漳永高速公路K17+410～K17+505 段右幅路基病害分析與處治對策

張茂斌

（福建省漳州公路交通工程有限公司, 漳州 363000）

0 引言

填方邊坡沉降、滑移是一種常見的路基病害,填方邊坡出現變形將導致路面開裂, 從而影響線路行車安全,如何針對不同病因引起的填方邊坡病害采用合理的整治措施,防護病害進一步擴大,從而保障線路正常運營是業內長期關注的課題。

1 工程地質概況

漳永高速公路K17+410～K17+505 段位于華安縣沙建鎮下樟村附近,為填方路堤,原始地貌屬剝蝕丘陵地貎,斜坡自然坡度為15°～30°,路基處于丘陵斜坡地段。該填方路堤邊坡最大高度約15m,路基下第一級邊坡坡率1∶1.5,拱形骨架植草灌防護,第二級邊坡1∶0.1,漿砌片石擋墻加固(圖1)。

圖1 邊坡全貌

1.1 地形地貌

該路段原始地貌屬剝蝕丘陵地貌, 地形起伏不大,斜坡自然坡度為15°～30°,路基處于丘陵斜坡地段,基本為填方路段,路堤下方設置有砌石擋墻。

1.2 地層巖性

根據鉆探及地質調查結果, 高路堤洼地分布有填土層(Qme)、第四系沖洪積(Q4al+pl)粉土、坡地表部一般分布有厚度不均的殘坡積土(Qdl+el), 下伏基巖巖性為燕山晚期(γδ53)花崗閃長巖。 現將揭露地層由新至老的順序分述如下。

第四系全新統(Q4)。 ①1 素填土(Qme)：紅黃色,稍密,稍濕, 成份以粘性土為主, 已經系統壓實, 局部表部1.40～1.50m 為碎石層,揭露厚度為0.50～14.60m。實測標貫擊數為9.0～12.0 擊,平均值為9.9 擊。 ②23粉土(Q4al+pl)：灰黃色,中密,飽和,成份以粉粒為主,粘性差,干強度較差,手捏稍砂感較強。 該層局部分布,僅ZK8 孔有揭露,揭露厚度為5.30m。 實測標貫擊數為6.0～7.0 擊,平均值為6.5 擊。 ④1坡積粉質粘土(Qdl)：紅黃色,硬塑～堅硬,稍濕,成分以粉粘粒為主,粘韌性較好,干強度中等,巖芯刀切面較光滑,手捏稍有砂感,夾有少量石英砂,厚度約為1.90～3.30m。實測標貫擊數為8.0～11.0 擊,平均值為9.3 擊。 ⑤13殘積粘性土(Qel)：黃褐色,可塑-硬塑,飽和,母巖為花崗閃長巖,原巖組織結構全部破壞, 礦物成份除石英外全部風化成土狀,粘韌性中等,干強度中等,巖芯刀切面較粗糙,手捻有砂感,夾有少量石英砂,遇水易軟化、崩解,厚度約為2.10～9.80m。實測標貫擊數為11.0～28.0 擊,平均值為18.2 擊。 勘探過程中,該層未發現有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風化體分布。

