某高速膨脹土路基穩定性評價及整治措施探討

胡俊波 李方明

(四川省樂山圣達水利水電有限責任公司，四川樂山 614000)

1 工程概況

南部—成都高速公路K124+870 m～K124+980 m段路塹坍塌范圍:K124+900左側人工邊坡處，長度約10.00 m～12.00 m，寬約8 m ～10 m，面積約99 m2，滑體平均厚度約3.0 m ～4.0 m，體積約376 m3;K124+940左側人工邊坡處，長度約24.00 m～26.00 m，寬約18 m～20 m，面積約475 m2，滑體平均厚度約4.0 m～6.0 m，體積約2 375 m3，另外在K124+850左側還發現另一滑坡。右側人工邊坡也發生垮塌、滑移現象，其主要垮塌點也呈兩處，共同組成一個垮、滑區，整體范圍長約12.00 m～14.00 m，寬約40 m～42 m，面積約 533 m2，滑體平均厚度約 6.0 m ～ 6.5 m，體積約3 465 m3;上述滑坡均屬小型土體滑坡。滑坡后緣橫向呈坎狀，一般坎高約0.5 m～1.5 m不等，縱向呈弧狀，地表近后緣見多條拉裂隙，前緣剪出口為人工邊坡坡腳。

2 垮塌、滑移成因分析

從地面調查及鉆孔揭露地質條件看，路塹區兩側人工邊坡開挖坡降比約1∶(1.20～1.25)，主要垮塌段位于路塹區微沖溝地段，人工邊坡坡體為粉質粘土及粘土組成，屬土質邊坡。因該段地處微沖溝地段，大氣降水及坡面地表水體主要向微沖溝低洼地排泄，現向路塹開挖兩側坡底匯聚排泄，同時由于坡頂地表長期有地表水體(稻田水、水塘水)匯集，以及向土層緩慢滲透;而土體主要為相對隔水的粘性土分布，且具有遇水膨脹的特性，在地表水長期滲透下，土層中含水量相對較高，局部形成不同水面的地下水滯水帶，形成不同的軟化面，據土工試驗成果，該區段土體抗剪強度相對較低，且變化較大(一般為C=13 kPa～33 kPa;φ=7.8°～15.7°)，故土體邊坡坡體自穩定性相對較差?？逅鷧^地段左側斜坡坡頂稻田區有三條排水水渠流向人工坡面，使該地段土體抗剪性質進一步變差，左側則為水塘，且水塘臨坡面堤壩為新近堆積，穩定性較差，施工期間坡面截、排水設施尚未完善。在遇到持續暴雨的作用(2011年7月～8月期間，遭遇特大暴雨襲擊，降雨強度大，持續時間長)，在地表水體強沖刷及地表水下滲軟化土體共同作用下，引起人工邊坡土體沿不同的受力面產生坍塌、滑移現象。

從上述現象分析。K124+870 m～K124+980 m段路塹產生變形的主要原因是:該段路塹地處微沖溝地段，且為小區域的匯水地段，而該路塹段橫切微沖溝，使路塹區局部原地應力平衡被打破，路塹段原土體抗滑阻力消失，兩側人工邊坡為應力重點釋放地段，兩側邊坡下滑作用加大，斜坡土體產生了不同的受力面;而兩側地表為主要匯水地段，現為稻田、水塘區，地表水體較豐，受地表水體長期入滲影響，土體中粘性土含水量較高，粘性土遇水膨脹，其抗剪強度較低，而下部主要為結構不均勻粘土，具隔水性質較強、變化較大，易形成不同水面的上層滯水，軟化土體，使局部土體抗剪強度進一步降低;綜上所述，該路塹段土體間在不良工況下力學平衡易被破壞，從而誘發土體蠕動、滑移變形，導致斜坡坡面拉裂、垮塌、滑移。

3 垮塌、滑移區的穩定性評價

3.1 滑面(滑帶)的確定

從鉆探揭露及地面調查情況來看，該區段上部土體主要為粉質粘土，受地表水體的影響，含水量相對較高，主要為軟塑狀;中下部主要為粘土，一般呈可塑狀，局部硬塑，因具較強的隔水性質，易形成不同的上層滯水帶，在土體中易形成不同的軟化面(土體呈軟塑及流塑)，且不均勻分布，同時減小了土體的抗剪強度，使中下部形成不同的潛在滑面。因此分析評價時將含水率偏高的軟塑狀粘土(或具擾動痕跡的土體)作為滑面(帶)，其下部可塑狀粘土作為滑床。

3.2 滑帶土指標參數的選用

根據土工試驗成果統計資料，在計算時建議滑體土天然重度采取 19.5 kN/m3。

滑帶土抗剪強度取值:因土體含水率高，多呈軟塑狀，利用殘剪強度試驗成果指標，成果統計:C=11 kPa～14 kPa，平均12.5 kPa;φ=6.2°～8.5°，平均 7.4°。利用人工邊坡穩定系數反算抗剪強度指標C，φ值。

