公路工程建設中常見地質問題及對策探討

任天勇 夏洪吉

（四川省交通勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610059）

0 引言

公路工程線路長，地質環境和地質條件復雜，工程建設過程中遇到工程地質問題是不可避免的，甚至運營期間也可能因工程地質問題解決不徹底導致安全事故發生。因此，工程建設過程中遇到工程地質問題應及時分析原因，施工單位應提出安全可行的工程對策，對工程建設的安全和質量，兼顧施工的連續性、確保工程順利進行具有重要的工程意義。本文對地質勘測、巖土物理力學性質、工程邊坡穩定性、臨河擋墻抗沖設計等幾個方面存在的問題進行分析，并提出處理對策。

1 地質勘測精度不夠的問題及處理對策

1.1 地質勘測精度問題

（1）存在的問題。陡峭的山區公路，由于地形陡峭、地物隱蔽性大，地形變坡點測量不到位，常常造成縱橫斷面與實際地形有較大誤差，造成建設施工時工程量發生變化，甚至設計變更和方案調整。

（2）采取的對策。地形陡峭、隱蔽性大的山區公路前期設計階段采用先進的無人機設備，保證地形測繪的完整性和準確性，出現問題及時補測；加強斷面測量過程控制，施工期加強對縱橫斷面的現場復核工作，尤其是回頭曲線、橋位、高擋墻等重要工點段的復核。

1.2 涵洞、擋墻等小型建筑物勘察深度問題

（1）存在的問題。對于涵洞、擋墻等小型建筑物的勘探容易被忽視，不按規范要求勘察，往往勘探工作量不足。尤其山區公路工程，對地基巖土的厚度、性狀特征和密實度等靠地質工程師經驗判斷，準確性低。涵洞、擋墻等小型建筑物勘察深度問題是工程建設過程中出現工程地質問題和導致設計變更的主要原因。

（2）采取的對策。按照規范要求開展擋墻、涵洞等小型建筑物的勘探工作，采用挖探、螺紋鉆、動力觸探、機動鉆探等綜合勘探手段，查明地基巖土的厚度、性狀特征和密實度；施工中遇到問題及時補充勘察，為變更設計提供可靠、準確的地質依據。

2 巖土體性質認識不足導致設計變更問題及處理對策

2.1 路基巖土體物理力學性質的認識問題

（1）存在的問題。對擬建公路沿線分布的諸如高液限黏土、膨脹土、飽和軟土等特殊巖土的物理力學性質認識不足，取樣試驗點偏少或代表性較差。該類問題在地形相對較為平坦的高原或平原地區出現較多。比如，某一級公路K0-K12段，該段為黑河沖積扇平原，地形較為平坦，地表為粉質黏土，厚度3～8m，下伏砂卵石層，地下水位埋深1.50～2.50m。該段設計為低填淺挖，挖除表層粉質黏土，換填1.20m的砂礫石方案，按設計施工后路基出現“彈簧土”，路床含水量較大，經試驗室抽取代表性土樣進行檢測，液限為50%～52%，塑限26%～28%，且＜0.074mm顆粒占比大于50%，為典型的高液限土，基底承載力和變形不能滿足設計及規范要求，導致設計變更，加大換填深度處理。又如，某高速公路K53～K61段路基表層為第四系更新統（Q2）冰水堆積層，上部為褐黃-褐紅色粉質黏土、黏土，局部含少量圓礫，稍濕，大部分呈硬塑狀，局部呈可塑狀，厚度2.0～8.0m。施工圖設計階段僅在表層取樣（8組）試驗，結果顯示為低液限黏土，設計按照低液限黏土進行設計。施工單位進場后進行分層取樣試驗，表部1.0～2.0m以下，天然含水量19.8%～45.5%，液限41%～69%（其中有2組液限小于50%，11組大于50%），塑限26%～45%，塑性指數12～25，液性指數-0.77～0.18，屬高液限土，從而導致設計變更。

（2）采取的對策。高液限黏土、膨脹土、飽和軟土等特殊性巖土路段，適當加密勘探點及勘探深度，按照相關特殊性巖土勘察規范進行勘察，取樣試驗要有代表性；工程建設中遇到前期勘察未查明的特殊巖土時，及時開展補充勘察和研究。

2.2 臨河浸水路基填料的選擇問題

（1）存在的問題。對臨河路基填料的基本要求和填料親水特性認識不清楚。比如，某高速公路K43-K48段從一級階地上通過，多段為臨河路基，地下水位較高，路基存在浸水問題。根據《公路路基施工技術規范》（JTG/T 3610-2019）中7.19.3條的規定：受水位漲落影響及常水位以下的路堤，宜用水穩性好、不易風化的透水性材料填筑。設計忽視這點采用開挖料填筑，施工單位進場后即提出浸水路基采用片塊石料或砂礫石料換填處理的建議，經設計確認后變更了填筑料。

