩(wěn)定性反算成果，綜合分析，建議自然狀態(tài)下斜坡土體按潛在滑面抗剪強(qiáng)度指標(biāo):天然狀態(tài)快剪 C=12 kPa，φ=6.5°;飽和狀態(tài)殘剪 C=8 kPa，φ=6°進(jìn)行現(xiàn)狀穩(wěn)定性計算。

根據(jù)地面調(diào)查綜合取3—3'剖面分左右兩側(cè)分別對滑坡堆積體在自然條件下及不良工況下試算:

按快剪指標(biāo)平均值取 C=12.0 kPa，φ=6.5°進(jìn)行穩(wěn)定性試算，計算得到穩(wěn)定性系數(shù)分別為:左側(cè)現(xiàn)坡面3—3'剖面(左右側(cè))，K=1.18;左側(cè)現(xiàn)坡面 3—3'剖面(左、右側(cè))，K=1.85 ～4.60;處于穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)分析狀態(tài)結(jié)論基本相符。而暴雨工況條件下假定滑帶土處于飽和狀態(tài)按殘剪指標(biāo)平均值取C=8.0 kPa，φ=6.0°進(jìn)行穩(wěn)定性計算，計算得到穩(wěn)定性系數(shù) K=1.36～3.39;表明在暴雨工況條件下垮、滑區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)坡面狀態(tài)上述分析結(jié)論基本相符。

各種工況條件下假設(shè)安全系數(shù) K值分別取1.05，1.10，1.15，1.20，1.25時對剖面各塊段不同的剩余下滑力計算，見表1。

表1 不同安全系數(shù)情況下剩余下滑力

3.4 工程荷載條件下滑坡堆積體評價

勘察路塹段上下兩端見K1c地層粉砂質(zhì)泥巖出露，中段主要為坡洪積堆積粘性土。兩側(cè)人工邊坡主要地處微沖溝地段，受地表水影響，中段土體含水量較高，抗剪強(qiáng)度較低，且沿微沖溝基巖面呈傾斜狀，其坡角約30°～35°，使地下水向路塹區(qū)匯聚，而地表主要為稻田、水塘區(qū)，長年地表水體較豐富，長年入滲對斜坡土體穩(wěn)定影響較大，故斜坡土體抗阻力變化較大，因此線路通過該地段需重點(diǎn)考慮不良工況對斜坡的影響，應(yīng)加強(qiáng)對人工邊坡抗滑加固處理，處理方式可采用在路基兩側(cè)設(shè)置擋墻并設(shè)置好截、排水溝。

4 整治措施

據(jù)前述分析，建議治理方案如下:1)攔截和排泄地表水:在斜坡體后緣及路基兩側(cè)邊界重新設(shè)置排水溝，疏通垮塌區(qū)后部及公路兩側(cè)的地表水，使地表水暢通的流經(jīng)該區(qū)段，以避免地表水下滲流入斜坡土體中。2)永久支擋工程+坡面防護(hù)建議:處理方式可采用重力式擋墻支擋人工邊坡地段，即在路塹兩側(cè)人工邊坡坡腳設(shè)置擋墻工程支擋+坡面防護(hù)。擋墻構(gòu)筑物基礎(chǔ)宜進(jìn)入基底中風(fēng)化巖石中，具體應(yīng)根據(jù)土體壓力及抗傾覆要求計算確定，同時土體壓力應(yīng)充分考慮斜坡坡頂水塘水(稻田水)水體壓力;坡面防護(hù)可采用錨桿框格梁+綠化措施或者采用漿砌卵石護(hù)坡方式，同時設(shè)置足夠的泄水孔。施工過程中嚴(yán)禁大范圍同時開挖，宜分段開挖分段支護(hù)，同時避免施工用水下滲軟化土體，避免誘發(fā)新的滑坡的產(chǎn)生。3)支擋工程施工前，可先進(jìn)行后緣及兩側(cè)邊界坡體上的排水溝施工，排水工程應(yīng)盡量減小對斜坡坡體的沖刷作用。4)支擋工程宜分段進(jìn)行，并由該路塹兩側(cè)向中部延伸進(jìn)行。5)支擋工程設(shè)計應(yīng)充分考慮路塹段所處地形地貌條件及兩側(cè)地表為常畜水地段這一特定條件，同時充分考慮斜坡坡頂水壓力變化較大，水塘地表水對斜體的壓力影響因素等，并確保基礎(chǔ)嵌入持力層設(shè)計深度，確保支擋構(gòu)筑物滿足抗滑及抗傾覆要求。6)從垮塌段穩(wěn)定性驗(yàn)算成果表明，滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)受水的影響而降低，暴雨直接沖刷作用對人工邊坡穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性的控制作用，因此建議對地表水進(jìn)行合理的輸、排，同時加強(qiáng)斜坡坡體表面的防滲工作，防止地表水下滲軟化路基及土體，以利于路塹兩側(cè)斜坡的穩(wěn)定。

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