山區平緩填方路基穩定性分析與處治方案

摘? 要：某高速公路某段填方路基中心填高16m，局部地段填方放坡高度為18m，地面橫坡平緩，地面自然坡度3°～8°，呈臺階狀，總體坡度約7°，地下水較為豐富，局部基巖出露為灰巖、砂巖夾泥巖，巖層坡向與地面坡向順傾，傾角14°，按照一般填方路基填筑時，上部填方加載導致路基發生整體變形形成滑坡。本文對位于地面橫坡平緩的填方邊坡穩定性進行了計算分析，總結了邊坡穩定性影響因素及邊坡變形特征。在基巖順傾的地面上填筑路基，即使填筑高度較小，仍然會導致路堤失穩，引發上部路基產生滑移形成滑坡。填方邊坡采用了地基處理、碎石盲溝、串聯集水井、抗滑樁等綜合處治措施，取得了良好的效果。

關鍵詞：地基處理;抗滑樁;地基注漿;串聯集水井

中圖分類號：U416? ? 文獻標識碼：A

0引言

填方路堤是高速公路建設項目中的常見工程，在建設投資受控時，經常采用橋改路基措施降低造價。對于填方高度小于20m的路堤[1]，當地面較為平緩、地下水較為豐富地段時，采用一般填方路基在填筑過程中易發生變形形成滑坡，本文以某高速公路填方路基作為案例，分析計算填方路基的整體穩定性，根據計算結果和現場實施的效果，歸納影響邊坡穩定的因素和變形方式，對采取的處治措施，地下集水井排水和抗滑支擋防護進行評價。

1工程地質及概況

本滑坡位于填方路堤范圍，中心填高13m，最大填方高度約16m，按照填土高度分為二級邊坡，填方坡率1：1.5～1：1.75，中間設置2m寬平臺。當二級填方左幅已完成，右幅完成近半時，邊坡變形，填方路基開裂（如圖1所示）、路基下方自然坡面開裂（如圖3所示），自然斜坡坡腳土體剪出將村民自建擋墻推倒（如圖2所示），最大累計位移35cm，最大累計沉降13cm。

工程區屬于侵蝕溶蝕低中山～槽谷地貌，地勢上東西兩側為低中山高，中間為狹長槽谷?；聟^位于斜坡下部，地面自然坡度3°～8°，呈臺階狀，總體坡度約7°，地表植被以農作物為主，坡腳有高約7～8m陡坎（如圖4所示）。

場區覆蓋層主要由第四系殘坡積（Q4el+dl）的含碎石粉質黏土組成。地表分布有少量雜填土及種植土，下伏基巖為古生界二迭系上統宣威群長興組—龍潭組（P2l-c）泥巖。從上至下主要地層巖性為：含碎石粉質黏土，強風化砂巖夾泥巖、炭質頁巖，中風化灰巖和中風化砂巖夾泥巖、炭質頁巖（如圖5所示）。

地表水主要為大氣降水形成的地表短時徑流，水量隨季節天氣變化明顯，降水量在793.1～984.5mm之間，年均降水851.6mm，地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖風化裂隙水，由于滑坡區下伏基巖為砂巖夾泥巖、炭質頁巖，滲透性較差，屬相對隔水層，地下水下滲緩慢，最終沿巖土交界面向地形低洼處滲出地表。

2主要工程問題

該段填方路堤具有如下特點：

（1）填方路堤坡腳外110m處有陡坎臨空面，臨空高度7～8m。

（2）地形橫坡較平緩，地形坡度在3°～8°之間，呈臺階狀，總體坡度約7°，出露基巖傾向順傾，基巖傾角為14°，視傾角11.9°;

（3）覆蓋層較厚，平均厚度7m，最厚深達12m，為含碎石粉質粘土層，褐黃色，灰褐色、可塑狀，其物理力學性質較差。

（4）有隔水層為強風化砂巖夾泥巖、炭質頁巖，原巖結構大部分破壞，節理裂隙較發育，滲透性較差，地下水在土巖界面處聚集，從坡腳外剪出口處滲出;

（5）地下水埋藏深度不穩定，跨度較大，鉆孔過程在2m～10m處發現有地下水活動，但水量較少，受季節性影響較大。

根據以上地形地貌特點，結合本項目出現的問題，綜合分析，在天然平緩地面上填筑路堤存在如下工程地質問題：

（1）坡腳外有臨空面為滑移提供了外在條件，基巖面順傾，即使傾角較為平緩時，填方路堤整體可能沿土石界面產生順向滑移;

（2）基底有強風化砂巖夾泥巖、炭質頁巖，形成隔水層，地下水往下滲透較慢，一直存于土層中，在上部荷載加載情況下，可能會在土層中形成滑裂面，當整個滑面貫通時，即形成滑坡，滑面最深處為土巖界面位置。

