國道317線某崩塌堆積體路段穩定性分析與加固措施研究

姚　強， 沈軍輝， 鄭國強

(1.四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院， 四川成都 610017；2.成都理工大學環境與土木工程學院，四川成都 610059)

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國道317線某崩塌堆積體路段穩定性分析與加固措施研究

姚強1, 2， 沈軍輝2， 鄭國強1

(1.四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院， 四川成都 610017；2.成都理工大學環境與土木工程學院，四川成都 610059)

【摘要】國道317獅子坪水電站庫區公路K847+720～K847+830段建基于厚層堆積體斜坡之上，因庫水位變化引起坡體變形，導致路基、路面出了明顯的變形破壞，嚴重影響通行與運營安全。文章通過對變形坡體的物質組成、結構特征以及既有工程措施等因素的研究分析，闡述了其變形機理，認為病害由水庫水位變化引起的岸坡坍塌-后退式滑移變形所致；在此基礎上評價了路基的穩定性，提出并討論了加固處治措施的組成及設計原則。研究成果可為類似路基病害的成因機制分析與加固處治提供參考。

【關鍵詞】國道317線；庫區公路；路基病害處治；錨索抗滑樁

斜坡及地基欠穩定導致的路基沉陷、開裂是山區公路常見的工程地質問題，尤其在水庫庫水影響下的土質斜坡路段較為頻發。國道317線獅子坪水電站庫區公路K847+720～K847+830段病害工點，路基填筑于厚層崩塌堆積體之上，受蓄水導致的塌岸影響，路基、路面出現了明顯的變形破壞，盡管前期采取了臨時加固措施，使變形得到了一定的控制，但隨著庫水位上升及變幅的增大，變形持續發展，嚴重影響到公路的通行與運營安全，亟待加固處治。本文在對坡體結構與變形特征調查分析的基礎上，闡述了變形的原因，對路基的穩定性進行了評價，提出并討論了相關加固措施的組成與設計原則。

1路基工程地質條件

變形路段位于厚層崩塌堆積體后緣，內側斜坡陡立，外側臨空，高出河床底面60.0～70.0 m(圖1)。

圖1　病害路段全貌

該段斜坡覆蓋層厚度2.0～15.0 m，局部達20.0 m以上，主要為崩坡積塊碎石土，結構松散，干燥，粒徑6.0～10.0 cm者居多，約占45 %～55 %，大者25.0～30.0 cm，約占10 %～20 %，其余為礫石、砂、粉質黏土等充填。下伏基巖為三疊系中統雜谷腦組變質砂巖夾板巖，薄～中厚層狀，陡傾坡內，強風化帶厚度3.0～5.0 m。公路填筑于覆蓋層之上，填土厚度4.0～13.2 m，主要成分為變質砂巖塊碎石夾土，部分夾砂，結構松散，干燥，塊碎石含量50 %～60 %。公路內側基巖出露，外側路肩處設有擋土墻，墻基置于土層內，墻址外側設有鋼管樁(前期臨時加固措施)。下部斜坡堆積有鄰近隧道洞碴，厚薄不均(圖2)。

圖2　典型地質橫剖面

2路基變形的原因及穩定性分析

2.1變形特征

水庫蓄水后，路基、路面出現了明顯的變形破壞。為保證通行，采取了錨桿(索)豎(框架)梁與鋼管樁等臨時措施對既有路肩擋土墻及其基礎進行加固，使變形得到了一定控制。隨著水位上升至設計初期水位2 490 m，變形持續發展，路面出現了貫通的圈椅狀裂縫，張開達5.0～15.0 cm，并出現20.0～40.0 cm的下錯，路基外側既有路肩擋土墻出現下沉、錯斷，鋼管樁頂聯系橫梁多處斷裂(圖3、圖4)，亟待加固處治。

