某高速公路EK1+542～EK1+705段路基開裂原因分析及治理措施

郭 彪

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 概述

1.1 工程概況

某高速公路互通式立交EK1+570～EK1+615 位置滑坡位于威寧縣中水鎮上寨村，距中水鎮約4km。滑坡附近為省道，交通較便利。

1.2 原設計及現狀概況

EK1+542～EK1+705 段填土高度約為8～16m，填方量約34480m3，共兩級邊坡，第一級邊坡坡率為1∶1.5，第二級邊坡坡率為1∶1.75，路基防護形式均為襯砌拱護坡；原地面坡度約10～20°，該段路基處于斜坡地形，坡腳為寬緩沖溝。

該段路基在施工前發生滑坡，故在坡腳位置設置抗滑樁處理，樁間設置樁間板。

后期，本段路基已施工完成的路面發生開裂，裂縫寬度約3～5cm，垂直高差約5cm，長度約80～100m，路基一級邊坡平臺位置出現輕微鼓脹，坡腳抗滑樁未發生位移。

現場踏勘后，結合過程中的變更設計和勘察資料，綜合分析此處病害為降雨影響，填筑體采用高液限土[1]填筑不能保證路基長期處于穩定狀態，路基基礎受雨水浸泡后軟化，降雨導致路基飽水后各項參數降低,進而失穩出現垮塌開裂。

分析原因后，立即安排對病害點進行詳細地質勘查，采用工程地質調繪、鉆探、試驗等手段，用以驗證地質勘查報告的準確性，為合理準確的治理方案提供真實有效的依據。

2 區域地質條件

2.1 氣象、水文

項目區所處位置屬亞熱帶季風氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨熱同期，光能資源和風能資源豐富。多年平均氣溫10～12℃，1月平均氣溫1.5℃，極端最低氣溫-15.5℃，7月平均氣溫17.9℃，極端最高氣溫30.6℃，無霜期年平均179d，年平均日照時數1824h，年總輻射113.72kcal/cm2。降水量集中在5月至10月，11月至次年四月為旱季(5月中旬有霜，春旱嚴重；5月下旬進入雨季，小滿后常有冰雹，端陽節后常大雨磅礴、平地起水，9月常連陰)，寒濕季節分明，年平均降雨量960mm。

路基處于山坳中部地帶，該山坳內無水田、水塘及其他地表水系。地下水僅賦存于原近地表處的第四系松散堆積層中，以大氣降水補給為主，大部分水體沿坡體松散層自高向低處流動，少部分水體下滲到第三系土體中。現松散層孔隙潛水賦存于填筑土與原近地表處的第四系松散堆積層中，其水位標高受降雨影響較大。據調繪：勘察階段坡角持續有水流出，流量約1L/s。

2.2 地形地貌

項目區所處地貌單元為剝蝕中山山坳，原地形西高東低，坡頂為寬緩斜坡，坡腳發育寬緩沖溝，地形坡度15°左右，坡向77°左右，地面高程介于1820～1876m，相對高差56m，現已填筑修建公路。

2.3 地質構造

項目區所處區域地質構造屬于威寧北西向構造變形區，位于六盤水斷陷的東北部，在威寧-水城-六支的地帶上呈長250km、寬40km的北西向長條形分布，東南端抵達黔南臺陷，西北段延入云南境內。該構造變形區的威寧與水城之間主干構造為以下石炭統為核部的威水背斜，延長約50km，褶皺緊密，軸部為走向沖斷層所破壞，兩翼發育北東向和北北西向的一對扭性斷裂。

路基區域地層連續分布，未發現有斷裂構造，地質構造簡單。

2.4 地震

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)、《建筑設計抗震規范》(GB 50011—2010)，項目區設計基本地震加速度值為0.10g，地震動反應譜特征周期為0.45s，抗震設防烈度為Ⅶ度，抗震設計按《公路工程抗震設計規范》(JTG B02—2013)的有關規定執行。