（3）土層中含水量較大，降低了土層的物理力學參數，路堤填筑較快，土層固結慢，承載力能力較低，路堤工后沉降量較大。

3填方路堤分析計算

3.1穩定性評價分析

根據填方路堤所在的工程地質環境分析，影響路堤穩定性的因素分為內部條件和外部條件兩類，內部條件主要是由于地形地貌和地層巖性;外部條件主要是降雨和人類工程活動。影響路堤穩定的主控因素是地形地貌、地層巖性;促使路堤產生失穩破壞的誘發因素是降雨以及人類工程活動。

（1）地形地貌。滑坡位于斜坡下部平臺處，地表覆蓋層厚度較大，雨季上部山體快速下泄的地表水易在平臺處匯集，短時間內使土體處于過飽和狀態，為滑坡的變形破壞提供了有利條件。

（2）地層巖性?；麦w的覆蓋層孔隙大，強度較低，土質較為松散，飽和抗剪強度較低，泥砂巖風化層為下伏相對隔水層?；聟^上部山體為灰巖，基巖裂隙水下滲速度較快，至灰巖與泥砂巖界面處時，下滲通道受阻，沿巖性界面滲出，轉為土體中的孔隙水。根據鉆探成果，滑坡區巖土界面呈凹形，排泄途徑不暢，為地下水在土體內匯集提供了有利條件。地下水長期作用下使原本松散的土體抗剪強度降低很大，增大了滑坡體變形破壞的可能。

（3）降雨。滑坡區雨量充沛。施工期間正值雨季，長時間降雨[2]，地下水大量匯集于第四系松散孔隙中，由于凹形巖土界面導致地下水排泄受阻，使土體處于過飽和狀態，容重增加，抗剪強度降低。在自重、填方荷載及雨水作用下，滑坡下滑力相對增大，抗滑力相對減小，穩定性系數降低，導致邊坡發生變形。此外坡體內產生動靜水壓力，也造成了滑坡穩定性降低。由于地表水與地下水作用誘發了滑坡發展。上述原因為工程滑坡產生提供了基本條件。

（4）人類工程活動。由于修建高速公路，滑坡體上部填方堆載較多，破壞了原來的穩定結構，使得下滑力增加。村民為修建房屋在滑坡前緣開挖形成的7～8m高陡坎增大了滑坡變形破壞的可能。

3.2計算模型

根據邊坡工程地質條件，該滑坡破壞形式主要為上覆堆積體沿土體內部淺層發生的以推移式為主，輔助牽引式滑動，滑面呈折線型剪切。穩定性驗算采用極限平衡理論的傳遞系數法公式進行計算。填方路堤設計為二級填方，中心填高11～13m，最大填方高度約15～16m，填方坡率1：1.5～1：1.75。選取圖6和圖7兩個典型橫斷面建立計算模型。

根據工程詳細勘察報告和經驗，確定巖土體各層計算參數如下表1所示。括號內為暴雨工況參數。滑帶含碎石粉質黏土c=10.9KPa、φ=8.8°。

3.3工況選取

該填方路堤工程安全等級和滑坡防治工程等級均為一級，按照《公路路基設計規范》的第7.2.2條規定[3]，邊坡安全系數按照以下方式確定：

工況一：正常工況，天然狀態下為1.30;

工況二：非正常工況，暴雨或連續降雨狀態下的飽水工況為1.20。

根據上述原理，本滑坡體以暴雨工況下，計算典型斷面的穩定性，計算分析結果見下表2。

由典型斷面剩余下滑力計算結果對比可知：

滑面位置與現場實際情況基本一致，后緣裂縫在左幅路堤邊角處;地面較為平緩時，滑坡抗力增加較小，以至于路堤坡腳與陡坎處剩余下滑力相差較小;滑面基本沿著土巖界面處滑移，與基巖傾角相差較小，并且該處正是地下水從剪出口滲出位置，基巖相當于一塊“石板”，上覆土層在地下水的影響下，在“石板”處摩擦力較小，現狀情況下處于基本穩定狀態，上部填方路堤加載后，推力增大，沿著“石板”面滑移。

由上訴分析可知，填方邊坡穩定性主要受原邊坡覆蓋層土體、地下水和順傾向基巖面影響。即使基巖面傾角較為平緩時，在地下水影響下，仍會沿著基巖面產生滑移變形。

4處治措施

通過上述分析可以看出，該填方路堤需及時進行處治，不然將對公路運營安全造成重大影響。要提高填方路堤穩定性，確?；抡w穩定，根據填方路堤的特點，從以下幾方面著手處治：

對路堤基底進行處理，提高路堤基底覆蓋層強度，改善覆蓋層的力學特性;在坡腳增設反壓護道或者設置支擋構造物，抵消剩余下滑力;加強排水措施，使淤積在邊坡中的地下水及時排出路基之外。