燕山晚期(γδ53)。 ⑥10 全風化花崗閃長巖(γδ53)：淺黃、灰黃色,呈砂土狀,手捏易散,原巖組織結構基本破壞,礦物成分大部分已基本風化成土狀,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎, 巖體基本質量等級為Ⅴ級, 厚度約5.55～11.00m。 泡水易軟化、降低強度,實測標貫擊數為30～50擊。 勘探過程中,該層未發現有洞穴、軟弱夾層及大的臨空面。⑥11砂土狀強風化花崗閃長巖(γδ53)：灰黃色,呈砂土狀,手捏易散,組織結構已大部分破壞,礦物成分大部分已大部分風化成土狀,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎,巖體基本質量等級為Ⅴ級,厚度約3.50～11.20m。 但其與上述全風化花崗巖呈漸變過渡關系, 實測標貫擊數＞50 擊,如遭受長時間泡水作用,也會較快軟化、崩解而使強度降低。 勘探過程中,該層未發現有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風化體分布。 ⑥12碎塊狀強風化花崗閃長巖(γδ53)：灰黃色,巖芯多呈1～3cm 碎塊狀、局部呈5～10cm塊狀,巖芯錘擊易碎,組織結構已大部分破壞,節理裂隙發育,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎,巖體基本質量等級為Ⅴ級,厚度約0.80～15.20m。 但其與上述全風化花崗巖呈漸變過渡關系,實測標貫擊數＞50 擊,如遭受長時間泡水作用,也會較快軟化、崩解而使強度降低。 勘探過程中,該層未發現有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風化體分布。 ⑥13中風化花崗閃長巖(γδ53)：灰白、淺肉紅色,巖芯呈柱狀,巖體較完整,巖質較新鮮,錘擊聲脆,礦物成份以石英長石為主,中細粒結構,塊構造,節理裂隙較發育,傾角以60°～70°為主,屬較硬巖,巖體完整程度為較完整,巖體基本質量等級為Ⅲ級。均未揭穿,揭露厚度為3.40m。勘探過程中,該層未發現有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風化體分布。

1.3 地質構造

該路段位于尚卿-坂里褶斷帶,受區域地質構造的影響和制約,主要表現為節理裂隙相對發育,巖石相對破碎；路塹區及其附近無全新活動斷裂和發震斷裂分布。

1.4 水文地質條件

路段地表水較不發育, 地下水主要為風化帶網狀孔隙裂隙水及基巖裂隙水。 風化帶網狀孔隙裂隙水分布于花崗閃長巖風化帶中, 其透水性和富水性受風化裂隙發育程度影響較大,水量一般較貧乏；基巖裂隙水主要分布于中風化巖的構造裂隙,水量一般貧乏。 主要受地表水、大氣降水及旁側地下水側向補給,隨季節性變化較大。 勘察期間測得地下水混合靜止水位為埋深1.80～11.60m(黃海標高為30.90～33.23m)。

2 變形特征

K17+410～K17+505 路段右幅外側行車道以外出現不同程度的下沉, 致使路面出現2 條長30～50m 的縱向裂縫,裂縫寬度1～2cm,并伴隨下沉,沉降約2～5cm,中央分離帶側溝沿硬路肩產生裂縫。 路面下第一級邊坡拱形骨架防護的預制塊見擠壓斷裂破壞急流槽踏步開裂下錯1～2cm(圖2)。

圖2 路面開裂

基于邊坡變形現狀, 可知邊坡處于不穩定性狀態,需及時進行治理,以防病害繼續惡化,引發更大規模的變形滑動,給病害治理帶來更大的難度。

3 病害成因分析

2017 年6 月中旬臺風“苗柏”登錄廣東一帶,受臺風影響,福建漳州華安地區出現持久強降雨天氣(華安地區6 月14 日20 時-15 日20 時沙建鎮降雨量達111.1mm,湖林鄉降雨量達149.9mm),降雨歷時時間達15 天。 在強降雨影響下,K17+410～K17+505 路段區域內巖土體飽和,地下水位上升較快,坡體抗剪強度降低較多,造成右幅路面外側行車道范圍內出現縱向裂縫、 路基發生沉降并伴隨一定的側向位移。

