高速公路軟土路基滑塌原因分析及治理

徐宇峰

中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056

在公路工程建設中，軟土是較為常見的特殊性巖土，因其承載力低、壓縮性高、空間分布差異性大等特點，常制約著平原水網區高速公路建設的進度、工程質量與工程規模[1]。軟土路基失穩破壞在工程建設中也時常發生，文章結合具體的工程案例，在整體穩定性分析滿足要求時，即剪切滑動破壞下的穩定性系數較高，剛性樁加固治理段落仍發生了滑塌破壞，基于此，文章分析了該剛性樁治理路段的軟基失穩原因，并提出了相應的輕質土填筑治理方案。

1 項目概況

滑塌失穩段落為沖湖積平原地貌，地形平坦開闊，大多為農田及魚塘。表層軟土層為第四系全新統沖湖積、沖積層，主要由粉質黏土、淤泥質土夾砂土等組成，填方路段軟土按成因類型屬于湖湘沉積，鉆探揭示厚度為3.4～12.5m，灰褐色，呈流塑狀，高壓縮性；下伏硬塑狀粉質黏土，黃褐色，該層沿路線軸向方向稍有起伏；下部為侏羅系武昌群強風化泥質砂巖，砂質結構，工程地質條件較好。

路基滑塌失穩段落K17+150～K17+345段路基段設計中心填高為7.1～8.9m，平均填高約8.1m，最大填高為8.9m。填方坡率為1∶1.5，護坡道寬1m。原軟土路基治理方案如表1所示。

表1 原軟土路基設計治理方案 單位：m

該段路基、路面工程施工完成后，于2020年12月25日在例行巡查中發現K17+160～K17+230左幅內側行車道靠中分帶位置出現縱向裂縫，裂縫寬度為2～8cm，至次日凌晨K17+160～K17+230段左幅路基陡然出現沉陷破壞，與右幅路基錯臺最大高度約5m，前后相鄰路基亦出現縱向裂縫。根據現場勘察及地質雷達探測情況，該段路基左幅已經形成整體破壞，坡腳線外5～10m處地表有輕微隆起，右幅也已形成相對較輕的破壞。

2 滑塌原因分析

剛性樁復合地基有兩種設計思路：（1）短而密剛性樁復合地基，與柔性樁復合地基類似確定樁間距及樁長，相當于利用剛性樁代替柔性樁，樁身范圍內存在較大范圍的等沉區，可近似看作復合材料地基、實體基礎，屬于傳統的復合地基，破壞模式通常為剪切破壞[2]。（2）長而疏剛性樁復合地基，按照大承載力、大間距、大樁帽的原則進行設計，通常沒有等沉區或等沉區較小，土拱效應產生后由剛性樁和樁間土共同承擔頂部荷載，屬于廣義復合地基。在此模式下，當樁間土承擔的荷載過大而土體強度又相對較低時，樁間土易產生繞過樁體的流狀滑動，剛性樁破壞模式以受彎斷裂為主，往往表現為“脆性破壞”，滑塌具有突發性，需限制樁間土沉降和位移來避免剛性樁受彎斷裂，這類破壞類型被稱為繞流滑動。

該段軟土路基處于密集魚塘及溝渠路段，路堤左側坡腳大部分為魚塘，坡腳處的臨空面是路基下方流塑狀軟土較好的流通通道，會對路基穩定產生不利影響[3]。查閱施工記錄，受疫情影響，復工后路基填土速率過快，軟土層排水固結不充分，也成為此次事故的誘因之一。

經過現場補充勘察及地質雷達探測分析，路基區水塘密布，基本無硬殼層；軟土呈流塑狀，抗剪強度很低，且路基橫斷面方向軟土層厚度存在空間差異，左側軟土厚度明顯大于右側；通過勘察坡腳軟土隆起位置及現場清理處理，確定路基下軟土發生了繞流滑動，剛性樁已斷裂或已偏移傾斜；路基右側路面層以下經雷達探測已出現拉裂破壞[4]。

3 強度參數確定

治理設計根據現場裂縫及坍塌產生過程對原地勘參數進行反算修正，確定參數后再進行治理計算分析。對原設計方案進行計算，該段落的路堤穩定性安全系數＞1.3，表明此處復合地基采用整體穩定分析設計是不合理的，樁間土實際已發生繞流滑動。通過查閱施工記錄及變更設計文件，K17+158～K17+440段路基填筑至4m高時，出現過縱向裂縫，臨時反壓治理后，經一段時間觀測，裂縫未發展，此次路基及路面工程施工完成后，K17+160～K17+230段路基在短時間內出現沉降滑移破壞，推測原復合地基樁已破壞失效，綜合兩種破壞模式及實際情況建模反算，得出現狀地基極限狀態下淤泥質軟土黏聚力c=8kPa、內摩擦角φ=2°。

4 治理方案設計

治理方案設計原則如下：（1）路基填筑在當前高度下發生沉陷、開裂破壞，在綜合考慮穩定性、施工便捷性及工期要求的基礎上確定變更設計方案；（2）根據現場勘察及地質雷達探測情況，發現路面結構層以下部位存在不密實現象，疑似裂縫類病害，且左幅疑似裂縫情況較右幅嚴重；（3）原加固管樁因路基產生繞流滑動破壞，且破壞過程短，因此反算時將管樁作為已完全失效考慮，不計入原加固管樁的作用；（4）不考慮原路基填筑中土工格柵等附加措施的作用。

基于以上原則，分別對K17+150～K17+345段滑塌破壞左幅全部挖除后填筑泡沫輕質土至路床標高，通過試算，右幅挖除保留至原路基2.5m高填土，卸載后填筑泡沫輕質土至路床標高，路基兩側在原征地范圍內寬填20m（填土高度為2.5m）作為反壓護道，以此為模型采用有限元計算分析，分析結果如圖1所示，路堤整體滑動安全系數為1.372，路堤整體穩定性滿足要求。最終擬訂的治理方案如圖2所示。

圖1 變更穩定性分析計算結果

圖2 變更設計治理方案（單位：m）

輕質土路堤需考慮抗浮穩定性，該段路基段設計中心填高7.1～8.9m，平均填高約8.1m，泡沫輕質土底部標高14.1m，最大內澇水位為19.88m。因此最大內澇時路基浸水深度為5.78m。根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）進行抗浮穩定性計算，填土高度為7.1～8.9m，對應的抗浮穩定系數為1.09～1.27，抗浮穩定滿足規范要求[5]。

軟土路基需進行沉降計算，根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）進行沉降計算分析，工后沉降為0.167m，小于規范要求的容許工后沉降，即一般路段小于0.3m，涵洞通道處小于0.2m的要求[5]。

5 結論

（1）當樁間土的工程性質很差時，其承受路堤傳遞的荷載較大，因其流動性強的特性，剛性樁復合地基存在繞流滑動破壞失穩的可能性；（2）在軟土性狀很差且軟基失穩的狀況下，可采用輕質土進行治理；（3）軟土路基在設計和施工過程中應明確其空間分布特征，治理措施應根據空間分布進行調整，并在施工過程中控制路基填筑速率，預留足夠的固結沉降時間。