圖3　路面裂縫

圖4　既有加固結構上的裂縫

2.2原因及破壞模式分析

根據坡體結構與變形特征分析認為，路基范圍的潛在滑動面位于基覆界面附近，向下則為切穿松散坡體的剪切面，位于覆蓋層內部。變形破壞模式及類型為坍塌-后退式滑移復合型。

坡體自身穩定性不足是導致變形的主要原因。首先，變形路段原始斜坡高陡，具備較好的臨空條件。路基填筑于松散崩坡積堆積層之上，填筑體與下部土體密實度均較低，壓縮變形大，抗剪強度低。其次，基覆界面坡度較陡，對斜坡穩定有較大不利影響。隨著水庫水位的上升，水下松散坡體處于飽和狀態。當水位下降(尤其是水位驟降)，抗滑力降低，動水壓力導致下滑力增大，極大的降低了坡體的穩定性。加之塌岸導致坡體下部出現了新的臨空面，造岸類型表現為坍塌-后退式滑移。另外，雨季持續集中降雨導致坡體重度增加，強度降低，也加劇了斜坡的變形破壞。

2.3穩定性分析與評價

基于上述分析，選取典型最不利斷面進行穩定性及剩余下滑力計算，采用傳遞系數法，計算參數取值依據地勘成果由試驗與反分析綜合確定(表1)。

表1　 穩定性計算參數取值

計算安全系數的選取充分考慮了公路等級，依據規范在天然工況下取1.15，暴雨工況下取1.10，地震工況下取1.05。分別計算上述三種工況下不同蓄水水位條件下的斜坡穩定性與剩余下滑力，計算結果如表2所示。

表2　穩定性計算結果

據穩定性計算結果，未蓄水時(2 460 m)，僅坡腳部分土體浸水，庫水對斜坡影響較小，坡體整體處于基本穩定狀態；在初期蓄水時(2 490 m)，天然工況斜坡處于欠穩定狀態，暴雨及地震工況下坡體處于不穩定狀態。這與勘察期間路基的變形破壞特征相吻合；正常蓄水位時(2 540 m)，其穩定性更差。

因前期最高水位為2 490 m，后降至2 460 m，水位變幅達30 m，路基、路面及上下坡體均出現了明顯的變形破壞，說明坡體已處于不穩定狀態，如繼續蓄水至2 540 m，則其穩定性將進一步下降，道路有可能隨整個變形坡體滑入庫區，導致交通中斷。

3加固處治措施

如表2所示，斜坡整體下滑力巨大，對整個斜坡進行支護難度較大且沒有意義。考慮到加固主體為公路，將加固體系設于公路外側一定范圍，產生剩余下滑力的土體僅考慮加固體系以內的部分，外側則不做處理，也不考慮其對加固體系的被動土壓力。

采用抗滑樁平衡剩余下滑力與土壓力計算值的較大值，為減小抗滑樁的最大彎矩，盡量縮短其懸臂段，同時，在樁端設置錨索以改善其受力。抗滑樁頂以上采用錨桿及豎梁加固既有擋土墻，以平衡擋土墻段的填土壓力；采用錨索框架梁加固既有鋼管樁，以提高其支護能力，確保土體不越過樁頂出現剪切滑移，保證抗滑樁施做平臺的安全。從下至上，由整體到局部均獨立計算下滑力與抗力，安全系數根據相關規范取值。上述措施施工完成后，再對路床與路面進行翻壓、重鋪。考慮到庫水位大幅升降對邊坡穩定性的影響，要求在處治措施完工前，庫水位基本維持在現有水位高程，變化幅度控制在較小的范圍內。處治措施立面布置圖與典型橫斷面圖見圖5、圖6。

圖5　處治措施立面布置

圖6　典型橫斷面

4結論

國道317獅子坪水電站庫區公路K847+720～K847+830段路基病害是由庫水位變化引起的岸坡坍塌-后退式滑

移變形所致，坡體已處于不穩定狀態，如繼續蓄水至2 540 m，則其穩定性將進一步下降，有可能導致交通中斷。采用了錨桿(索)豎(框架)梁、錨索抗滑樁以及排水設施的處治措施，并于2012年底施工完成，通過近三年的持續觀測，路基、路面變形未進一步發展，加固處治效果良好。本文的研究成果對水庫岸坡公路的選線及建基于堆積體之上的公路設計具有一定的參考意義。

參考文獻

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[作者簡介]姚強(1982～)，男，碩士，主要從事地質工程巖土體穩定性方面的勘察設計及研究工作。

【中圖分類號】U461.1+6

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-01