結合本段路堤變形現狀、發展情況,路堤工程場區地形地貌、工程地質條件及路堤施工情況等分析,其變形主要原因如下：

(1)連續的強降雨導致填方邊坡局部巖土體飽和,地下水位上升較快,坡體抗剪強度迅速下降。

(2)原始地貌屬丘陵斜坡地段,巖土體分布較不均勻,填方厚度變化大,密實度不均勻,在重及外部荷載作用下,固結過程沉降不均引起變形。

(3)根據鉆探資料,建設時路基填筑時所用填筑料級配差,且分層填筑壓實質量較差。

(4)路基排水系統不完善,且部分排水措施失效,地表地下水均無法及時排出,導致坡體含水量急劇增大。

(5)原防護措施針對性不足。

4 病害整治措施

4.1 穩定性分析

目前,有關規范和手冊一般采用傳遞系數法(或稱不平衡推力傳遞法)分析計算邊坡穩定性。近年來,嚴格的剛體極限平衡方法在邊坡或滑坡穩定性分析計算中廣泛應用,大量的實例計算結果表明,嚴格的剛體極限平衡方法在邊坡穩定性計算中更具有可靠性。 為便于建模,本文選用較為嚴格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price法, 采用當前國內外廣泛應用的邊坡工程專業軟件Geo-Slope 的Slope/W 模塊進行邊坡穩定性計算。

鑒于當前路基變形主要因為沉降引起的滑移變形,擋墻并未發生較大變形破壞,在進行病害治理時,除修復邊坡現有排水措施和完善邊坡排水系統外, 主要以路基填土及原坡積層進行加固為原則。 在分析計算時,通過提高表層土的抗剪參數反算路基穩定性。

建立計算模型時,將左側計算范圍延伸至中央隔離帶以外(左幅路基)10m、右側至自然坡坡腳,同時限制斷面右側、底部和左側的位移（圖3)。 各巖土層力學指標見表1。

圖3 K17+410～K17+505 段右幅路基計算模型

表1 巖土層力學指標

通過以上分析計算結果可知, 對填土層進行加固可有效提高路基穩定性(圖4～5),說明了本文第3 節的分析是正確。

4.2 加固措施

根據對本段路堤變形現狀、工程地質條件、施工情況及路堤變原因等綜合分析, 建議對本段路堤采取如下工程措施：

圖5 K17+410～K17+505 段右幅路基加固后(Fs=1.418)

(1)K17+410～K17+505 段完善路基周邊排水系統,分離式路基中部,設置橫向排水溝與兩側縱向邊溝,間距2～3m,尺寸0.4m×0.2m(寬×深),盡量減少降雨下滲。 同時,疏通擋墻墻身泄水孔,擋墻底部増設平孔排水,擋墻外側疏通地表水,増加排水溝等。

(2)右幅路基行車道至路肩以外3m 坡面范圍內采用高壓旋噴樁(圖6) 處理。 高壓旋噴樁采用單管, 樁徑50cm,樁間距1.5～2m,樁長以進入原狀土層以下3m 為原則控制。

圖6 高壓旋噴樁布置

(3) 該路段路面結構調整為鋼筋混凝士板+瀝青上下面層,即路面結構調整為：鋼筋混凝土底基層(32cm)+鋼筋混凝土基層 (25cm)+瀝青混凝土面層 (4.5cmAC16+5.5cmAC20), 挖除已施工的原設計路面4.5cmAC16、5.5cmAC20、10cmATB25 及15cm 級 配 碎 石 層 及32cm 水泥穩定碎石層。

5 結論與建議

5.1 結論

通過對漳永高速公路K17+410～K17+505 段右幅路基病害成因的系統分析, 結合工程實際提出了工程處治對策。 病害處治后,變形監測表明路基及路堤邊坡目前處于基本穩定狀態, 說明針對該病害采取的路基排水結合高壓旋噴樁的治理方案達到了預期效果, 期望為類似的填方路基病害整治提供借鑒意義。

5.2 建議

填方路基病害是道路工程的常見病害, 為減少此類病害的發生,可從以下幾方面進行預防：

(1)嚴格按照設計要求選擇路基填料。

(2)根據實際工點情況選擇填筑工藝、設備,嚴格控制分層填筑高度和壓實度。

(3)完善坡表、坡體排水措施。

(4)填方坡腳擋墻基礎應座落于穩定地層。

(5)若填方邊坡下臥層含有軟弱土層時,則應先進行軟弱層處理后再進行填筑。

(6)提高路面結構的強度和整體性。