某高速公路填挖交界路基滑坡機(jī)理分析及處治措施

摘 要：【目的】高速公路填挖交界處路基滑坡較為常見(jiàn)，且嚴(yán)重威脅著高速公路的行車(chē)安全，因此查明該種病害的作用機(jī)理并有針對(duì)性地進(jìn)行處治設(shè)計(jì)有重要意義。【方法】以某高速公路填挖交界路基滑坡為研究對(duì)象，運(yùn)用鉆探及室內(nèi)試驗(yàn)等方法，分析該路基滑坡的形成機(jī)理，基于傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。【結(jié)果】結(jié)果顯示，該路基滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。由于降雨入滲引起路基土體強(qiáng)度變低，填土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均較粉質(zhì)黏土偏小，最終導(dǎo)致路面不均勻沉降。【結(jié)論】使用綜合處治措施后，經(jīng)施工檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案達(dá)到處治效果，并為后續(xù)類(lèi)似工況提供參考。

關(guān)鍵詞：填挖交界；路基；滑坡；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；處治措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）09-0074-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.015

Mechanism Analysis and Treatment Measures of Landslide at the

Filling and Excavation Intersection Roadbed of a Certain Expressway

LIU Yajun SUN Hao XIA Ziqing

（Henan Provincial Communications Planning amp; Design Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：[Purposes] Roadbed landslides at the intersection of filling and excavation on highways are common and pose a serious threat to the driving safety of highways. Therefore， it is of great significance to identify the mechanism of this disease and carry out targeted treatment design. [Methods] This article takes a roadbed landslide at the intersection of filling and excavation on a certain highway as the research object. By using exploration methods such as drilling and indoor testing， the formation mechanism of the roadbed landslide is analyzed. Based on the transfer coefficient method， the stability of the landslide is calculated， and the overall stability of the landslide is evaluated. [Findings] The results show that the roadbed landslide is in an unstable state. Analysis shows that due to rainfall infiltration， the strength of the roadbed soil decreases， and the cohesion and internal friction angle of the filled soil are smaller than those of the silty clay， ultimately leading to uneven settlement of the road surface. [Conclusions] After using comprehensive treatment measures， the construction inspection design scheme achieved the treatment effect and provided reference for similar working conditions in the future.

Keywords： filling and excavation boundary; roadbed; landslide; stability analysis; treatment measures

0 引言

路基是高速公路的基礎(chǔ)，路基的穩(wěn)定性影響行車(chē)的安全性和舒適性，因此保障路基的穩(wěn)定對(duì)保證行車(chē)安全具有重要的意義。研究表明，路基的穩(wěn)定性主要受地形地貌和降雨天氣的影響較大［1］。例如，填挖交界路基填土滑坡導(dǎo)致路面損毀，極端降雨沖毀路基以及雨水入滲路基軟化土體等。因此，對(duì)高速公路進(jìn)行路基邊坡穩(wěn)定性分析并提出相應(yīng)的處治措施具有重要意義。

相關(guān)學(xué)者對(duì)填挖交界路基邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡處治措施進(jìn)行了相關(guān)研究。邴國(guó)林等［2］對(duì)某國(guó)道填方路基滑坡進(jìn)行研究，從坡體結(jié)構(gòu)、變形破裂特征和地質(zhì)環(huán)境角度進(jìn)行分析，提出補(bǔ)打鋼管樁至滑面以下進(jìn)行治理的方法。左雙英等［3］對(duì)貴陽(yáng)市順海公路某路段邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用抗滑樁為整個(gè)大邊坡的治理措施，并計(jì)算了抗滑樁的各截面內(nèi)力，為樁身配筋提供依據(jù)。段全江［4］對(duì)某高速公路填方路基滑坡的形成原因及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，認(rèn)為強(qiáng)降雨導(dǎo)致水庫(kù)水位上漲浸泡坡腳，使泥巖強(qiáng)度減弱，致使滑坡發(fā)生，最后提出處治方案，為該類(lèi)型路基的設(shè)計(jì)及處治提供參考。由于滑坡具有多樣性和復(fù)雜性，對(duì)滑坡穩(wěn)定性及處治措施的分析和運(yùn)用也應(yīng)該因地制宜，運(yùn)用綜合分析的方法對(duì)滑坡進(jìn)行治理。

