野三關(guān)某公路路基擋土墻失穩(wěn)分析及治理措施

楊勇， 敖祥

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 湖北 武漢 430060)

山區(qū)地勢(shì)起伏較大，溝壑縱橫，常采用擋土墻以減少路基土石方和收縮坡腳。但擋土墻自重和路基填土?xí)蚱破麦w自然條件下的應(yīng)力平衡，使應(yīng)力重新調(diào)整，同時(shí)在水和人類工程活動(dòng)等誘因下極易造成擋土墻和坡體失穩(wěn)，尤其是在山坡沖溝段。擋土墻失穩(wěn)分析及冶理是公路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是保證公路運(yùn)營安全的關(guān)鍵所在。沈中超等分析路堤擋土墻失穩(wěn)原因，提出了以壓力注漿法加固地基、鋼筋砼板和預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固墻身的綜合治理方案。葉建勝等分析山區(qū)公路擋土墻失穩(wěn)機(jī)理，提出了擋土墻失穩(wěn)處理的常用措施。該文結(jié)合湖北恩施州巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)某公路路基在沖溝段施工中出現(xiàn)的擋土墻變形失穩(wěn)問題，采取截排水+加固注漿+抗滑樁綜合治理措施，并提出沖溝段擋土墻施工注意事項(xiàng)。

1 工程概況

野三關(guān)鎮(zhèn)某公路工程按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路線全長約5 km，路基寬度12 m。其中K0+340—520段位于U形山谷沖溝內(nèi)，地形起伏較大，地勢(shì)變化大，設(shè)計(jì)方案采用路基填方通過，中樁最大填高19.75 m。路堤左側(cè)分級(jí)填筑，采用拱形骨架護(hù)坡；路堤右側(cè)設(shè)置衡重式路堤片石砼擋土墻，墻上填土8.0 m，最大墻高17.58 m(K0+440)。

在K0+390.6—474段擋土墻施工至約8 m高時(shí)，擋土墻出現(xiàn)沉降，并產(chǎn)生側(cè)向位移，擋土墻兩側(cè)地表出現(xiàn)多條裂紋，裂縫張口寬度1～2 cm(見圖1)，嚴(yán)重威脅已填路堤的安全穩(wěn)定。

圖1 K0+340—520擋土墻處裂縫分布

2 擋土墻失穩(wěn)特征及其形成機(jī)制

2.1 失穩(wěn)特征

(1) 擋土墻變形、外移，整體出現(xiàn)向外傾斜特征。從2018年3月30日發(fā)現(xiàn)裂縫至5月25日，經(jīng)過雨水天氣，擋土墻水平位移最大16 cm。

(2) 路基上方邊坡后緣出現(xiàn)拉裂、下座現(xiàn)象。

(3) 后緣坡體有1條拉裂縫，局部存在小型滑塌現(xiàn)象，地表形成陡坎，后緣裂縫延伸40余m，裂縫走向0～15°。

(4) 前緣位于正在施工的擋土墻前沿35～50 m，前緣線有土質(zhì)陡坎存在，地表為農(nóng)田。在農(nóng)田中間可見拉裂縫，縫寬1～3 cm，長度約20 m。

(5) 地下水豐富，在坡體后緣，兩側(cè)邊緣均可見地下水出露地表(見圖2、圖3)。

圖3 擋土墻處裂縫現(xiàn)狀

圖2 K0+340-520擋土墻處地形地貌

2.2 形成機(jī)制

(1) 地形地質(zhì)原因。1) 地形條件。沖溝中后部地形較陡，平均坡度15°～20°，后部土層較厚，擋土墻外側(cè)約50 m處為陡坎，形成臨空面，為坡體變形創(chuàng)造了有利的空間條件。2) 地層條件。沖溝斜坡中上部及后緣陡坎在地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)崩坡積為較厚粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土混碎石，組成坡體中上部較厚土層，對(duì)坡體形成加載作用。粉質(zhì)黏土中黏粒的親水性強(qiáng)，易軟化，其抗剪強(qiáng)度較低，易形成滑面。

