鄭少高速高填方路堤滑坡判定及處治研究

費(fèi)月英 李建國 韓富疆 柴 智 惠 嘉 李欽棟

(1甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2新疆交通建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830049；3交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；4安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230000）

高填方路堤滑坡是公路常見病害之一，特別對處于軟弱土地基上的路堤，發(fā)生滑坡的概率更大。路堤滑坡往往損失巨大，嚴(yán)重影響正常公路交通，因此，研究高填方路堤滑坡成因機(jī)制、相關(guān)應(yīng)對處治措施及處治效果，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

以河南鄭少高速路鄭州-新密段一個(gè)出現(xiàn)裂縫的高填方路堤為研究對象，研判其邊坡穩(wěn)定狀況，分析邊坡滑動(dòng)的可能性，提出滑坡的處治措施，并研究處治效果，為相似公路病害處治提出可行方案。

1 路堤概況

鄭少高速路連接鄭州與登封少林寺，線路所經(jīng)地區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，土質(zhì)分布多為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)沖積黃土狀粘土，存在濕陷性、膨脹性等問題。

圖1 K11+280段現(xiàn)場裂縫及邊坡情況

公路K11+280段高填方路堤位于鄭州市—新密市之間山前沖溝地段，為二級深填方路段，路基底部為第四系沖洪積亞粘土?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，K11+280段一級路堤頂部已出現(xiàn)明顯長裂縫，裂縫弧頂距離路緣約6m，路堤邊坡外鼓，坡面漿砌片擠碎破裂，出現(xiàn)可辨識(shí)的滑坡邊界。路段現(xiàn)場邊坡形態(tài)及裂縫情況如圖1，路段地質(zhì)剖面圖見圖2，路堤軟弱段特征值見表1。

圖2 K11+280段地質(zhì)剖面圖

2 路堤穩(wěn)定性計(jì)算分析

基于強(qiáng)度縮小理論的有限元法，采用MIDAS系列軟件中的GTS對路堤邊坡進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析[2]。將路堤邊坡土體實(shí)際強(qiáng)度參數(shù)с0，φ0同時(shí)除以折減系數(shù)F，得到折減后新的с，φ值，然后將折減后的с1，φ1值作為新的材料參數(shù)代入有限元試算，計(jì)算公式如式(1)和式(2)。如果計(jì)算結(jié)果為收斂，則增大F值取值，采用前述相同方式再試算，直到有限元計(jì)算結(jié)果不收斂為止。當(dāng)由于強(qiáng)度參數(shù)縮小而造成有限元計(jì)算結(jié)果不收斂，說明此時(shí)土體已達(dá)臨界極限狀態(tài)，邊坡將發(fā)生剪切破壞。通過上述計(jì)算分析，可得到路堤邊坡土體的臨界滑動(dòng)面位置，路堤邊坡的剪切變形曲線，邊坡應(yīng)力位移情況和邊坡安全系數(shù)值[2,4]。

表1 K11+280段勘探相對軟弱帶特征一覽表

參照實(shí)際路堤填土的土工參數(shù)，以K11+280右段路堤邊坡已有滑坡體滑動(dòng)面上下位置為已知條件進(jìn)行建模，模型邊界采用鉸支約束，且允許表面及內(nèi)部所有單元產(chǎn)生變形，具體有限元模型如圖3 (a)所示。建模后，將土工參數(shù)代入有限元進(jìn)行計(jì)算，得到邊坡的剪切變形圖。計(jì)算得到，當(dāng)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為0.875時(shí)，c=25kPa，φ=22°，所得最大剪應(yīng)變處滑移面與現(xiàn)場實(shí)際情況基本吻合，如圖3 (b)所示。

圖3 K11+280右段路堤邊坡穩(wěn)定性模擬分析

由模擬計(jì)算結(jié)果可見，K11＋280高填方路堤第一級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)小于1，安全系數(shù)值已低于規(guī)范要求，在圖2中已出現(xiàn)可能的滑移帶，該路堤可能已出現(xiàn)邊坡內(nèi)部滑動(dòng)。

3 路堤現(xiàn)場地質(zhì)勘查

通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與工程鉆探，化工部鄭州地質(zhì)工程勘察院對K11＋280高填方路堤進(jìn)行勘查，提交《鄭少高速公路K11＋280高路堤路面裂縫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，給出具體地勘軟弱帶數(shù)據(jù)，如表1。