因此，路基邊坡穩(wěn)定性機(jī)理分析及相應(yīng)處治措施的研究對(duì)保證公路安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。本研究以某高速公路填挖交界路基滑坡為例，對(duì)其成因及形成機(jī)制進(jìn)行分析，并提出合理的處治措施，為后續(xù)該類(lèi)滑坡的處治提供相關(guān)參考。

1 滑坡概況及工程地質(zhì)特征

1.1 滑坡概況

該高速公路滑坡區(qū)為半填半挖路段，區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)復(fù)雜，溝谷縱橫，地形起伏較大，總體呈西北高東南低的特點(diǎn)。由于地質(zhì)和降雨的影響，該路基及邊坡多次出現(xiàn)裂縫及滑動(dòng)，影響行車(chē)安全。

滑坡為高速公路填方路基，長(zhǎng)度約165 m，寬約120 m，主要為邊坡護(hù)坡開(kāi)裂和錯(cuò)位。裂縫共有10余條，均為拉張裂縫，裂縫寬為2～5 mm，深度1.7～2.0 m。其中有3條裂縫近垂直于路面，為路基挖填結(jié)合部位，縫寬2～3 mm，長(zhǎng)度為10～20 m。滑坡區(qū)遭遇連續(xù)強(qiáng)降雨，地面徑流排泄不暢，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該低洼處的高速公路的排水涵洞并沒(méi)有起到很大作用，導(dǎo)致匯水量滲入地下，進(jìn)而滲入路基，使得路基粉質(zhì)黏土層軟化，致使整個(gè)路基產(chǎn)生變形。路基滑坡如圖1所示。

1.2 滑坡區(qū)域地質(zhì)特征

1.2.1 地層巖性。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)勘探資料對(duì)比結(jié)果，在勘探范圍和深度內(nèi)，場(chǎng)地上覆土層為第四系人工填土（Q4ml）、全新統(tǒng)（Q3al+pl）沖洪積成因的粉質(zhì)黏土，夾有卵礫石，下伏基巖為三疊系（T）泥巖。其中路基主要為人工填土，以粉質(zhì)黏土、碎石為主，粉質(zhì)黏土可塑～軟塑狀，卵石或碎石，粉質(zhì)黏土充填，稍密～中密狀。滑體主要為上部填土和粉質(zhì)黏土。滑床為下部全風(fēng)化泥巖。

1.2.2 地下水情況。區(qū)內(nèi)第四系碎石土直接覆蓋于基巖上，第四系孔隙潛水含水層和基巖孔隙裂隙潛水含水層之間無(wú)隔水層，地下水水力聯(lián)系密切，相互溝通，構(gòu)成同一含水體。在豐水期，地下水沿著土巖交界面向下排泄，平均深度為8～10 m。

2" 滑坡成因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 滑坡成因

從地形地貌上看，該段路基所在的自然坡體存在明顯的老滑坡地貌特征，且路基為半填半挖修建而成，路基靠近臨空面?zhèn)葹樘罘剑敬瘟芽p主要發(fā)生在填方側(cè)。形成滑坡的主要原因有：①路基內(nèi)側(cè)自然斜坡呈現(xiàn)明顯的圈椅狀地貌，在距路基內(nèi)側(cè)約50 m的后部形成了高約40 m的陡坡，填方側(cè)坡度陡，臨空面大。②從路基所在斜坡的砂泥巖露頭來(lái)看，巖體產(chǎn)狀約為45°∠11°～15°，與自然斜坡坡向近于一致。該滑坡由于地下水侵蝕沿著順層滑帶發(fā)生滑動(dòng)。

