“成都粘土”路塹垮塌原因分析及處理方法探討

李 星

(湖南省桂武高速公路建設開發有限公司，湖南郴州 424400)

0 前言

正在建設的成安渝高速公路，起于成都市南，途中經過成都市的龍泉驛、簡陽、資陽樂至、安岳，東南與重慶市接壤，是連接成都、重慶兩座西部特大城市里程最短、線路最優的陸路主通道之一;全長251.427 km，全線設計速度100 km/h，雙向六車道，路基寬33.5 m，全為瀝青混凝土路面，建成后將是四川省最寬的一條出川高速公路。其中，四川段全長 173.4 km，成 都 段 全 長 20.6 km，重 慶 段57.427 km。

該路在建設中，在路塹開挖后近1 a的時間內，有多處路塹邊坡發生垮塌。從外觀上看，垮塌的路塹邊坡基本與開挖的坡率、邊坡開挖高度無關，而與路塹上邊的植被植物根系發達程度有關。例如:在k163+780～+860處，開挖高度不足8 m，山體自然坡度＜30°，在一場大雨過后就垮塌了，而且這種垮塌還是分級的，在有樹木稠密的位置邊緣就停止垮塌，沒有樹木的位置的地表土形成流塑狀，時刻都有再繼續垮塌的趨勢。見圖1。

圖1 邊坡垮塌示意圖

尤其對于已經修整成型的高路塹邊坡，這種垮塌所造成的修復經濟損失是很大的，如擴大了公路邊線范圍，征地手續很麻煩;機械操作難度大;還要占用大量的人工、材料、設備，工期也跟著拖延等。

1 調查取樣試驗

為此，對全線的路塹邊坡進行了勘察統計，再觀察這些土壤。這種土在經過若干個晴天之后，水分蒸發，外表相當尖銳，甚至還可以傷及人的皮膚。從外觀判斷，該土具有較大的吸水性，而后顯著軟化，失水后顯著收縮特性，表面硬化。通過對多段垮塌地段的土樣取樣分析以及查閱一些參考文獻，這里的主要不利基本因素是:存在有“成都粘土”，“石膏土”，地下水，裂隙水等綜合因素造成。晚更新世鮮黃色冰水粘土稱為“成都粘土”。

通過實驗數據表明，成都粘土的粘粒含量都高于50%，有個別段最高達65%。粘土的礦物質以伊利石和高嶺土為主，約占66% ～95%，含有少量的蒙脫石(約占5% ～15%)及蒙脫石-伊利石混層物。少量地段含有不同程度的游離鐵Fe2O3，由于鐵含量不均，有構成團粒團塊結構膠結體。成都粘土的天然含水率在21.0% ～24.8%，天然孔隙比在0.61～0.72之間。這些促使和抑制土體脹縮性因素共同作用使土的脹縮性不強。而另一方面由于不同試件所受上述各因素的影響程度不同，所以表現出不同的脹縮特點，實驗數據點比較分散。物理指標:篩分后 2 ～0.05 mm 砂，占 2.5% ～6.0%;0.05～0.005 mm 粉，占 32% ～39.7%;＜0.005 mm 粘粒，占 51.6% ～62.3%;＜0.002 mm 膠粒，占49.0% ～55.7%。膨脹率:垂直水平面 1.05% ～2.7%，平行水平面0.45% ～2.2%。膨脹力:垂直水平面 11.6 ～60.0 kPa，平行水平面 0.45 ～2.2 kPa。自由膨脹率:35% ～71%。收縮率:線收縮 1.60% ～5.74%，徑收縮 2.10% ～5.74%，體收縮 5.70% ～16.4%。液限:34.3% ～54.3%，塑性:18.2% ～26.8%。

通過另一方面調查，在附近歷史上修建的東風水渠，成渝鐵路，邊坡為1∶1.25仍發生大量塑性溜滑。成渝鐵路龍潭寺至洪安鄉段路塹邊坡采取1∶1.75～1∶2.0仍發生坍塌現象。全國著名的“獅子山滑坡”發育的初期階段—塑性溜滑也發生在“成都粘土”內。此類坍滑，滑床一般不深且不明顯，沿壁高1～3 m。究其原因當以“冰川泥”為主要物質來源致使“成都粘土”粘粒含量高達50%以上。以及從水成環境沉積后因失水收縮而生成的大量原生裂隙也是造成本層工程地質問題的根本因素。其中沿原生裂面水解作用生成的灰白色粘土條帶中的粘粒含量增加(由棕黃色粘土之 49.9%，增至55.5%)，及粘土礦物水云母增加使“成都粘土”的親水性更好，遇水更易崩解軟化。原生裂隙的發育給次生水解作用提供了有利條件。因此“成都粘土”的工程地質特性與其成因是密切相關的。還有，中更新世棕紅色砂質粘土及強風化泥礫層的下部，其工程地質性質，往往還不如“成都粘土”，一旦開挖邊坡，則易造成滑坡。