由于陡坎外側為現狀縣道，設置反壓回填空間不足，基于上述考慮該段填方路堤采用地基處理、抗滑樁、地下排水等綜合處治措施。

4.1地基處理

由于填方路堤土體力學特性較差，局部處于富水狀態，對路基基底采用局部換填和復合地基[4]處理措施，增加路基基底強度，改善土體性質，該項措施對基底承載力有顯著提高，對路基滑面抗滑效果提高較小[5]，仍需增加支擋措施。

4.2支擋措施

通過剩余下滑力計算結果對比可知，在坡腳和陡坎剪出口處，滑坡抗滑力增加較小，剩余下滑力相差不大，因此在路堤坡腳處設置圓形抗滑樁，機械成孔，避免人工開挖方樁的施工安全風險。

在填方路堤右側坡腳增設雙排圓形抗滑樁[6]，門型布置，樁徑2.2～2.4m，間距5～6m，排距4m，樁頂用冠梁進行連接。

由于坡腳陡坎房屋已經拆除，陡坎外側為現狀縣道，在陡坎處設置路塹擋墻，擋墻后采用開山石渣回填，坡率不大于1：1。

4.3排水工程

截、排水工程按照排出地表水和地下水兩部分分別進行設計，排出地下水主要為疏導滑坡體內的地下積水，排出地表水主要為引出漫流至滑坡體范圍的表面雨水。

4.3.1 地表水處治

在滑坡邊界四周和中間位置設置截、排水溝，將流向至滑坡范圍的地表雨水或者上游沖溝積水，及時引出滑坡范圍之外，避免明水漫流下滲。

4.3.2 地下水處治

（1）大直徑串聯集水井。滑坡內部滲水的收集和疏導是本次滑坡治理的關鍵。

本處滑坡滑面較深，一般為10～14m，需要采用深層地下排水設施，疏導滑坡體內的地下水，根據地調和鉆探顯示，該處滑坡地下水埋深較深，基本從路堤上游滲入，因此在路堤左側設置數個深層集水井，在集水井井壁上預留若干泄水孔、仰斜式排水管，將上游積水引入集水井內，并通過鋼筋混凝土管和碎石盲溝將各個集水井連接，形成線狀“隔水帶”。

集水井之間串聯選用鋼筋混凝土管，通過頂管施工，其中集水井工作井直徑（內徑）為6.0m，接收井直徑（內徑）為4.5m。井深根據滑面深度，深入滑面以下不小于1.0m。一般為11～15m。

圓形集水井壁四周設置發散狀仰斜式排水孔，插入仰斜式排水管，長度為10～20m，每個集水井上下排仰斜式排水管應交錯布置，縱向間距2.0m，水平弧向間距2.0m。

在地下水富集處，仰斜式排水孔、泄水孔應加密設置，盡可能的將地下水引入集水井內，通過相互連接的集水井，將地下水排出滑坡外。

（2）碎石盲溝與排水樁。在路基左側護坡道處設置截水盲溝，將上游山體滲水引流至路基邊溝，其底部進入基巖不少于1m;在右幅路基底部設置碎石盲溝，間距30m;右幅路基坡腳處設置豎向排水樁，降低地下水位，疏導滑坡體內的地下水，增加填方路基的穩定性。

5結語

該段填方路堤基底覆蓋層較厚，主要為含碎石粉質粘土層，地下滲水較多，土層物理力學性質較差，地表橫坡較平緩，路堤出露基巖傾向順傾、基底有強風化砂巖夾泥巖、炭質頁巖作為隔水層，填方路堤坡腳外有陡坎臨空面等特點，本文對該填方路堤進行了滑坡穩定性分析，并根據分析計算結果，結合路堤所處地段地質特點，采用相應的治理措施，得出如下結論：

（1）填筑路堤應仔細核查周邊地形地貌、地下水和基巖傾向，地面橫坡較為平緩，及時基巖傾角較為平緩時，貿然填筑將會導致路堤失穩，填方邊坡將沿土石分界面產生滑動。

（2）采用換填和復合地基處理措施，增加了路基基底強度，改善土體性質，對基底承載力有顯著提高，但對路基滑面抗滑效果提高較小，因此不能替代抗滑支擋結構。

（3）在路堤坡腳處設置圓形抗滑樁，替換方形抗滑樁，避免人工開挖方樁的施工安全風險，采用機械成孔，成孔快，效率高，抗滑效果與方樁相差不大。

（4）本著治坡先治水的原則，地下水是本路堤產生滑移的主要原因，需對地下水做針對性的處理，該路段采用大直徑集水井+碎石盲溝處治措施，有效疏排地下水。

該填方路堤滑坡將支擋與排水相結合綜合處治措施，從高速公路運營期監測結果來看，治理方案達到了預期效果。

參考文獻

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收稿日期：2021-08-22

作者簡介：柳丙軍（1981—），男，山東龍口人，本科，高級工程師，研究方向：路基路面工程設計。