鄭少高速高填方路堤滑坡判定及處治研究

費月英 李建國 韓富疆 柴 智 惠 嘉 李欽棟

(1甘肅交通職業技術學院，甘肅 蘭州 730070；2新疆交通建設管理局，新疆 烏魯木齊 830049；3交通運輸部科學研究院，北京 100029；4安徽交通職業技術學院，安徽 合肥 230000）

高填方路堤滑坡是公路常見病害之一，特別對處于軟弱土地基上的路堤，發生滑坡的概率更大。路堤滑坡往往損失巨大，嚴重影響正常公路交通，因此，研究高填方路堤滑坡成因機制、相關應對處治措施及處治效果，具有重要的現實意義[1-3]。

以河南鄭少高速路鄭州-新密段一個出現裂縫的高填方路堤為研究對象，研判其邊坡穩定狀況，分析邊坡滑動的可能性，提出滑坡的處治措施，并研究處治效果，為相似公路病害處治提出可行方案。

1 路堤概況

鄭少高速路連接鄭州與登封少林寺，線路所經地區地形地貌、地質條件較為復雜，土質分布多為第四系全新統及上更新統沖積黃土狀粘土，存在濕陷性、膨脹性等問題。

圖1 K11+280段現場裂縫及邊坡情況

公路K11+280段高填方路堤位于鄭州市—新密市之間山前沖溝地段，為二級深填方路段，路基底部為第四系沖洪積亞粘土。現場調研發現，K11+280段一級路堤頂部已出現明顯長裂縫，裂縫弧頂距離路緣約6m，路堤邊坡外鼓，坡面漿砌片擠碎破裂，出現可辨識的滑坡邊界。路段現場邊坡形態及裂縫情況如圖1，路段地質剖面圖見圖2，路堤軟弱段特征值見表1。

圖2 K11+280段地質剖面圖

2 路堤穩定性計算分析

基于強度縮小理論的有限元法，采用MIDAS系列軟件中的GTS對路堤邊坡進行穩定計算分析[2]。將路堤邊坡土體實際強度參數с0，φ0同時除以折減系數F，得到折減后新的с，φ值，然后將折減后的с1，φ1值作為新的材料參數代入有限元試算，計算公式如式(1)和式(2)。如果計算結果為收斂，則增大F值取值，采用前述相同方式再試算，直到有限元計算結果不收斂為止。當由于強度參數縮小而造成有限元計算結果不收斂，說明此時土體已達臨界極限狀態，邊坡將發生剪切破壞。通過上述計算分析，可得到路堤邊坡土體的臨界滑動面位置，路堤邊坡的剪切變形曲線，邊坡應力位移情況和邊坡安全系數值[2,4]。

表1 K11+280段勘探相對軟弱帶特征一覽表

參照實際路堤填土的土工參數，以K11+280右段路堤邊坡已有滑坡體滑動面上下位置為已知條件進行建模，模型邊界采用鉸支約束，且允許表面及內部所有單元產生變形，具體有限元模型如圖3 (a)所示。建模后，將土工參數代入有限元進行計算，得到邊坡的剪切變形圖。計算得到，當邊坡穩定安全系數為0.875時，c=25kPa，φ=22°，所得最大剪應變處滑移面與現場實際情況基本吻合，如圖3 (b)所示。

圖3 K11+280右段路堤邊坡穩定性模擬分析

由模擬計算結果可見，K11＋280高填方路堤第一級邊坡穩定安全系數小于1，安全系數值已低于規范要求，在圖2中已出現可能的滑移帶，該路堤可能已出現邊坡內部滑動。

3 路堤現場地質勘查

通過現場地質調查與工程鉆探，化工部鄭州地質工程勘察院對K11＋280高填方路堤進行勘查，提交《鄭少高速公路K11＋280高路堤路面裂縫工程地質勘察報告》，給出具體地勘軟弱帶數據，如表1。

