某公路高填路基塌方分析和處治

蔡茂星

(福建弘沁工程勘察設計有限公司，南平 353000)

1 工程概況

路堤邊坡里程K1+120～K1+200m 處， 路堤長80.00m，最高填方17.20m，路堤填方標高211.50m，坡腳標高194.30m，為壓實填方土質邊坡。 原邊坡填土方量較大，裸露邊坡面積較大，長期受雨水沖刷造成邊坡長期泡水軟化削弱了土體的抗剪強度， 再者受地下水變化所產生的滲透壓力對邊坡穩定性也造成一定的影響， 路堤邊坡坡率為1∶1.5、1∶1.75，邊坡高度15～17.2m，基底為護腳防護，由于雨水沖刷及豐富地下水，現已造成該段邊坡第一階梯填方局部地段塌方， 邊坡有部分土方開裂塌方及原泄水孔有大量地下水排出，邊坡破壞后果嚴重，路堤護腳先后發生了嚴重的變形， 嚴重影響了廠區的暢通和行車安全。

圖1 邊坡塌方現狀圖

2 地形地貌、周邊環境及地質構造

高路堤位于原屬溝谷沖積地貌，后經建設道路，地形變化較大， 路堤地面標高為211.50m， 坡下場地標高為194.30m，高差約17.20m。高路堤采用二級填方邊坡，每級坡高約8.00m，為壓實填方土質邊坡，該段邊坡第一階梯填方局部地段塌方，路堤邊坡下方為新型材料有限公司，采用網格梁防護邊坡。

擬建場地處于閩西北隆起帶隆起中部， 斷裂帶南東側。 擬建場地內未見對工程安全有明顯影響的活動性斷裂、區域地質構造通過。

邊坡區地層中等復雜， 根據鉆孔揭示及地質調繪成果，擋墻段在勘察范圍內自上而下巖土層由素填土①、粉質粘土②、全風化變粒巖③、砂土狀強風化變粒巖④等組成。

根據地質勘察單位提供的勘察資料， 該滑坡滑向約156°，滑坡前緣高程195.78～196.18m，后緣高程211.81m，滑體較陡，坡度約35°，滑體縱向長約25.00m，橫向寬約25.00m。 滑體空間分布不均勻，一般具有前緣較厚，前緣較薄之特點，后緣一帶厚8.40m～11.30m，中部厚5.90m～15.40m， 前緣厚1.10～1.90m； 平均厚 度7.60m， 面積625.00m2，體積4750m3，屬小型土質滑坡。

滑坡體位于道路(K1+120～K1+200m)，總體地形北高南低，后緣與滑體構成典型的“∩”塌方形態，由北到南地形變化如下：

(1)裂縫寬20～30mm，長10～15m，下錯不明顯；

(2)滑體坡面度較陡，坡度35～45°，中軸部微凸；

(3)滑體前緣地形較平坦。

3 滑坡影響因素與變形破壞機制

3.1 影響因素

據調查及綜合分析， 滑坡變形機制主要為近期連續暴雨形成的推動式土質滑坡， 其形成和發展變化受多種因素控制，主要影響因素包括降雨、斜坡土體物質組成和結構特征、地形地貌條件、地表水及地下水條件及人類工程活動等，分述如下：

(1)降雨量大且強度高是老滑坡發生次生災害的另一個主要誘發因素。 大量降雨的入滲， 首先增加了土體自重，其次降低了土體的力學性能，特別是抗剪強度，誘使滑坡后緣拉張裂縫進一步發育并產生滑移下錯， 土體在重力作用下產生滑移變形。

(2)滑坡滑體物質組成主要為素填土(粉質粘土)，(5.50～7.00m)灰褐色，稍密，飽和，局部夾風化碎石，含量約占10%～15%，粒徑20～30mm，風化碎石手捏可碎，角礫約占10%，中細砂約占10%，其余為粘性土，碎石呈次棱角狀，顆粒級配差， 膠結較差； 其他鉆孔滑帶粘性土含水量占優，(3.00～5.00m)主要表現為泥質具滑膩感狀；路堤邊緣可見張裂縫，裂縫寬20～30mm，長10～15m，下錯不明顯，為滑坡的進一步發展、破壞提供了物質條件。

(3)滑坡滑體地處填方邊坡地段，坡度一般15～35°，這為滑坡滑動提供了良好的前緣臨空條件。

(4)地表水及地下水是該滑坡形成的誘因之一。 填方邊坡巖土體結構松散，易受大氣降水垂直入滲。區內降雨量大而集中，多發大雨、暴雨，雨水的下滲，不但降低了巖土體的抗剪強度，還提高了填土土體重量，誘發填方邊坡土體產生蠕滑變形。

(5)目前勘察區內的人類工程活動主要表現為路堤，后期路基內有荷載較大的貨車通過，對滑坡影響較大，這為滑坡滑動提供了良好的上部荷載變形條件。

3.2 變形破壞機制

該滑坡屬土質滑坡，上部填土厚度較大，一般3.00～5.00m，成份主要為素填土(風化碎石夾粉質粘土)，呈稍密狀，膠結較弱。 滑體的主要組成物質是褐色，稍密，飽和，局部夾風化碎石，含量約占10%～15%，粒徑20～30mm，風化碎石手捏可碎，角礫約占10%，中細砂約占10%，其余為粘性土，碎石呈次棱角狀，顆粒級配差，膠結較差；其他鉆孔滑帶粘性土含水量占優，(4.00～5.00m)主要表現為泥質具滑膩感狀，應為滑體在移動過程中形成的滑動所致，再加上后期的物理、 化學風化作用形成滑體成份軟硬不一等典型現象。 滑體的這些典型結構構造不但在鉆孔中得以揭示，據地面變形特征、物質組成綜合分析滑坡屬推動式土質滑坡，目前處于欠穩定狀態。

