某高速公路EK1+542～EK1+705段路基開裂原因分析及治理措施

郭 彪

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 概述

1.1 工程概況

某高速公路互通式立交EK1+570～EK1+615 位置滑坡位于威寧縣中水鎮(zhèn)上寨村，距中水鎮(zhèn)約4km。滑坡附近為省道，交通較便利。

1.2 原設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀概況

EK1+542～EK1+705 段填土高度約為8～16m，填方量約34480m3，共兩級邊坡，第一級邊坡坡率為1∶1.5，第二級邊坡坡率為1∶1.75，路基防護(hù)形式均為襯砌拱護(hù)坡；原地面坡度約10～20°，該段路基處于斜坡地形，坡腳為寬緩沖溝。

該段路基在施工前發(fā)生滑坡，故在坡腳位置設(shè)置抗滑樁處理，樁間設(shè)置樁間板。

后期，本段路基已施工完成的路面發(fā)生開裂，裂縫寬度約3～5cm，垂直高差約5cm，長度約80～100m，路基一級邊坡平臺位置出現(xiàn)輕微鼓脹，坡腳抗滑樁未發(fā)生位移。

現(xiàn)場踏勘后，結(jié)合過程中的變更設(shè)計(jì)和勘察資料，綜合分析此處病害為降雨影響，填筑體采用高液限土[1]填筑不能保證路基長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，路基基礎(chǔ)受雨水浸泡后軟化，降雨導(dǎo)致路基飽水后各項(xiàng)參數(shù)降低,進(jìn)而失穩(wěn)出現(xiàn)垮塌開裂。

分析原因后，立即安排對病害點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)勘查，采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、試驗(yàn)等手段，用以驗(yàn)證地質(zhì)勘查報(bào)告的準(zhǔn)確性，為合理準(zhǔn)確的治理方案提供真實(shí)有效的依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)條件

2.1 氣象、水文

項(xiàng)目區(qū)所處位置屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨熱同期，光能資源和風(fēng)能資源豐富。多年平均氣溫10～12℃，1月平均氣溫1.5℃，極端最低氣溫-15.5℃，7月平均氣溫17.9℃，極端最高氣溫30.6℃，無霜期年平均179d，年平均日照時(shí)數(shù)1824h，年總輻射113.72kcal/cm2。降水量集中在5月至10月，11月至次年四月為旱季(5月中旬有霜，春旱嚴(yán)重；5月下旬進(jìn)入雨季，小滿后常有冰雹，端陽節(jié)后常大雨磅礴、平地起水，9月常連陰)，寒濕季節(jié)分明，年平均降雨量960mm。

路基處于山坳中部地帶，該山坳內(nèi)無水田、水塘及其他地表水系。地下水僅賦存于原近地表處的第四系松散堆積層中，以大氣降水補(bǔ)給為主，大部分水體沿坡體松散層自高向低處流動，少部分水體下滲到第三系土體中。現(xiàn)松散層孔隙潛水賦存于填筑土與原近地表處的第四系松散堆積層中，其水位標(biāo)高受降雨影響較大。據(jù)調(diào)繪：勘察階段坡角持續(xù)有水流出，流量約1L/s。

2.2 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)所處地貌單元為剝蝕中山山坳，原地形西高東低，坡頂為寬緩斜坡，坡腳發(fā)育寬緩沖溝，地形坡度15°左右，坡向77°左右，地面高程介于1820～1876m，相對高差56m，現(xiàn)已填筑修建公路。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬于威寧北西向構(gòu)造變形區(qū)，位于六盤水?dāng)嘞莸臇|北部，在威寧-水城-六支的地帶上呈長250km、寬40km的北西向長條形分布，東南端抵達(dá)黔南臺陷，西北段延入云南境內(nèi)。該構(gòu)造變形區(qū)的威寧與水城之間主干構(gòu)造為以下石炭統(tǒng)為核部的威水背斜，延長約50km，褶皺緊密，軸部為走向沖斷層所破壞，兩翼發(fā)育北東向和北北西向的一對扭性斷裂。

路基區(qū)域地層連續(xù)分布，未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

2.4 地震

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)、《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》(GB 50011—2010)，項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，抗震設(shè)計(jì)按《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG B02—2013)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2.5 水文地質(zhì)條件

據(jù)調(diào)繪與鉆探揭示，地下水主要為填筑土內(nèi)松散層和第四系松散層孔隙潛水，大氣降水是孔隙潛水的補(bǔ)給源，其徑流受地表巖性(粘性土)控制，基本沿斜坡由高向低徑流，在低洼處的坡腳處滲出。在勘察期發(fā)現(xiàn)坡角持續(xù)有水流出，流量約1L/s。

