某在建高填軟基路基邊坡滑坡分析及處治

■劉大鵬 戴永松

(1.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，南昌 330025;2.江西省天佑水利水電工程建設(shè)有限公司,婺源 333200)

0 引言

路基滑坡是高速公路常見病害，而穿越丘陵區(qū)，由于地質(zhì)勘探覆蓋不足，軟基地質(zhì)情況隱蔽，受雨水下滲，填土自重加大等，路堤填筑易形成不均勻沉降和開裂造成滑坡，本文以江西省某在建高速公路K14+340～K14+460高填軟基為例，對軟基填方路堤穩(wěn)定性、應(yīng)力應(yīng)變特性進(jìn)行了計(jì)算分析，就施工中出現(xiàn)滑坡病害及處理案例進(jìn)行介紹。

1 工程概況

江西省某在建高速公路K14+340～K14+460為高填軟基路基，設(shè)計(jì)邊坡坡率為：第一級1∶1.5，無平臺，第2級 1∶1.75，平臺 2.0m，第三級 1∶2.0。施工單位按原設(shè)計(jì)，地基采用換填80cm合格土。經(jīng)過高性能壓路機(jī)增強(qiáng)補(bǔ)壓+土工格柵，該邊坡分層填筑到二級平臺，約11m高位置時(shí)，地基產(chǎn)生滑移，邊坡變形，滑移面積大約4688m2，寬約65.76m，長度約98.5m，局部整體下沉1～3.2m，邊坡上部及兩側(cè)有明顯的滑移周界裂縫，路基邊坡坡腳出現(xiàn)數(shù)量不等的推移裂縫，呈放射狀，距邊坡前緣18m處出現(xiàn)明顯隆起，隆起高度約0.5m。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，對滑移范圍補(bǔ)充了地質(zhì)鉆探，共布設(shè)了9個(gè)孔，間距約20m左右，鉆孔深度24m～30m不等，探明了該區(qū)域地質(zhì)情況。

①塑粉質(zhì)粘土，灰黃色，可塑狀，韌性中等，干強(qiáng)度中等，稍有光澤，3.9～7.5m。

②淤泥質(zhì)土，灰褐-灰黑色，軟塑狀，韌性中等，干強(qiáng)度中等，稍有光澤，2.9～6.3m。

③可塑粉質(zhì)粘土，灰黃色，可塑狀，韌性中等，干強(qiáng)度中等，稍有光澤，無振搖反應(yīng)，2.0～6.6m。

④硬塑粘土灰黃色，硬塑狀，韌性中等，干強(qiáng)度中等，稍有光澤，無振搖反應(yīng)，厚度較厚，鉆孔未揭穿。

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)補(bǔ)充勘察主滑剖面2-2剖面建立地質(zhì)模型。模型最上一層是路堤填土，其中路堤邊坡按照變形破壞前的設(shè)計(jì)坡率進(jìn)行模型構(gòu)建。填筑邊坡高度最高 12m，頂部平整。路堤填土下依次為粉質(zhì)粘土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、深部粉質(zhì)粘土層。各層界限根據(jù)鉆孔揭示的地質(zhì)剖面構(gòu)建。模型如下圖1所示。

圖1 計(jì)算模型

3.2 計(jì)算參數(shù)

土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

3.3 軟基計(jì)算分析

3.3.1 正常情況

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

當(dāng)處于正常情況下，按照土層物理力學(xué)參數(shù)表中正常情況參數(shù)進(jìn)行深部滑動穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果K=1.107,如圖2所示。

圖2 正常情況計(jì)算結(jié)果

3.3.2 反復(fù)剪情況

由于上層粉質(zhì)粘土層與淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層存在較大的觸變性，當(dāng)路堤填筑后，圖層受壓縮變形擾動，強(qiáng)度降低。采用反復(fù)剪參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在控制滑動圓弧入口和剪出口與實(shí)測位置相同時(shí)(與實(shí)際位置基本相同)，計(jì)算結(jié)果安全系數(shù)K=0.997，如圖3所示。

采用反復(fù)剪參數(shù)，當(dāng)不限定滑動圓弧剪入剪出口位置時(shí)，計(jì)算結(jié)果 K=0.881。此時(shí)，滑動面為類似圓弧滑動面，為復(fù)核滑動面。圓弧剪入位置相比實(shí)際裂縫更靠近邊坡坡面，剪出位置與實(shí)際情況基本相近。詳見圖4。

圖3 反復(fù)剪位置基本相同計(jì)算結(jié)果

圖4 反復(fù)剪位置基本相近計(jì)算結(jié)果

通過上述計(jì)算分析可以看出：①滑動面均穿過淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，為深部滑動，與坡腳隆起實(shí)際情況相一致。②由計(jì)算反推可得出結(jié)論：粘土層與淤泥質(zhì)粘土層的力學(xué)參數(shù)基本反映了該層土在極限狀態(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度。③填高12m已經(jīng)不穩(wěn)定，填高22.8m更不穩(wěn)定。若不經(jīng)過軟基處理直接進(jìn)行路基填筑，將造成路堤不均勻沉降及失穩(wěn)。

