軟基填方路段穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及處治建議

胡興堯 袁 奇 劉 黔 秦 龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081)

擬建的遵義至余慶高速公路位于貴州省遵義市境內(nèi)，屬于《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃(加密規(guī)劃)》，是《貴州省交通運(yùn)輸“十三五”發(fā)展規(guī)劃》重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目，起點(diǎn)接已建的余安高速，終點(diǎn)接在建的遵義西南環(huán)，其間與已建的道甕高速連接。地處貴州黔北山地，地勢(shì)總體西北高、東南低。項(xiàng)目區(qū)域處于黔中東西構(gòu)造帶的北緣、川黔南北向構(gòu)造帶、北北東向構(gòu)造帶和北東向構(gòu)造帶的交匯復(fù)合地帶。構(gòu)造形跡主要為北東向構(gòu)造體系，根據(jù)構(gòu)造的形成時(shí)期，劃分為南北向、新華夏系、華夏系構(gòu)造體系。區(qū)域海拔在630～900 m。山體呈脊?fàn)罴板F狀，切割深度250～400 m不等，山坡坡度一般20°～45°，風(fēng)化作用較強(qiáng)烈。區(qū)域?qū)賮啛釒睾蜐駶?rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫14.9 ℃，年平均降水量1 141.3 mm。

1 工程地質(zhì)條件

GK0+130-GK0+350填方路基位于遵義至余慶高速公路第1合同段余慶樞紐。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪，該填方為小范圍匯水溝谷，上覆3～6 m松散粉質(zhì)黏土，填方路段下伏基巖小樁號(hào)一側(cè)為前震旦系上板溪群清水江組(Ptbnbq)變余凝灰?guī)r，產(chǎn)狀位295°∠28°、大樁號(hào)一側(cè)為下第三系(E)砂礫巖，產(chǎn)狀為75°∠15°，填方路基上部為前震旦系上板溪群清水江組(Ptbnbq)變余凝灰?guī)r、下部為下第三系(E)砂礫巖。由于地層巖性分界線貫穿填方路基，該填方地下水較為發(fā)育，溝底局部軟塑狀粉質(zhì)黏土，填方路基典型工程地質(zhì)剖面見圖1。

圖1 填方路基工程地質(zhì)剖面圖

2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 定性評(píng)價(jià)

根據(jù)填方路段地貌形態(tài)、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，氣象條件等因素綜合考慮，該填方路基中心最大填高為GK0+280斷面，中心填高為24.71 m，最大邊坡高度為38.12 m。該斜坡現(xiàn)階段整體穩(wěn)定較好，在一定的降雨作用下邊坡能保持自穩(wěn)。但是進(jìn)行路基填筑施工后，由于地層分界帶存在地下水出露，坡體地表水發(fā)育，填方路基下部存在較厚的軟塑狀粉質(zhì)黏土，斜坡覆蓋層由可～軟塑黏土組成，土體抗剪強(qiáng)度低，在巨大的填筑體作用下，路基直接填筑加載，加之排水不暢極易發(fā)生側(cè)向滑移，填方體易沿下部土體和巖土界面產(chǎn)生剪切滑移破壞，對(duì)高速公路的安全運(yùn)營(yíng)造成威脅[1]。

2.2 定量評(píng)價(jià)

2.2.1土性參數(shù)選取

填方路堤邊坡由上到下分別為填料、松散坡積土、強(qiáng)風(fēng)化變余凝灰?guī)r及中風(fēng)化變余凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖及中風(fēng)化砂礫巖。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及巖土體物理力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)合工程類比[2]及相關(guān)規(guī)范，將潛在滑動(dòng)面全部滑帶土取值。巖土體參數(shù)見表1。

表1 巖土體參數(shù)選取

2.2.2穩(wěn)定性計(jì)算

由JTG D30-2015 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]可知，可采用簡(jiǎn)化Bishop法對(duì)路基和地基的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)原有土性、填料性質(zhì)、填方高度，確定剪入剪出口，搜索得到3條潛在滑動(dòng)面，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 填方路基整體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算圖

穩(wěn)定系性數(shù)Fs由式(1)求得。

(1)