（2）采取的對策。對臨河浸水路段填筑料要求要清楚，對填筑料的水穩定性和親水特性要有足夠的認識；設計文件中對浸水路基填料和填筑程序應有明確的技術要求。

3 路基邊坡穩定性問題及處理對策

3.1 路基填筑邊坡的穩定問題

（1）存在的問題。地質工程師對路基填筑邊坡穩定的影響因素考慮不全面，分析不到位，導致設計采取的工程措施偏弱，造成工程建設過程中或竣工后路基沉降開裂、滑坡、防護措施失效等問題。該類問題在山區公路建設中較為普遍，集中在斜坡或緩坡上、路基形式為填方或半挖半填的地帶，路基外側設路肩墻防護。擋墻基礎為粗粒土或細粒土。路肩墻設計通常采用換填或擴大基礎，考慮了地基承載力，卻忽略了路基填筑邊坡的整體穩定性和路堤加載后的邊坡穩定性。工程建設中特別是遭遇暴雨等工況條件下產生變形滑坡，公路建成后出現路基開裂、沉陷邊坡或滑坡，不得已采取加固處理措施。某高速互通BK0+380～NK0+820 段原設計為四級邊坡，開挖坡比1:2，第一、三級采用菱形骨架+植草防護，第二、四級采用錨桿框架梁+植草防護，施工時坡頂第四級開挖完成后，坡面揭示主要含礫石粉土及腐殖土層，厚度和成分與原地勘資料嚴重不符（原設計為碎石土），土體強度較低，受上部坡面匯水滲透影響，NK0+850～NK0+870坡面中部匯水段出現溜塌，并牽引后緣坡口線外土體滑塌。對坡頂溜塌土體清方后形成五級邊坡。從原設計地質剖面和補充勘察后地質剖面對比，可明顯看出地質條件相差較大，原設計第一、二、三級邊坡開挖后基本已至強風化板巖，而補勘后顯示第一、二、三級邊坡開挖后坡面含礫粉質黏土，厚度尚有9～13m，且含水量極高，土體極為松散。

邊坡溜塌范圍分布與地表水及地下水密切相關，這段邊坡治理方案為：①排水措施：在坡體后緣匯水區設置截排水措施，將坡面地表水和地下水截走；對匯水區開挖坡面仰斜式排水管加長、加密。②支擋措施：在坡口線外側采用雙排鋼花管加固鎖定后緣土體。③坡面防護措施：對坡面已出現溜塌松動的土體采用支撐滲溝+植草防護；對第一、三、四、五級邊坡采用錨桿框架+植草防護；對第二級邊坡采用錨索+植草防護；在第三、四級平臺設3排鋼花管+冠梁防護。④坡腳防護：在坡腳設置4m高路塹墻。需增加工程造價約850萬元。

（2）采取的對策。勘察成果與設計方案直接相關，勘察成果可靠性決定設計方案是否可行；邊坡病害多與地表水或地下水相關，故在邊坡病害治理中應先考慮“治水”；高邊坡病害治理為動態設計，應根據現場開挖情況及時調整優化設計方案；設計過程中應加強高原區緩坡地段的水文地質及工程地質調查；對位于半徑較小的圓曲線段的高邊坡，開挖后邊坡正視面呈扇形，其頂寬遠大于底寬，計算防護面積時應避免工程量少算；填方或半挖半填填筑形成的路基邊坡穩定，特別是在地震、暴雨等工況條件下的邊坡穩定至關重要，設計應留有合適的安全裕度。