3 路基開裂區(qū)巖土體特征及開裂機(jī)理分析

3.1 巖土體分布及特征

3.1.1路基開裂前勘察揭露地層

路基開裂前，根據(jù)地質(zhì)勘查鉆孔揭露：勘查區(qū)內(nèi)主要地層為第四系殘坡積層，主要為粉質(zhì)黏土。勘查區(qū)內(nèi)滑坡體及其所處山坡巖土體由新到老依次為：

鉆探揭示該層最大厚度2.20m。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度7.00m。

③粉砂土(Nz)：土黃色，主要由石英、長石云母等礦物組成，呈稍密狀，濕。

本次勘察最大揭露層厚5.10m。

④黏土(Nz)：灰黃-青灰色，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)中密。含少量腐殖質(zhì)斑點(diǎn)和20%～30%礫石顆粒，飽和，硬塑。

本次勘察最大揭露層厚20.90m，未揭穿。

⑤圓礫土(Nz)：灰褐色，圓礫成分主要為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，圓礫粒徑約1～2cm，含量約60%～70%，中密，濕。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度4.90m。

3.1.2路基開裂后勘察揭露地層

路基開裂后，根據(jù)地質(zhì)勘查鉆孔揭露：勘查區(qū)內(nèi)原地面以下主要地層為第四系殘坡積層，主要為粉質(zhì)黏土。本次鉆孔直接沿已填筑的路基頂面鉆入,填筑體及其所處山坡巖土體由新到老依次為：

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度11m。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度3.40m。

③黏土(Nz)：灰黃-青灰色，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)中密。含少量礫石顆粒，硬塑，巖芯局部呈可塑狀。

本次勘察最大揭露層厚13.00m，未揭穿。

④圓礫土(Nz)：灰褐色，圓礫成分主要為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，圓礫粒徑約10～30mm，含量約60%～70%，中密，濕。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度0.60m。

3.1.3路基開裂前后地層對比

3.2 路基開裂形成機(jī)理分析

路基開裂垮塌可能形成的機(jī)理為：填筑路基抗剪強(qiáng)度[2]較低，自身穩(wěn)定性較差，經(jīng)調(diào)查該路段區(qū)域降雨量集中在5月至10月，雨水沿路基右側(cè)填平區(qū)下滲進(jìn)入路基后進(jìn)一步降低路基抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致失穩(wěn)發(fā)生垮塌。

4 路基開裂的危害

E匝道EK1+542～EK1+705 段路基開裂直接影響本段路基運(yùn)營過程中的行車安全，若病害繼續(xù)發(fā)展造成路基垮塌將導(dǎo)致路基下游農(nóng)田損壞，故必須治理。

5 治理措施

根據(jù)路基開裂前后勘察情況確定本段路基基礎(chǔ)位置不存在軟弱地基，故根據(jù)兩次地質(zhì)勘查及現(xiàn)場情況提出治理措施，路基治理典型斷面圖。

方案一：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎(chǔ)換填2m厚碎石土。

方案二：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎(chǔ)設(shè)置5m厚碎石土。

經(jīng)對比分析，并考慮安全因素，確定方案二作為路基開裂治理措施，路基治理典型斷面圖見圖1。

圖1 路基治理典型斷面圖

具體治理措施：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎(chǔ)設(shè)置5m厚石渣。

(1)清除填筑土：自上而下分層清除開裂填筑土方及路基右側(cè)填平區(qū)，土方可臨時(shí)堆放于省界收費(fèi)站左場區(qū)或棄土場。

(2)基礎(chǔ)換填：對EK1+542～EK1+705段路基基底分臺階超挖5m后，對路基基礎(chǔ)采用石渣進(jìn)行換填,換填時(shí)在開挖后的基礎(chǔ)最低點(diǎn)位置設(shè)置2m 厚的碎石濾水層，用以排出路基基底匯水。

(3)設(shè)置涵洞：挖除路基右側(cè)填平區(qū)，在EK1+590 位置設(shè)置D=2m 鋼波紋管涵，波紋管涵長度49m，與路線法線交角60°，將路基右側(cè)匯水引至EK1+590涵洞后排出。

(4)路基回填：對本段路堤采用石渣進(jìn)行填筑。

(5)按照原設(shè)計(jì)要求恢復(fù)路基、防護(hù)、排水、路面、護(hù)欄等設(shè)施。