(2) 氣候原因。該項(xiàng)目位于鄂西暴雨中心地帶北緣，雨季多大暴雨或連續(xù)性降雨，這種連續(xù)集中、大強(qiáng)度的降雨為變形體的發(fā)生創(chuàng)造了極好的外部條件。 該項(xiàng)目沖溝路段下伏基巖為碳質(zhì)灰?guī)r，為相對(duì)隔水層，附近是地下水富集區(qū)，且所處位置地勢(shì)較低，降雨時(shí)為地表水的匯集和排除通道。地表水、地下水作用強(qiáng)烈，使土層中的可溶鹽及親水礦物產(chǎn)生溶解、水解、軟化，強(qiáng)度降低，并加速裂隙的發(fā)展，破壞坡體結(jié)構(gòu)，降雨(尤其是暴雨)滲入坡體，在排水條件差的裂縫中產(chǎn)生較強(qiáng)的靜水壓力和浮托力，促使斜坡體變形甚至滑動(dòng)，導(dǎo)致坡體后緣、前方陡坎及擋土墻出現(xiàn)沉降、位移變形及裂縫。

(3) 地下水發(fā)育。在沖溝坡體后段中部及兩側(cè)邊緣可見地下水以泉的形式出露于地表，使崩坡積的粉質(zhì)黏土混碎石、碎石層等含水層處于飽和狀態(tài)，土體軟化，抗剪強(qiáng)度降低。

(4) 工程活動(dòng)。1) 沖溝中部的擋土墻施工，基礎(chǔ)開挖破壞了場地原有的平衡狀態(tài)，改變了地表水和地下水的運(yùn)行通道，且擋土墻施工期間對(duì)地下水和地表水未進(jìn)行有效疏導(dǎo)，擋土墻基礎(chǔ)下的巖土體處于浸水狀態(tài)，地下水和地表水沿?fù)跬翂A(chǔ)外側(cè)(東側(cè))的粉質(zhì)黏土混碎石、碎石層和基巖面滲流，形成新的排水通道，使巖土體軟化，強(qiáng)度降低，并加速裂隙的發(fā)展，破壞坡體結(jié)構(gòu)，促使斜坡體變形甚至滑動(dòng)。2) 擋土墻基礎(chǔ)置于軟弱土層上，未起到擋土抗滑作用，反而增大了下滑力，在上部加載和地下水的共同作用下，擋土墻易產(chǎn)生不均勻沉降及地基變形破壞。3) 擋土墻后方進(jìn)行路基填方，使斜坡體上部荷載加大，加速了沖溝的變形破壞。

3 穩(wěn)定性分析

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查及鉆探成果，勘區(qū)內(nèi)上覆土層為第四系坡洪積黏性土、黏性土混碎石和碎、塊石層，基巖以三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)碳質(zhì)灰?guī)r為主(見圖4)。

圖4 工程地質(zhì)斷面圖(單位：m)

根據(jù)現(xiàn)場地表調(diào)查及勘察資料，變形體沿沖溝方向?yàn)闈撛谥骰瑤Х较? 粉質(zhì)黏土及夾碎石層為潛在滑移面。設(shè)計(jì)以BKZK04、BKZK01、BKZK07、BKZK05方向剖面作為計(jì)算剖面。

選取路基最不利的K0+440橫剖面進(jìn)行路基填方加載+暴雨工況下穩(wěn)定性反演試算，考慮到路基已開裂失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)取0.95進(jìn)行反算。結(jié)合滑體內(nèi)巖土體室內(nèi)試驗(yàn)和反算分析結(jié)果，滑面內(nèi)聚力為16 kPa，內(nèi)摩擦角為11°，得出路堤加載后坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，若路基繼續(xù)加載，在暴雨或持續(xù)降雨條件下，路基將沿?fù)跬翂ο路圪|(zhì)黏土混碎石層軟弱層剪出，造成整體滑動(dòng)破壞(見圖5)。計(jì)算所得剪出面位置與現(xiàn)狀裂縫相吻合。

圖5 主滑面剖面圖(道路加載后的坡面,單位：m)