3.2 基巖順層邊坡的穩定問題

（1）存在的問題。公路工程線路長，地質條件多變，在工程建設過程中經常會遇到順層巖質邊坡。對順層邊坡的穩定認識不足、施工開挖切腳或處治措施不當，容易導致大面積的順層滑坡。比如，某公路工程K1+290～K1+480 段的順層邊坡，該段邊坡位于擬建公路左側，原設計為四級邊坡，坡率為1:0.75～1:0.75～1:0.75～1:1，坡面設錨桿框架梁防護，錨桿長度9m，框架梁尺寸4m×3m。邊坡垮塌時正在施工過程中，第四級邊坡已施工了錨桿和框架梁鋼筋，第三級邊坡已開挖一大部分，并且已施工完成錨桿框架梁約70m長（澆筑完成），第一、二級邊坡尚未開挖成。K1+290～K1+480基巖出露，為志留系中上統羅惹萍群-紗帽群，巖性為深灰、紫灰色頁巖，強～中風化。該段層間褶皺發育，巖層產狀變化極大，從155°∠37°變化至346°36°。撓曲褶皺發育，巖體極為破碎，呈散體碎裂結構，并存在順坡面的不利結構面。目前坡頂坡口線附近有拉裂縫分布，裂縫長10～20m，寬10～15cm。開挖后坡面穩定性及完整性較差，多有崩落石塊；K1+420～K1+480段，坡面表層多覆蓋黏土，坡頂至坡腳有基巖出露，巖性為志留系中、上統砂質頁巖，產狀323°∠24°，坡向與巖層傾向夾角近5°，傾向坡外，為順層巖質邊坡。設計針對該處順層滑坡提出了如下處治方案：K1+290～K1+420段，巖層產狀變化較為復雜，長130m的坡面巖層產狀從內傾65°～0°到外傾35°均有，且變化沒有規律。如果分段實施防護措施，會導致邊坡不平順，美觀受影響，施工也較為困難。且該段背后為反坡，開挖不會造成邊坡過高，因此綜合考慮后，建議將該段整體放緩，坡腳設置仰斜式路塹墻；K1+420～K1+480段沿順層清方并在坡腳設錨索抗滑樁支擋。抗滑樁尺寸3m×2m，間隔5m，樁長22～24m。抗滑樁樁頂設2排預應力錨索，錨索為4 束Φ15.2 鋼絞線，錨索長度25m，錨固段長度8m。第一排距樁頂0.5m，第二排距第一排2.5m。從抗滑樁頂起，向上對坡面順層巖體進行清除，清方坡面角度應接近順層巖體的傾角，避免形成順層切腳。目前該處坡面已經基本開挖成型，抗滑樁已經施工完10根。開挖成型后的坡面均整體較為穩定，偶有掉塊等現象，局部有頁巖滑塌，但是受到抗滑樁的阻攔，邊坡整體滑塌的風險已經得到控制。

（2）采取的對策。順層邊坡盡量減少切腳開挖；對陡傾角（90°～60°）的順層邊坡順層開挖，并采取適當的錨固措施；對中陡傾角及緩陡傾角（60°～10°）的順層邊坡，開挖切腳是不可避免的，采取“強身固腳”的處置措施，以錨固為主結合固腳擋墻效果較好；對近水平巖層（傾角＜10°）的順層邊坡，宜采取“固腳強身”的處置措施，以固腳擋墻結合錨固進行邊坡加固；邊坡錨固深度穿越卸荷帶和軟弱層帶深入相對完整巖體；設置坡面截水、排水系統，防止地表水和地下水對邊坡穩定的影響。

4 臨河路基擋墻的抗沖保護問題及處理對策

（1）存在的問題。公路工程臨河路基擋墻埋置深度，應根據公路等級對設計抗沖的要求，將路基擋墻置于對應頻率洪水最大沖刷深度以下，同時采取大卵石、塊石或混凝土塊防沖保護。若擋墻埋置深度不夠、防沖保護不足，一旦遭遇大洪水會造成擋墻被毀、路基塌方等問題。比如，2020年6月26日冕寧縣大暴雨引起洪水挾帶大量固體物質，致使馬尿河局部河床抬高、主河道改向直接沖刷馬尿河兩岸的公路路基。導致K103+400～K103+940段多處路基及擋墻被完全沖毀，喪失通行能力。2020年8月10日～17日，四川省阿壩州九寨溝縣全境連續強降雨，導致在建的綿九高速公路多段擋墻被沖毀垮塌。某高速公路互通連接線LK0+640～LK0+695段右側擋墻基礎埋置深度不夠，2020年汛期受河水沖刷，導致擋墻垮塌，路基開裂沉陷和塌方。

（2）采取的對策。根據公路等級和取樣試驗資料，通過計算和調查確定設計洪水最大沖刷深度；臨河段路基擋墻埋置深度，滿足最大沖刷深度基礎上尚需留有安全裕度，路基擋墻采用大卵石、塊石或混凝土塊等固腳防沖保護。

5 結束語

綜上所述，在已建或在建公路工程建設中，會遇到諸多工程地質問題，比如工程地質中存在的勘測精度不夠，特殊巖土體物理力學性質研究不夠，工程邊坡穩定性研究不深，臨河擋墻抗沖設計和保護不夠等問題，面對這些問題，只有從根本原因分析入手，認真勘察、比對，提出有針對性的處理對策，才有達到長效解決的目的。