高速公路建設中炭質泥巖病害及治理探討

韋元軍

針對公路工程中炭質泥巖路段出現的病害，如邊坡塌方、路堤滑移、瀝青路面縱向開裂、結構物偏位等，文章從地形條件、水患、炭質泥巖的特性以及造成病害的機理進行分析，探討病害的成因，并提出具體的處治方案，為類似工程施工提供技術和經驗參考。

炭質泥巖;病害;源頭治理;方案

0?引言

我國幅員遼闊，基礎設施建設過程中難免會遇到復雜的地質情況，炭質泥巖便是其中之一。公路工程在施工階段甚至通車以后，發(fā)生上邊坡滑塌、路面縱向開裂、涵洞墻身錯臺滲水等病害屢見不鮮，更有甚者，還會出現路堤滑移、橋墩偏位等工程事故。出現此類病害的原因并非僅僅是施工不規(guī)范那么簡單，實有鮮為人知的復雜地質條件所致，這就是人們常說的地質災害。其中炭質泥巖也是重要的影響因素，不了解它的特性及引起病害的機理，對施工后的工程質量很可能會造成不可估量的嚴重影響。為了從根源上解決炭質泥巖所帶來的問題，經過深入分析，結合多年的施工經驗，本文提出了徹底挖除覆層形成大臺階、設計群樁、增加抗滑樁等可行的處治方案，以達到治理的目的。

1?炭質泥巖的特性

廣西六寨至河池高速公路南丹六寨境內山高坡陡、水系豐富隱蔽、地形地質復雜、橋隧比高，更嚴重的是炭質泥（灰）巖分布廣泛，給高速公路建設帶來很多不利因素。在建設過程中有些涉及炭質泥巖的問題由于案例太少甚至無經驗可循，以致炭質泥巖路段出現了一些病害但未做防范，如邊坡塌方、路堤滑移、結構物側傾等，事后建設者對這些導致病害產生的炭質泥巖及其所在路段作了科學分析。經研究發(fā)現，炭質泥巖一般有地表土的覆蓋，覆蓋層有厚有薄且與炭質泥巖分界明顯，挖到界面后即發(fā)現呈黑灰色的炭質泥巖，常以層狀的形態(tài)出現，一般抗壓強度為20 MPa左右，巖性隨開挖深度的增加會由弱變強，越往下挖越硬。炭質泥巖因含有風化基質所以易風化，同時含有碳質成分，本路段有一個隧道挖出的炭質泥巖洞渣在棄土場就多次發(fā)生過自燃現象。炭質泥巖巖體結構性差，遇水易濕化崩解，暴露后易開裂風化呈泥炭土，說明炭質泥巖的公路工程性很差。

2?炭質泥巖路段存在的病害及原因分析

2.1?路塹上邊坡塌方、滑坡

公路路塹按設計開挖后，如果順著坡面的較厚覆蓋表土層與炭質泥巖頂部形成一個傾斜的界面，邊坡下方挖除后，界面上方荷載增大，抗滑力小于往下的重力分力，炭質泥巖暴露后風化或遇水崩解，都極易導致邊坡塌方或滑坡，即使進行了常規(guī)的骨架植草防護、坡面漿砌片石防護也不牢固，所做的防護也將損毀。在六寨至河池高速公路K11+400～K11+460段左上邊坡即是如此，第一次植草防護不成功，第二次漿砌片石仍有大部分損毀，由于只有6 m高的邊坡，最后將邊坡挖成1：1.5坡率后再做防護。

2.2?路堤下邊坡擋土墻、排水溝損毀

在斜山坡上開挖縱向臺階全斷面填筑或半挖半填的路堤，在其下邊坡坡腳修筑擋土墻或排水溝，由于開挖基坑后破壞了原狀土穩(wěn)定，加上填筑路堤、墻背回填增加了荷載，使炭質泥巖界面從坡頂往坡腳傾斜形成滑移面，新的排水溝、擋土墻承受不住土體的側壓力，從而導致滑移、傾覆損毀。在本項目K19+700～K19+870段右下邊坡出現了這種情況。根據一段時間的觀測，發(fā)現該段路堤持續(xù)下滑，最后決定卸載重新挖至炭質泥巖堅硬面，修整成大面臺階，再重新填筑，至今通車多年沒有出現問題。

2.3?半山腰上的路堤滑移、通道變形破壞

本項目K17+400～K17+600段路基中心填土高度<20 m，位于傾斜的半山坡上，因排水和通行的需要設計有4 m×4 m的通道，路線縱向依山而建，地表覆蓋層與炭質泥巖界面從坡頂往坡腳傾斜形成滑移面，在路堤填筑時僅僅按設計及施工規(guī)范清表、挖臺階、填前壓實，然后填筑，其后果是填土越高越容易產生滑移，結果出現下邊坡受力拱起的情況。