4 處治措施

提高填方軟基路堤穩(wěn)定性可從以下幾個(gè)方面慮：①改善原始邊坡覆蓋層土體力學(xué)特征。②對邊坡進(jìn)行反壓，設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)。③合理設(shè)置地表地下防排水系統(tǒng)。基于上述考慮該段軟基路堤采用了水泥攪拌樁、支擋樁、碎石墊層、土工格柵、反壓護(hù)道、砼預(yù)制字骨架護(hù)坡、排水溝、急流槽等綜合處治措施。具體見下圖5。

圖5 處治設(shè)計(jì)橫斷面圖

(1)在進(jìn)行水泥攪拌樁施工前，需對已填筑的路堤開挖，保留1m填筑土作為水泥攪拌樁施工平臺。水泥攪拌樁處理面積共約為7598m2。右幅路基樁徑為 0.5m，間距1.3m，呈三角形布設(shè)，樁長14m，處理面積 5537m2；左幅路基樁徑為0.5m，間距1.5m，呈三角形布設(shè)，樁長11m，處理面積 2061m2。

(2)在實(shí)測裂縫周界范圍內(nèi)邊坡二級平臺處布設(shè)一排圓形支擋樁，布設(shè)樁號范圍K14+359～K14+460，直線型布設(shè)，樁長24m，樁徑1.2m。樁間設(shè)置系梁，總計(jì)43根，樁號K14+359～K14+380段支擋樁間距3m，1-7號支擋樁，計(jì)7根;樁號 K14+380～K14+430段支擋樁間距2m,8-33號支擋樁，計(jì)26根；樁號 K14+430～K14+460段支擋樁間距3m，34～43號支擋樁，計(jì) 10根。

(3)1m原狀土頂部設(shè)置了0.5m碎石墊層，可引導(dǎo)上部地下水順利排出，避免下滲，破壞地基持力層力學(xué)性能；并加設(shè)土工格柵，將垂直載荷分散，對路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

(4)樁后設(shè)置反壓護(hù)道寬度8m，采用1∶2.0坡度放坡及設(shè)置排水溝、急流槽。

經(jīng)水泥攪拌樁+支擋樁軟基處理后計(jì)算，軟土進(jìn)行復(fù)合地基處理后，處理部分的地基土復(fù)合強(qiáng)度有所增加。按照內(nèi)摩擦角與粘聚力均有所提高，提高程 度按照類似復(fù)合地基壓縮模量的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，Esp=mEp+(1-m)Es。按照樁徑0.5m，間距1.4m，三角形布設(shè)，置換率0.1036進(jìn)行計(jì)算,采用加固后的力學(xué)計(jì)算參數(shù)表如表2：

表2 復(fù)核地基土層物理力學(xué)參數(shù)表

并按照路堤全部填筑完成模型進(jìn)行滑動穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果K=1.026，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。沿滑面計(jì)算坡腳處下滑力約為770.48kN。二級平臺處設(shè)置支擋樁一排支擋樁，間距 2～3m，樁間設(shè)置橫梁，直線型布設(shè)。攪拌樁加固后路基二級平臺處設(shè)置支擋樁，樁長24m，安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果為K=1.216。由以上計(jì)算分析，通過軟基處理后，路堤整體穩(wěn)定性安全系數(shù)大于 1.1，滿足公路路堤在采用快剪條件下的穩(wěn)定性要求。水泥攪拌樁施工完成后，委托有資質(zhì)的第三方檢測單位，由施工、監(jiān)理、建設(shè)單位共同隨機(jī)選取了9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn) (慢速維持荷載法)，實(shí)測復(fù)合地基承載力特征值均不小于150kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)路基成型后經(jīng)過6個(gè)月沉降觀測，結(jié)果表明該段軟基工后沉降3.2cm符合設(shè)計(jì)控制在4cm以內(nèi)的要求，滿足工程建設(shè)要求。

5 結(jié)語

工程施工中的高填軟基路基，存在滑移，路堤形成不均勻沉降和開裂，影響路堤整體穩(wěn)定性。本文對軟基路基進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，并提出了相應(yīng)的治理措施，形成以下結(jié)論：

(1)在天然軟基陡坡上簡單處理填筑路堤將會導(dǎo)致路堤失穩(wěn)，產(chǎn)生層底橫向滑移，導(dǎo)致上部路基開裂，邊坡局部變形。

(2)針對填方邊坡上述特點(diǎn)，提出了采用水泥攪拌樁、支擋樁、碎石墊層、反壓護(hù)道等綜合處治措施，能有效提高軟基路基整體穩(wěn)定性，使路基的整體穩(wěn)定及沉降滿足工程建設(shè)要求。