2.5 水文地質條件

據調繪與鉆探揭示，地下水主要為填筑土內松散層和第四系松散層孔隙潛水，大氣降水是孔隙潛水的補給源，其徑流受地表巖性(粘性土)控制，基本沿斜坡由高向低徑流，在低洼處的坡腳處滲出。在勘察期發現坡角持續有水流出，流量約1L/s。

3 路基開裂區巖土體特征及開裂機理分析

3.1 巖土體分布及特征

3.1.1路基開裂前勘察揭露地層

路基開裂前，根據地質勘查鉆孔揭露：勘查區內主要地層為第四系殘坡積層，主要為粉質黏土。勘查區內滑坡體及其所處山坡巖土體由新到老依次為：

鉆探揭示該層最大厚度2.20m。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度7.00m。

③粉砂土(Nz)：土黃色，主要由石英、長石云母等礦物組成，呈稍密狀，濕。

本次勘察最大揭露層厚5.10m。

④黏土(Nz)：灰黃-青灰色，土質較均勻，結構中密。含少量腐殖質斑點和20%～30%礫石顆粒，飽和，硬塑。

本次勘察最大揭露層厚20.90m，未揭穿。

⑤圓礫土(Nz)：灰褐色，圓礫成分主要為強風化玄武巖，圓礫粒徑約1～2cm，含量約60%～70%，中密，濕。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度4.90m。

3.1.2路基開裂后勘察揭露地層

路基開裂后，根據地質勘查鉆孔揭露：勘查區內原地面以下主要地層為第四系殘坡積層，主要為粉質黏土。本次鉆孔直接沿已填筑的路基頂面鉆入,填筑體及其所處山坡巖土體由新到老依次為：

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度11m。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度3.40m。

③黏土(Nz)：灰黃-青灰色，土質較均勻，結構中密。含少量礫石顆粒，硬塑，巖芯局部呈可塑狀。

本次勘察最大揭露層厚13.00m，未揭穿。

④圓礫土(Nz)：灰褐色，圓礫成分主要為強風化玄武巖，圓礫粒徑約10～30mm，含量約60%～70%，中密，濕。

本次勘察鉆探揭示該層最大厚度0.60m。

3.1.3路基開裂前后地層對比

3.2 路基開裂形成機理分析

路基開裂垮塌可能形成的機理為：填筑路基抗剪強度[2]較低，自身穩定性較差，經調查該路段區域降雨量集中在5月至10月，雨水沿路基右側填平區下滲進入路基后進一步降低路基抗剪強度，導致失穩發生垮塌。

4 路基開裂的危害

E匝道EK1+542～EK1+705 段路基開裂直接影響本段路基運營過程中的行車安全，若病害繼續發展造成路基垮塌將導致路基下游農田損壞，故必須治理。

5 治理措施

根據路基開裂前后勘察情況確定本段路基基礎位置不存在軟弱地基，故根據兩次地質勘查及現場情況提出治理措施，路基治理典型斷面圖。

方案一：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎換填2m厚碎石土。

方案二：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎設置5m厚碎石土。

經對比分析，并考慮安全因素，確定方案二作為路基開裂治理措施，路基治理典型斷面圖見圖1。

圖1 路基治理典型斷面圖

具體治理措施：清除填筑體后采用石渣填筑路基，基礎設置5m厚石渣。

(1)清除填筑土：自上而下分層清除開裂填筑土方及路基右側填平區，土方可臨時堆放于省界收費站左場區或棄土場。

(2)基礎換填：對EK1+542～EK1+705段路基基底分臺階超挖5m后，對路基基礎采用石渣進行換填,換填時在開挖后的基礎最低點位置設置2m 厚的碎石濾水層，用以排出路基基底匯水。

(3)設置涵洞：挖除路基右側填平區，在EK1+590 位置設置D=2m 鋼波紋管涵，波紋管涵長度49m，與路線法線交角60°，將路基右側匯水引至EK1+590涵洞后排出。

(4)路基回填：對本段路堤采用石渣進行填筑。

(5)按照原設計要求恢復路基、防護、排水、路面、護欄等設施。