根據現場勘探結果，路堤填土層中存在明顯軟弱帶①-1。該軟弱帶c，φ值分別為c=19.6kPa，φ=24.2°，與上述用有限元計算得到的邊坡c，φ值接近，地勘結果進一步印證了有限元模擬結果，K11＋280路堤內出現滑移帶，滑移帶土體松軟。

綜合前述現場情況、模擬分析及地勘結果，K11＋280高填方路堤邊坡已部分失穩，可能已發生內部滑移，造成路堤頂部產生裂縫、坡面破裂外鼓，該情況如果不及時處理，極有可能造成路堤邊坡的整體失穩破壞，發生整體邊坡滑塌。因此，有必要盡快采取有效措施，防止路堤整體滑塌。

4 路堤加固方案及穩定性評價

基于有限元分析結果和勘察報告，結合《建筑基坑支護技術規程》，研究提出壓密注漿加土釘的路堤加固方案。首先在松軟路堤土中注入水泥漿液，使水泥漿充分分散于路堤土中，待其膠凝固結包裹土體后，與土體形成固結的整體，水泥固化土整體性、抗變形能力和抗剪切能力顯著增強；之后再用土釘將路堤內部已滑動體與水泥固化土緊密相連，形成整個路堤完整一體，路堤強度與整體性顯著提高，有效提高其拉剪性能[5-8]。具體方案和相關參數如下：

1)注漿擴散半徑及深度：注漿擴散半徑為1m，注漿有效深度為15m。

2)布孔方式：各注漿孔采用梅花樁布孔方式，各孔間距均為1m。

3)注漿壓力：起始注漿壓力約0.2MPa，穩壓后約1.0MPa，穩壓時間需持續30分鐘。

4)注漿用料及注漿量：注漿膠結料采用425普硅水泥，水灰比0.25，單孔注漿量約2167L。

5)土釘長度及錨固角：土釘長度為15m，錨固角20°。

6)土釘孔徑及間距：土釘孔徑100mm，橫向間距1.7m，豎向間2m。

7)土釘主筋類型及直徑：二級螺紋鋼，直徑30mm。

8)土釘用料：采用425#早強普硅水泥制漿，水灰比值0.25，摻高效減水劑、早強劑和適量膨脹劑。

K11＋280路堤壓密注漿加土釘加固處治剖面示意圖見圖4。

仍運用MIDAS有限元軟件對K11+280壓密注漿加土釘加固處治段路堤進行穩定性分析，考慮車載與地震力的影響，土釘單元按鋼筋混凝土選取，有限元建模和穩定分析結果如圖5。

圖4 K11+280段壓密注漿加土釘加固處治示意圖

圖5 K11+280加固處治后邊坡穩定性模擬分析

由上述有限元穩定性分析可見，K11＋280段加固處治后，邊坡穩定安全系數大于1，邊坡穩定可靠，滿足《公路工程抗震設計規范》和《公路路基設計規范》的要求。說明加固處治后，路堤邊坡穩定性增強，邊坡滑坡滑移問題解決，道路可正常使用。

5 結 語

1)通過鄭少高速K11＋280路面裂縫及路基滑動情況的分析認為，高填方路堤邊坡已部分失穩，可能已發生內部滑移，路堤頂部產生裂縫、坡面破裂外鼓，路堤填土邊坡已處于極度危險不穩定狀態；

2)采用壓密注漿加土釘方案對路堤進行加固，通過有限元分析后得知加固后路堤邊坡穩定性增強，邊坡滑移危險解除，加固效果良好。

[1]成永剛,吳六政,趙曉彥,高速公路路堤滑坡成因及治理方案研究[J].鐵道工程學報,2015,204(9):25-29.

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[4]鄭穎人,趙尚毅,張魯渝.用有限元強度折減法進行邊坡穩定分析[J].中國工程科學,2002,4(10):57-61.

[5] Dun can JM, State of the Art: Limit Equilibrium and Finite Element Analysis of Slopes[J].Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1996, 122 (7):577-596.

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