4 滑坡穩定性分析

高填邊坡區未發現活動斷裂和不良地質現象， 根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)(2016 年版)4.1.5 條及表4.1.3，場區屬抗震設防烈度6 度區，地震動峰值加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，高填區標準場地反應譜特征周期為0.35。

邊坡自然坡度約35～45°，滑坡范圍內巖土層以素填土、粉質粘土及風化巖為主，坡度較陡，穩定性較差，場地地形整體北高南低，巖土界面傾角約19°，填土底面的天然坡度大于15%，路基回填后，因連續暴雨，使高填邊坡巖土體沿巖土界面發生整體滑移破壞。

4.1 工況條件的確定

(1)正常工況：自重，正常工況即為晴天或者零星小雨的氣候條件下，滑體處于天然狀態。 取天然滑體濕容重。

(2)非正常工況：自重+暴雨，非正常工況即為暴雨或者持續強降雨的氣候條件下，地表水沿裂縫滲入滑體，將受到浮力和動力水壓力作用，按飽和和濕容重考慮。

由于本塌方邊坡已經處于非正常工況情況， 參考地質勘探報告，具體選取按滑坡土體計算參數如表1 所示。

4.2 滑坡穩定性計算

采用理正軟件計算，滑動面按折面，對K1+140 剖面進行穩定性分析，不考慮地下水和地震荷載，計算剖面圖及計算結果如圖2 所示。

圖2 K1+140 計算剖面

表1 滑坡土體計算參數

根據理正計算結果顯示， 非正常工況安全系數小于《公路滑坡防治設計規范》的規定，處于不穩定狀態，故應對該塌方邊坡采取處治措施。

5 塌方處治措施

經過上述分析，若塌方滑坡帶處不經過處理，將嚴重影響了廠區的暢通和行車安全。 塌方處治方案從以下幾個方面進行考慮：①清表及坡面卸土減載，并嚴格控制卸載程序；②改變路基填料的強度，增加土工格柵回填；③做好臨時排水、封面處理，增加邊坡排水措施；④底部增設抗滑擋墻。 K1+120-K1+200 邊坡塌方綜合采取以下措施進行處理：

圖3 邊坡塌方平面圖

(1)塌方邊坡為素填土較松散，且厚度為2～5m，先把塌落的土方挖除，并采用臺階式開挖，臺階的寬度不小于4m， 臺階應有3%向內傾斜的橫坡， 對整體坡面進行卸載。

(2)塌方處填方采用加筋土填筑，設計筋材垂直鋪設層間距， 筋材水平鋪設長度及規格可詳見邊坡防護示意圖。 填料選用現場開山強-中風化碎石土， 邊坡上部2m采用現場坡殘積粘性土壓實回填以止水防滲。 填料壓實度要求≥95%。 填料中有尖銳棱角等有損塑料土工筋帶的部分不得大于總量的15%， 填料最大粒徑不得大于200mm。 本工程使用的土工格柵為單向拉伸塑料土工格柵(GDL)。產品除應除滿足《土工合成材料應用技術規范》(GB50290-2014)和《交通工程土工合成材料-土工格柵》(JT/T480-2002)的要求外，為保證邊坡工程的安全穩定還需滿足如下具體要求：

①原材料。 本工程要求土工格柵的原材料為高密度聚乙烯(HDPE)，且必須是采用全部新的原始粒狀原料，嚴禁采用粉狀和再造粒狀顆粒原料。

②格柵類型。 本工程要求的土工格柵為單向拉伸土工格柵。

③連接強度。 每種型號的格柵均應提供相應的配套連接棒型號。 連接棒的連接強度必須經過測試不小于相應型號的格柵極限抗拉強度，并提供相應的檢測報告。

圖4 邊坡塌方處治斷面圖

④格柵形狀。格柵沿卷長方向(縱向)上的橫肋間距要求不大于35cm，產品尺寸及偏差應符合《交通工程土工合成材料-土工格柵》(JT/T480-2002)的要求。

⑤格柵技術指標見表2。

表2 土工格柵技術指標表

(3)塌方邊坡區域，要設立臨時排水設施，如挖筑臨時急流槽、排水溝、擋水埝等，以便下雨時水能盡快排出。邊坡挖除后為了防止雨水沖刷滲入，采用塑料薄膜覆蓋。在第二階底設置間距2～3m 平孔排水， 并在擋墻底設置排水溝及盲溝接入道路排水系統。

(4)通過塌方邊坡整體穩定性進行驗算，為了保證廠區的暢通和行車安全，采用抗滑擋墻進行支護，持力層進入砂土狀強風化變粒巖， 路堤邊坡采用框格植草進行恢復。

6 結束語

圖5 邊坡平孔排水示意圖

通過對高填路基滑坡地質特征、 滑坡影響因素與變形破壞機制分析， 認為路堤下邊坡工廠已經進入生產運營階段，保證廠區的暢通和行車安全是關鍵。本次設計是對填方滑坡先清除雜物及坡面卸土減載，分段開挖臺階，分段回填加筋土， 邊坡設置平孔排水， 底部增設抗滑擋墻， 增設框格植草等防護措施， 經過今年多次暴雨的考驗，邊坡塌方未出現滑動，邊坡處于穩定常態。