某高速公路山區軟土路基失穩原因分析

王佳

摘 要：山區軟土一般具有分布范圍小、厚度變化大的特點，在山區修建高速公路、鐵路時往往會遇到路基穩定性的問題。目前，山區軟基穩定理論研究尚滯后于工程應用實踐，還需要進一步探索與完善。文章針對山區軟土路基滑塌失穩案例，通過分析指出滑塌失穩是由于不利地形地貌、軟土橫向分布不均、填筑速率過快導致軟土強度增長與荷載增加不匹配、缺少路基穩定監控所引起，可供類似工程借鑒參考。

關鍵詞：滑塌失穩 路基填筑施工 軟基監控

1.引言

我國分布有大量山區地貌，這些山區溝谷地帶往往發育有湖積、沖積、坡積相的軟土，山區軟土一般具有分布范圍小、厚度變化大的特點。這是由于山區軟土一般發育于山間溝谷狹小地帶，受周邊地形、地貌條件的約束，軟土分布面積一般較小，而受山區地勢陡峭影響，軟土分布厚度變化大。在山區修建高速公路、鐵路時往往會遇到路基穩定性的問題。因此，亟需對滑塌原因進行分析，以有效規避此類風險。

2.工程概況

2.1路基失穩基本情況

某高速公路黃田互通AK0+618～AK0+700穿過山間溝谷，路基填高約7m，路面寬度為15.5m，采用袋裝砂井+超載預壓處理，砂井長度8～10m，超載厚度1.8m。該路段在進行路基超載填筑后發生了滑塌，左側坡腳魚塘泥出現大面積隆起。滑塌最嚴重的位置發生在AK0+635～AK0+665路段，左側4/5的路基發生坍塌，只剩下右側1/5的路基未滑塌，路基土體在橫向形成大大小小的滑坡臺，滑塌后形成許多裂縫和臺階，最大臺階高達到6m。

2.2地形地貌

此路段線路近南北走向，橫穿山間洼地，地勢低洼，路基經過處多為魚塘，兩側與山體斜交，山間軟土分布變化較大，厚度相差較大。滑塌區右側為山坡，左側為魚塘和洼地，存在滑動臨空面。

2.3工程地質條件

路基滑塌后，采用雙橋靜力觸探進行了補充勘察，結合工程地質報告AK0+610鉆孔成果，本路段自上而下地層如下：

①-1人工填土：淺灰色，主要為亞粘土，含少量砂礫，稍有壓實，為魚塘回填土，層厚1.15m，標貫1次，實測標貫擊數為10擊。

②-3淤泥質土：淺灰色，濕，流塑，層厚為4.50m，進行標貫2次，實測標貫擊數為2～3擊，滑塌區外錐尖阻力為0.32MPa，滑塌區平均錐尖阻力為0.51MPa，其物理力學指標具體詳見表1和表2。

③-4亞砂土：灰黑色，濕，軟塑，由粉粒、粘粒和中砂、細砂組成，含少量有機成分，層厚為2.30m，進行標貫1次，實測標貫擊數為7擊。

④-5粗砂及粉砂：灰白色，飽和，中密，成分主要為石英，分選性一般，間隙有少量粘粒充填，層厚1.55m。

⑤-7亞粘土：灰白色，濕，硬塑，主要由粉粒和粘粒組成，含少量砂礫，層厚1.15m，進行標貫1次，實測標貫擊數為11擊。

⑥-7亞粘土：灰白色、黃褐色，硬塑，為花崗巖風化殘積土，泡水易軟化、崩解。層厚5.15m，進行標貫1次，實測標貫擊數為32擊。

根據上述勘察資料可知該路段淤泥質土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高和強度低的特點，工程性質極差，經路基預壓排水固結后軟土強度有一定增長。

3.滑塌失穩原因分析

3.1地形地貌原因

路基滑塌后進行了地形測量，本路段位于山腳區，緊鄰路基左側坡角為魚塘區，形成了天然的滑塌臨空面；路基右幅位于坡度為22.1°的山坡上，路基荷載易于產生向左的水平推力。整體上，本路段所處的地形不利于路基穩定控制。