分析其原因有二:一是泥礫層呈強風化狀，其力學強度大大降低，再加上地下水潛蝕作用等因素，土層很容易液化，造成了此類滑坡的發生條件;二是深部粘土層多長期處在地下水潛水面以下并遭受強烈的水解作用，此粘土層因本身沉積的年代要早，遭受水解作用的程度要比“成都粘土”完全得多，致使白色粘土條帶較“成都粘土”發育，甚而局部成為灰白色粘土層，故其工程地質條件亦比“成都粘土”更差。

針對此類土的性質，總結了成都粘土遇水的外觀特性變化規律:開挖(裸露土層)→遇水(下雨)開始膨脹液化，位移→晴天太陽暴曬，局部產生收縮開裂松動→再次遇水，裂縫進水→開始崩裂。這里的成都粘土一般分布在表層3～10 m左右，對治理方面帶來一定方便。

2 解決方法探討

對于成都粘土這些特性，采取疏、減、堵、防措施進行處理。

1)疏:采取兩種方法對坡面水進行疏通，盡量縮短雨水在坡面停留的時間。

第一種，采取在坡面土層以下0.5～1 m處安置直徑100 mm的軟性滲水管，安裝間距根據土層的顆粒含量進行合理的布距。對于微顆粒含量較高的地段，布距距離在2.5～4 m;對于微顆粒含量較低的地段，布距距離在4～6 m。在個別有泉眼的地層，不受限制，另加安置。對于垂直層數安裝:一級坡一般只安裝一層，兩級或兩級以上，由于只考慮排除雨水，也只考慮兩層，而且也只考慮最底一級安裝兩層。兩層之間在平面投影內相互錯開，層間高差在1～1.5 m之間，這樣效果會更好。埋設軟性滲水管采用潛孔鉆機打向上的斜孔，孔的向上坡度大于6%，孔深超出坡面水平投影3～5 m，或者直接接截水溝。見圖2。

圖2 邊坡排水示意圖

第二種，采取在坡面挖支撐滲溝的辦法。即在已經開挖的坡面人工開挖順坡面開挖排水溝，溝寬0.5 m，溝深0.8 m，間距也是根據土層微顆粒含量確定，3～5 m，5～7 m兩種間距。當溝挖好之后，墊上高滲透的土工布，之后在溝里填充同等粒徑(范圍在1～3 cm)的卵石或者碎石(注意一定要是同粒徑)，當填充完石頭后，將高滲透土工布兩邊相互折合搭接，在其上面覆上15 cm土層，以利掛網植草美化。見圖3。

圖3 邊坡防坍塌排水示意圖

2)減:對于已經成型的坡面垮塌，首先只能去除垮塌的土石，減輕坡面荷載。對于線外情況，盡量去除有垮塌趨勢的土堆。之后重新進行坡面整理，殘缺的部分進行人工整理，挖出排水溝，或者埋置軟性滲水管，疏通延續排水，然后用碎石填充，用根植土蓋面，植草美化。

3)堵:對于存在有垮塌的趨勢或者已經垮塌的坡面，如果自然坡度很緩，證明土質的膨脹系數很大，當自然的坡度平衡遭到破壞后就在凌空面上垮塌，這時，只要穩住自然坡腳的開挖點，就會有所改觀。所以，采用在開挖點的凌空面腳底設置高度＜2.5 m重力式矮擋墻，擋墻的一面是路基排水邊溝，一邊是垮塌的邊坡，整理好邊坡，擋墻預留排水管。對于比較高的邊坡，還可以考慮去除垮塌土石方后，埋設軟性滲水管，邊坡表面進行三維網植草，與擋墻聯合作用(穩住坡腳和坡面排水)。見圖4。

圖4 邊坡排水穩定綜合處理示意圖

4)防:有部分人總存在僥幸心理，當看到沒垮塌的邊坡后，總想不會再有垮塌了，但往往在你不注意的時候又有新的垮塌地段發生。所以，在“防”方面，針對土工試驗的結果，進行指導性地預防。對膨脹性比較大的地段，采取經常性的儀器觀測，尤其在大雨來臨之前，進行詳細檢測，提前做好預防。另外，在路塹邊坡垮塌處理的地段，將坡面進行三維網、鍍鋅鐵絲網、客土噴播植草等方法防護，坡面保土流失。

3 結語

通過用這些方法對幾個垮塌很嚴重地段的綜合處理，雖然在投入上多花了一點錢，但相比如果繼續垮塌，其損失會更大，而且建設工期不容許，擴征土地更難。如果在通車之后有垮塌現象，處理起來就會更難，損失更大。通過幾次大的雨季觀測檢驗，修復地段垮塌現象基本沒發生，下一步繼續推廣這些方法。

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