式中：Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù)；bi為第i個(gè)土條寬度，m；αi為第i個(gè)土條底滑面的傾角，(°)；ci為第i個(gè)土條滑弧所在土層的黏聚力，kPa；φi為第i個(gè)土條滑弧所在土層的內(nèi)摩擦角，(°)；mαi為系數(shù)；Wi為第i個(gè)土條重力，kN；Qi為第i個(gè)土條垂直方向外力，kN。

路堤和地基的整體穩(wěn)定性分析考慮了正常工況(天然狀態(tài))和正常暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)工況I，路堤在原地表直接填筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 典型斷面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

由表2可見，在正常工況條件下，3個(gè)潛在的滑動(dòng)面正常工況下的安全系數(shù)分別為1.159，1.116及1.168；非正常工況I的安全系數(shù)分別為1.003，0.985及1.012。根據(jù)JTG D30-2015 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[2](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)要求。二級(jí)及二級(jí)以上公路的高路堤與陡坡路堤穩(wěn)定安全系數(shù)在正常工況下必須不小于1.3，在非正常工況I必須不小于1.2。依據(jù)《規(guī)范》要求，GK0+130-GK0+350填方高路堤是不安全的。

2.2.3剩余下滑力計(jì)算

根據(jù)2.2.2中3個(gè)潛在的滑動(dòng)面在正常工況及非正常工況I下的安全系數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)s2安全系數(shù)最小，因此，為確定支擋防護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)，選取Fs2滑面作為剩余下滑力及支擋防護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)。

剩余下滑力計(jì)算采用《規(guī)范》推薦的傳遞系數(shù)法，忽略滑塊間變形、不考慮滑塊鍵拉張，穩(wěn)定性計(jì)算的基本參數(shù)見表3，根據(jù)潛在滑動(dòng)面Fs2進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算，利用條分法分為19塊進(jìn)行計(jì)算，得到填方路基剩余下滑力曲線見圖4。

表3 剩余下滑力計(jì)算基本參數(shù)

圖3 剩余下滑力曲線

由圖3可見，在距離剪入口約40 m處，穩(wěn)定性剩余下滑力計(jì)算得到Fs2滑面最大剩余下滑力為1 420.39 kN/m，在剪出口處，剩余下滑力為982.11 kN/m。因此，根據(jù)《規(guī)范》，剩余下滑力較大，建議采取抗滑支擋措施。

3 處治建議

根據(jù)穩(wěn)定性定量分析計(jì)算，填方體填筑之后，邊坡處于極限平衡狀態(tài)，最大剩余下滑力為1 420.39 kN/m，剩余下滑力過(guò)大，不利于填方邊坡穩(wěn)定。因此，建議對(duì)填方邊坡進(jìn)行以下的處治措施：

1) 清表工程。清除填方體下部的軟塑狀粉質(zhì)黏土，開挖臺(tái)階，填筑透水性材料。

2) 排水工程。填方體基底為變余凝灰?guī)r及砂礫巖，地層交界帶具有地下水出露，建議采用地表排水溝與地下盲溝相結(jié)合的截排水措施，盲溝中心透水管增大，在填方路基兩側(cè)設(shè)置排水溝，避免地形匯水滲入填筑體，使填筑體含水量增大[4]。

3) 抗滑樁支擋。從剩余下滑力曲線對(duì)比可以看出，剩余下滑力最大達(dá)到1 420.39 kN/m，因此建議選擇抗滑樁作為本段填方路基的處治方案[6]。

4 結(jié)論

1) 填方體為地層交界帶，地下水出露，坡體地表水發(fā)育，填方路基下部存在較厚的軟塑狀粉質(zhì)黏土，斜坡覆蓋層由可～軟塑黏土組成，土體抗剪強(qiáng)度低，填方體易沿下部土體和巖土界面產(chǎn)生剪切滑移破壞。

2) 采用簡(jiǎn)化Bishop法對(duì)路基和地基的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，搜索得到3條潛在滑動(dòng)面，路基均處于極限平衡狀態(tài)。在正常暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下，填方路基欠穩(wěn)定。對(duì)潛在滑動(dòng)面Fs2進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算，最大剩余下滑力為1 420.39 kN/m。

3)根據(jù)穩(wěn)定性定量分析計(jì)算，建議采取清表填筑透水性材料、地表地下截排水相結(jié)合、抗滑樁支擋的綜合處治措施。