根據(jù)現(xiàn)場勘探結(jié)果，路堤填土層中存在明顯軟弱帶①-1。該軟弱帶c，φ值分別為c=19.6kPa，φ=24.2°，與上述用有限元計(jì)算得到的邊坡c，φ值接近，地勘結(jié)果進(jìn)一步印證了有限元模擬結(jié)果，K11＋280路堤內(nèi)出現(xiàn)滑移帶，滑移帶土體松軟。

綜合前述現(xiàn)場情況、模擬分析及地勘結(jié)果，K11＋280高填方路堤邊坡已部分失穩(wěn)，可能已發(fā)生內(nèi)部滑移，造成路堤頂部產(chǎn)生裂縫、坡面破裂外鼓，該情況如果不及時(shí)處理，極有可能造成路堤邊坡的整體失穩(wěn)破壞，發(fā)生整體邊坡滑塌。因此，有必要盡快采取有效措施，防止路堤整體滑塌。

4 路堤加固方案及穩(wěn)定性評價(jià)

基于有限元分析結(jié)果和勘察報(bào)告，結(jié)合《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，研究提出壓密注漿加土釘?shù)穆返碳庸谭桨?。首先在松軟路堤土中注入水泥漿液，使水泥漿充分分散于路堤土中，待其膠凝固結(jié)包裹土體后，與土體形成固結(jié)的整體，水泥固化土整體性、抗變形能力和抗剪切能力顯著增強(qiáng)；之后再用土釘將路堤內(nèi)部已滑動(dòng)體與水泥固化土緊密相連，形成整個(gè)路堤完整一體，路堤強(qiáng)度與整體性顯著提高，有效提高其拉剪性能[5-8]。具體方案和相關(guān)參數(shù)如下：

1)注漿擴(kuò)散半徑及深度：注漿擴(kuò)散半徑為1m，注漿有效深度為15m。

2)布孔方式：各注漿孔采用梅花樁布孔方式，各孔間距均為1m。

3)注漿壓力：起始注漿壓力約0.2MPa，穩(wěn)壓后約1.0MPa，穩(wěn)壓時(shí)間需持續(xù)30分鐘。

4)注漿用料及注漿量：注漿膠結(jié)料采用425普硅水泥，水灰比0.25，單孔注漿量約2167L。

5)土釘長度及錨固角：土釘長度為15m，錨固角20°。

6)土釘孔徑及間距：土釘孔徑100mm，橫向間距1.7m，豎向間2m。

7)土釘主筋類型及直徑：二級螺紋鋼，直徑30mm。

8)土釘用料：采用425#早強(qiáng)普硅水泥制漿，水灰比值0.25，摻高效減水劑、早強(qiáng)劑和適量膨脹劑。

K11＋280路堤壓密注漿加土釘加固處治剖面示意圖見圖4。

仍運(yùn)用MIDAS有限元軟件對K11+280壓密注漿加土釘加固處治段路堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析，考慮車載與地震力的影響，土釘單元按鋼筋混凝土選取，有限元建模和穩(wěn)定分析結(jié)果如圖5。

圖4 K11+280段壓密注漿加土釘加固處治示意圖

圖5 K11+280加固處治后邊坡穩(wěn)定性模擬分析

由上述有限元穩(wěn)定性分析可見，K11＋280段加固處治后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于1，邊坡穩(wěn)定可靠，滿足《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。說明加固處治后，路堤邊坡穩(wěn)定性增強(qiáng)，邊坡滑坡滑移問題解決，道路可正常使用。

5 結(jié) 語

1)通過鄭少高速K11＋280路面裂縫及路基滑動(dòng)情況的分析認(rèn)為，高填方路堤邊坡已部分失穩(wěn)，可能已發(fā)生內(nèi)部滑移，路堤頂部產(chǎn)生裂縫、坡面破裂外鼓，路堤填土邊坡已處于極度危險(xiǎn)不穩(wěn)定狀態(tài)；

2)采用壓密注漿加土釘方案對路堤進(jìn)行加固，通過有限元分析后得知加固后路堤邊坡穩(wěn)定性增強(qiáng)，邊坡滑移危險(xiǎn)解除，加固效果良好。

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