因此，路基以加載填方的路基形式修建于老滑坡的中后部，減弱了坡體的穩(wěn)定性。路基所在的自然斜坡整體上與兩側(cè)坡體存在明顯的高度差異，半填半挖路基填方側(cè)填土與原地層密實(shí)度存在差異，填土在黏聚力和內(nèi)摩擦角均較粉質(zhì)黏土偏小。臨空面產(chǎn)生拉張裂縫，加劇坡體下滑。老滑坡后部坡體上部為寬廣平臺(tái)與路基內(nèi)側(cè)存在的寬緩平臺(tái)，形成了較大的匯水面積，且下伏基巖為順層產(chǎn)狀，故極易造成地表水下滲和地下水向地勢(shì)較低的公路側(cè)自然斜坡滲流，導(dǎo)致坡體和公路路基多年來(lái)穩(wěn)定性欠佳。

2.2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.2.1 滑坡穩(wěn)定性分析。由于現(xiàn)場(chǎng)定性判斷滑體沿著粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化泥巖接觸面滑動(dòng)，因此本研究采用折線(xiàn)形滑面穩(wěn)定分析方法進(jìn)行分析，計(jì)算方法采用傳遞系數(shù)法。

首先根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出黏聚力[c]、內(nèi)摩擦角[φ]，再結(jié)合定性分析結(jié)果（臨界穩(wěn)定狀態(tài)）對(duì)滑坡進(jìn)行反算，求出滑帶土內(nèi)摩擦角[φ]值，最后結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)給出建議值［5］。滑坡計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

選取有代表性的剖面進(jìn)行分析，取單位寬度的主滑方向斷面，對(duì)滑坡體進(jìn)行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力，建立塊體間平衡方程見(jiàn)式（1）、式（2）。

[Ei=WQisinαi??1Fs[cili+WQi·cosαitanφi]][" nbsp; " " "+Ei?1ψi?1] （1）

[ψi?1=cosαi?1?αi?tanφiFs·][sin（αi?1?αi）]" （2）

以上式中：[WQi]為第[i]土條的重力與外加豎向荷載之和；[αi]為第[i]土條底滑面的傾角；[ci]、[φi]為第[i]土條底的黏聚力和內(nèi)摩擦角；[li]為第[i]土條底滑面的長(zhǎng)度；[αi?1]為第[i?1]土條底滑面的傾角；[Ei?1]為第[i?1]土條傳遞給第[i]土條的下滑力。用這兩個(gè)公式逐條計(jì)算，直到第n條的剩余推力為零，由此確定穩(wěn)定安全系數(shù)[Fs]［6-7］。計(jì)算結(jié)果顯示，路基滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.027 81，為欠穩(wěn)定狀態(tài)［8］。

2.2.2 邊坡整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)路基滑坡路面、路肩、護(hù)坡、擋土墻等位移、沉降、開(kāi)裂的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，路面整體變形方向?yàn)楸北蔽鞣较?25°，路肩整體變形方向?yàn)楸北蔽?33°，護(hù)坡整體變形方向?yàn)楸蔽?01°，路面、路肩、護(hù)坡主體變形方向一致。路面裂縫較大，邊坡開(kāi)裂及下沉較大，隨著降雨的持續(xù)，裂縫還會(huì)沿著變形主方向繼續(xù)變形破壞，導(dǎo)致填方路基沉降會(huì)增大、水平位移會(huì)增加、裂縫會(huì)加長(zhǎng)加寬，將更加嚴(yán)重地影響該高速公路的正常運(yùn)營(yíng)。綜合分析認(rèn)為路基滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3 滑坡設(shè)計(jì)處治措施

由于路基滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，為了確保高速公路運(yùn)營(yíng)安全，需要對(duì)該高速公路基滑坡采取綜合措施進(jìn)行加固提高路基穩(wěn)定性及安全。采用的主要工程措施有卸載、擋墻整體加固、加筋土路基加固、預(yù)應(yīng)力錨桿、抗滑樁及排水處理［9-10］。路基滑坡處治設(shè)計(jì)如圖2所示。具體步驟如下。