據訪問:兩側人工邊坡開挖基本成形后，斜坡坡體處于基本穩定階段，坡體未見變形、開裂等現象，在多次暴雨作用下人工邊坡發生垮塌現象，故根據該段路塹開挖后K124+940(3—3')橫剖面左右兩側實際開挖斜坡反算抗剪強度成果，在反算時，滑帶土:天然重度采取19.5 kN/m3，飽和狀態重度取 20.5 kN/m3，滑面呈圓弧狀，按拆線法反算成果?；瑤量辜魪姸热≈?土體含水率高，多呈軟塑狀，按快剪強度試驗成果指標試算:天然狀態C=12 kPa;φ=6.5°;飽和狀態:C=8 kPa;φ=6°。

3.3 路塹段垮塌區穩定性評價及滑坡剩余下滑力計算

現場調繪情況分析，路塹區人工邊坡垮塌的主要原因是，斜坡主要為粘性土組成，其土體含水量較高，抗剪強度較低，地形、地貌處于易受不良工況影響地段，在遇持續降雨(暴雨)沖刷作用下，引起公路路基兩側斜坡土體產生推移式滑坡。

根據土體取芯室內土工試驗成果數據，以及斜坡穩定性反算成果，綜合分析，建議自然狀態下斜坡土體按潛在滑面抗剪強度指標:天然狀態快剪 C=12 kPa，φ=6.5°;飽和狀態殘剪 C=8 kPa，φ=6°進行現狀穩定性計算。

根據地面調查綜合取3—3'剖面分左右兩側分別對滑坡堆積體在自然條件下及不良工況下試算:

按快剪指標平均值取 C=12.0 kPa，φ=6.5°進行穩定性試算，計算得到穩定性系數分別為:左側現坡面3—3'剖面(左右側)，K=1.18;左側現坡面 3—3'剖面(左、右側)，K=1.85 ～4.60;處于穩定狀態，與現分析狀態結論基本相符。而暴雨工況條件下假定滑帶土處于飽和狀態按殘剪指標平均值取C=8.0 kPa，φ=6.0°進行穩定性計算，計算得到穩定性系數 K=1.36～3.39;表明在暴雨工況條件下垮、滑區處于穩定狀態，與現坡面狀態上述分析結論基本相符。

各種工況條件下假設安全系數 K值分別取1.05，1.10，1.15，1.20，1.25時對剖面各塊段不同的剩余下滑力計算，見表1。

表1 不同安全系數情況下剩余下滑力

3.4 工程荷載條件下滑坡堆積體評價

勘察路塹段上下兩端見K1c地層粉砂質泥巖出露，中段主要為坡洪積堆積粘性土。兩側人工邊坡主要地處微沖溝地段，受地表水影響，中段土體含水量較高，抗剪強度較低，且沿微沖溝基巖面呈傾斜狀，其坡角約30°～35°，使地下水向路塹區匯聚，而地表主要為稻田、水塘區，長年地表水體較豐富，長年入滲對斜坡土體穩定影響較大，故斜坡土體抗阻力變化較大，因此線路通過該地段需重點考慮不良工況對斜坡的影響，應加強對人工邊坡抗滑加固處理，處理方式可采用在路基兩側設置擋墻并設置好截、排水溝。

4 整治措施

據前述分析，建議治理方案如下:1)攔截和排泄地表水:在斜坡體后緣及路基兩側邊界重新設置排水溝，疏通垮塌區后部及公路兩側的地表水，使地表水暢通的流經該區段，以避免地表水下滲流入斜坡土體中。2)永久支擋工程+坡面防護建議:處理方式可采用重力式擋墻支擋人工邊坡地段，即在路塹兩側人工邊坡坡腳設置擋墻工程支擋+坡面防護。擋墻構筑物基礎宜進入基底中風化巖石中，具體應根據土體壓力及抗傾覆要求計算確定，同時土體壓力應充分考慮斜坡坡頂水塘水(稻田水)水體壓力;坡面防護可采用錨桿框格梁+綠化措施或者采用漿砌卵石護坡方式，同時設置足夠的泄水孔。施工過程中嚴禁大范圍同時開挖，宜分段開挖分段支護，同時避免施工用水下滲軟化土體，避免誘發新的滑坡的產生。3)支擋工程施工前，可先進行后緣及兩側邊界坡體上的排水溝施工，排水工程應盡量減小對斜坡坡體的沖刷作用。4)支擋工程宜分段進行，并由該路塹兩側向中部延伸進行。5)支擋工程設計應充分考慮路塹段所處地形地貌條件及兩側地表為常畜水地段這一特定條件，同時充分考慮斜坡坡頂水壓力變化較大，水塘地表水對斜體的壓力影響因素等，并確?；A嵌入持力層設計深度，確保支擋構筑物滿足抗滑及抗傾覆要求。6)從垮塌段穩定性驗算成果表明，滑帶土的抗剪強度指標受水的影響而降低，暴雨直接沖刷作用對人工邊坡穩定性起著關鍵性的控制作用，因此建議對地表水進行合理的輸、排，同時加強斜坡坡體表面的防滲工作，防止地表水下滲軟化路基及土體，以利于路塹兩側斜坡的穩定。

［1］陳安惠.西安南京鐵路膨脹土路基與構筑物的病害整治［J］.路基工程，2005(3):21-22.

［2］于鴻川，于 濱.凍土地區膨脹土(裂土)路塹邊坡病害的整治［J］.鐵道建筑，1998(11):69-70.

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