4 治理措施

該段路基失穩(wěn)的主要原因是擋土墻基底土層親水性強(qiáng)，易于軟化，地下水和地表水滲入擋墻底部并形成流動(dòng)通道，進(jìn)一步加劇土層軟化，導(dǎo)致承載力不足，在擋土墻自重和路基填方繼續(xù)加載作用下，路基整體失穩(wěn)滑移。該路基施工已投入150多萬元，為盡量降低社會(huì)不良影響和節(jié)省工程投資，盡可能利用已建成路基，在加強(qiáng)路基排水前提下對(duì)擋土墻基底軟土進(jìn)行注漿固結(jié)，提高基底承載力和滑面的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，同時(shí)在擋土墻外側(cè)設(shè)置抗滑樁加強(qiáng)支擋(見圖6)。

圖6 路基綜合治理平面設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

(1) 截、排水。該段路基失穩(wěn)的主要誘因是水的作用。治理中首先做好路基范圍內(nèi)的截、排水措施，減緩路堤失穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)為注漿加固和抗滑樁施工爭取時(shí)間。在路基左側(cè)原排水溝位置設(shè)置80 cm(寬)×200 cm(深)縱向排水滲溝，攔截路基山坡上方和地下來水，再設(shè)置鑄鐵管橫穿路基，將所收集的水引至路基右側(cè)排走。滲溝與橫向鑄鐵管之間采用三通管連接，調(diào)整后的滲溝縱向排水坡度不小于1%，橫向鑄鐵排水管進(jìn)口處包裹土工格柵或鐵絲網(wǎng)以防碎石等進(jìn)入管道堵塞排水管。該措施可防止坡面水和地下水侵入路基軟化滑面巖土體，保證路基的整體穩(wěn)定性。

(2) 固結(jié)注漿。該段擋土墻基礎(chǔ)置于親水性強(qiáng)的土層上，易于軟化，軟化后的地基承載力不滿足擋土墻要求，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角也偏低。為此，對(duì)擋土墻下軟弱土層進(jìn)行注漿加固。注漿區(qū)域?yàn)閾跬翂A(chǔ)外側(cè)至擋土墻內(nèi)側(cè)共14 m寬的條帶，處理對(duì)象為原地面以下土體，包括擋土墻基礎(chǔ)底面軟土層，不包含路堤填筑土。注漿孔平行于路線呈梅花形布置，孔徑110 mm，孔距2.5 m×2.5 m，孔深9～22 m(孔深已考慮現(xiàn)場填土)，以鉆孔深入基巖不小于3.0 m終止。注漿結(jié)束后進(jìn)行鉆孔抽芯檢查和動(dòng)力觸探試驗(yàn)，要求注漿處理后土體黏聚力≥30 kPa、內(nèi)摩察角≥20°，擋土墻基底承載力不小于400 kPa。

(3) 抗滑樁。根據(jù)現(xiàn)場地表調(diào)查及勘察資料，路基沿沖溝方向?yàn)闈撛谥骰瑤Х较颍圪|(zhì)黏土及夾碎石層為潛在滑移面。根據(jù)滑帶土厚度，設(shè)計(jì)采用A、B兩種型號(hào)抗滑樁支擋。其中：A型樁截面為2.4 m×3 m，樁長24 m，其中最大自由段14 m，最小嵌巖段10 m，中心距5 m，共5根；B型樁截面為2.4 m×3 m，樁長20 m，其中最大自由段11 m，最小嵌巖段9 m，中心距5 m，共6根。

經(jīng)過以上綜合治理，該段擋土墻達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，為工程的順利實(shí)施創(chuàng)造了良好條件。

5 結(jié)論

(1) 山谷沖溝內(nèi)擋土墻修筑和路堤填筑會(huì)破壞場地原有平衡狀態(tài)，極易引發(fā)路堤和擋土墻失穩(wěn)破壞，外業(yè)踏勘和前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)重視山區(qū)公路擋土墻的選址和穩(wěn)定性。

(2) 山谷沖溝段擋土墻基礎(chǔ)應(yīng)位于穩(wěn)定的基巖上，擋土墻施工前做好截、排水措施，防止水體浸泡軟化擋土墻基底。

(3) 擋土墻治理設(shè)計(jì)時(shí)，先要保證擋土墻自身的穩(wěn)定性，再保證路基整體穩(wěn)定性。根據(jù)失穩(wěn)形成機(jī)制采取相應(yīng)治理措施，且多種措施相結(jié)合。該項(xiàng)目采取截排水+注漿+抗滑樁綜合處治措施，使擋土墻達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。