①卸載。卸載避險(xiǎn)車(chē)道的填方路基，減少路基荷載，減輕擋墻墻背主動(dòng)土壓力。

②擋墻整體加固。受反壓護(hù)道沉降變形所牽引，目前邊坡有一定變形。為確保工程安全，邊坡外側(cè)反壓護(hù)道開(kāi)挖應(yīng)采用自上而下分步開(kāi)挖，逐排錨固的措施方案。上一排錨桿未鎖定之前，反壓護(hù)道禁止向下一步開(kāi)挖，以確保工程安全錨桿，采用Φ32 mm精軋螺紋錨桿，L=20 m，錨桿間距根據(jù)擋墻墻高的不同，采用1.5 m×1.5 m形式，錨桿注漿采用純水泥漿，水泥標(biāo)號(hào)采用42.5號(hào)，水灰比建議采用0.4～0.42∶1，錨桿孔內(nèi)要求注漿密實(shí)，漿液強(qiáng)度按M30控制，錨桿鎖定時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力T=50 kN。若錨桿孔易塌孔或卡鉆時(shí)，應(yīng)采用套管跟進(jìn)+偏心錘施工成孔；當(dāng)路基范圍成孔困難時(shí)，也可以在鉆孔中注漿，注漿經(jīng)早凝后再繼續(xù)鉆孔；當(dāng)錨桿鉆孔漏漿嚴(yán)重時(shí)，建議適當(dāng)添加早強(qiáng)劑或速凝劑、增稠劑等，適當(dāng)控制水泥漿黏稠度和早凝時(shí)間，必要時(shí)采用多次注漿（間隔時(shí)間易短于早凝時(shí)間，避免注漿管堵塞），以鞏固錨桿孔內(nèi)注漿質(zhì)量。錨桿注漿時(shí)，注漿壓力采用0.1～0.6 MPa。

③加筋土路基加固。鑒于路基邊坡有一定外鼓，為減少路基變形，現(xiàn)采用預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)可能出現(xiàn)的淺層變形體進(jìn)行穩(wěn)定加固。

④預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿均采用Φ32 mm精軋螺紋錨桿，L=20 m。錨桿鉆孔直徑為10 cm，錨桿連接件、錨墊板、鎖定螺母均要求采用廠(chǎng)家提供的標(biāo)準(zhǔn)件。Φ32 mm精軋螺紋鋼筋強(qiáng)度不低于PSB830要求。錨桿放置入孔時(shí)，應(yīng)每隔2 m設(shè)置對(duì)中支架，并確保錨桿在錨孔內(nèi)居中，鋼筋水泥漿保護(hù)層厚度不宜小于2.5 cm。錨桿注漿采用純水泥漿，水泥標(biāo)號(hào)采用42.5號(hào)，水灰比建議采用0.4～0.42∶1。

⑤排水措施。在路基內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，并將截水溝排水引至涵洞排除。

⑥抗滑樁。在路基邊坡外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，樁長(zhǎng)30 m，采用2 m×3 m的方樁，樁間距5 m。

路基滑坡經(jīng)治理后，監(jiān)測(cè)期未發(fā)生明顯的位移移動(dòng)，治理后路基如圖3所示。

4 結(jié)論

本研究以某高速公路路基滑坡為研究對(duì)象，在滑坡工程地質(zhì)條件及成因分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并提出針對(duì)性處治措施。主要結(jié)論如下。

①本研究詳細(xì)分析了路基滑坡工程地質(zhì)特征及成因，路基為半填半挖，填方路基坡度陡，臨空面大，隨著降雨入滲，地下水沿著順層巖層軟化土體，減小了滑坡的抗滑力。路基邊坡沿著半填半挖界限形成滑坡。

②基于傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，該路基滑坡在當(dāng)前情況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)對(duì)其采取必要的加固措施。

③提出了滑坡處治的針對(duì)性措施及處治方案，研究成果可為后續(xù)該類(lèi)滑坡的處治提供相關(guān)參考。

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