3.2地質條件原因

本路段的袋裝砂井現場試樁記錄見表1，從表1中可看出滑塌路段路基橫向上軟土分布厚度變化較大，左側魚塘區厚度與埋深大，向右逐漸變小，右幅山腳位置基本無軟土分布。整體上，本路段軟土底面傾斜角度較大，利于形成滑動面。滑動體后緣正好處于右側山腳位置，整個滑動體范圍覆蓋了路基橫向上軟土分布范圍；根據滑動體形態推斷的滑動面與山體坡度、軟土底面傾斜角度基本一致。

3.3路基填筑施工原因

本路段路基路中填高約7m，等超載厚度1.8m，發生滑塌時剛填筑完第一層超載土方，根據滑塌后路基錯臺位置各層土的填筑厚度和施工記錄表，該路段等超載土方的填土厚度與填筑時間見表2。

根據表2，本路段天然地基軟土雙橋靜力觸探錐尖阻力平均值為0.32MPa，滑塌后平均值為0.51MPa，軟土經排水固結后強度增長了59.4%，這反映了袋裝砂井的排水效果較好。根據表2，本路段路床及以下路基填筑平均厚度為25.1cm，每層填筑間隔時間均為3d及以上，根據以往工程經驗，3d內單級荷載引起的地基超孔隙水壓力消散度一般可達50～60%之間，單層厚度25cm左右的路基填筑速率與軟土強度增長速率基本一致，與薄層輪加法路基填筑工藝原理相符。因此，可排除袋裝砂井排水固結效果不佳引起的地基承載力不足因素影響。

根據《鐵路工程地質原位測試規程》（TB10018-2003），淤泥、淤泥質土的不排水抗剪強度按式（1）計算，由此可得本路段軟土不排水抗剪強度Cu為24.4kPa，采用極限平衡法計算的對應路基極限填土高度為6.6m，其中路基填料的容重為19kN/m3。

Cu=τ=44qc+2（1）

根據表2可知，由于等超載土方路基壓實度要求僅90%，施工時分層厚度較大，最后3層超載土的壓實厚度平均值為41.1cm，總厚度約1.5m，且填筑時間僅為7d，填土速率較快。在等載土方填筑完成后，累計填筑厚度已達7m，接近地基極限填高，再繼續快速填筑超載土方后，地基中軟土層固結強度增長速率低于上覆路基填筑荷載增加速率，路基發生了滑塌失穩。

3.4軟基監控原因

軟土地基加載過程中及時收集加荷信息、地基應力（孔隙水壓力、土壓力）、應變（沉降、位移）等資料，通過對監測數據進行綜合分析，可掌握地基穩定動態狀況。本路段軟基監控工作由施工單位自行組織實施，僅進行地表沉降觀測，且路基填筑過程中時常破壞監測點，造成數據不連續、不齊全，難以做到及時掌握地基變形狀況。這也是本路段滑塌失穩的一個影響因素之一。

4.結束語

綜上所述，本山區軟基路段路基滑塌失穩原因歸納如下：

（1）地形地貌上存在天然滑塌臨空面，部分路基位于斜坡上，路基荷載易于產生不利于路基穩定的水平推力；

（2）路基橫向范圍內軟土分布厚度變化大，利于形成滑動面；

（3）等超載階段填土分層厚度偏大且填筑速率快，軟土強度增長與荷載增加不匹配，且路基填高超出了地基極限填高；

（4）缺少路基穩定監控，無法通過監測數據動態指導路基填筑施工。

參考文獻：

[1]TB10018-2003.鐵路工程地質原位測試規程[S].北京：中國鐵道出版社，2003.

[2]劉人瑜，徐超.碎石樁處置山區軟土路基失穩案例的有限元分析[J].勘察科學技術，2014（06）：9-12+34.

[3]龔玉華，李春峰.巖質斜坡上高填方路基穩定性研究[J].中外公路，2012（04）：48-51.

[4]丁靜聲，吳國雄，劉先義，等.沖溝路基穩定性影響因素的三維有限元分析[J].昆明理工大學學報（理工版），2010，35（03）：57-61.

[5]黃傳志.地基極限荷載的廣義極限平衡法[J].巖土工程學報，2007（03）：328-332.