通道施工過程中基坑設計入巖深度不足，另外也有可能挖至設計標高后基底承載力不足，需換填碎石或漿砌片石處理?？墒墙涍^路堤填筑加載后，由于其基底施工時藏水或地表水滲入，基底的炭質泥巖遇水軟化，加之增加荷載后整段路基不穩(wěn)定，也牽引通道產生位移、變形破壞。

2.4?路堤邊坡下沉牽引路面縱向開裂

本項目一些地形復雜路段利用經試驗合格的炭質泥巖填筑高路堤，雖采用黏土包邊處理工藝，但涵洞或排水溝常有排水不通暢、不及時的情況或因其他原因使水滲入路堤，不用多久即導致路堤滲水段輕度下沉，從而牽引路面縱向開裂。如K18+365～K18+375原計劃回填上游的低洼地，以抬高水位由已建成的涵洞排水，后因群眾不同意回填低洼地導致路基被積水浸泡。當水浸入炭質泥（灰）巖路基后，炭質泥（灰）巖軟化下沉，反射至路面出現拉裂現象。

2.5?橋梁墩柱偏移

高速公路兩山谷或河流間設計大橋跨越，在炭質泥巖區(qū)域兩橋臺的選址非常重要。如果位于半山腰且橋頭有填方的，填筑基底是在炭質泥巖之上的，橋頭填筑施工尤其是輕型橋臺稍有不慎，容易受側壓出現傾斜偏位。K22+043段白巖腳大橋0#橋臺正是這個原因偏位后重新改成雙排樁基加承臺。重力式橋臺臺背回填時基底不平、在地下有滲水的情況下處理不徹底，填筑后也會影響橋臺的穩(wěn)定性。K22+043段白巖腳大橋24#橋臺背回填時就是全部整平底部并澆筑一層20 cm厚的混凝土，同時做好盲溝排水，效果很好。

2.6?隧道洞口上方滑塌、掘進時拱頂涌水掉塊、初支拱架變形

炭質泥巖隧道洞口開挖前常有一層覆蓋層，開挖邊、仰坡時，覆蓋層極易坍塌，為洞門、管棚施工埋下安全隱患。進洞后圍巖多為Ⅴ級、Ⅳ級，炭質泥巖量值大、變形快、持續(xù)時間長、強度低，圍巖受開挖擾動，容易掉塊，有涌水時更甚。格柵鋼架或鋼拱架安裝及初噴后，圍巖壓力易使初噴脹裂、鋼架變形。本項目有兩座短隧道存在這種情況。

3?源頭治理措施

3.1?預防路塹上邊坡塌方、滑塌

避免在雨季施工，做好排水設施。對于高度為一級以內（10 m）的上邊坡可采用放緩邊坡卸載、增設坡腳擋土墻、坡面及時噴播厚層混凝土基材植被的組合防護模式;對于較高的二級以上的上邊坡視邊坡的大小采用放緩邊坡、增設坡腳抗滑樁和坡面格梁錨桿（錨索）、及時掛網噴播厚層混凝土基材植被等多種組合防護模式。

3.2?預防半山腰上路堤滑移及涵排水結構物、通道、擋土墻損毀的措施

綜合來看，造成這些問題的根本原因在于地面覆蓋層和炭質泥巖的界面傾斜，經過路塹開挖、路堤填筑、行車加載后界面上的重力分力大于摩擦力致使路堤失穩(wěn)。此時界面形成滑移面，路堤失穩(wěn)的下滑推力相當大，幾十米外的下邊坡會出現多處拱起的現象。要避免這些情況的發(fā)生，首先避免在雨季施工，做好

排水設施，再根據不同的地形和路堤填筑高度需采取不同的措施。一般來說，高度<12 m的路堤在填筑前應該先行把原地面覆蓋層和炭質泥巖較軟弱層挖除，整平成一個寬度>4 m（寬度視情況定，越寬越好）的反向臺階，然后快速填筑優(yōu)質填料（不建議填筑片石，因為有可能滲水使基底被軟化），及時封閉，避免濕水暴曬;高度>12 m的路堤則應該在路堤下邊坡坡腳增加抗滑樁，抗滑樁的規(guī)格根據現場實際情況而定，而且須優(yōu)先施工抗滑樁。在這些路段的涵洞應避免做成階梯式，同時，涵洞、擋土墻和臺背回填等基底要加深入巖深度，整平后用混凝土及時封閉并做好排水設施，然后進行下一道工序。整個施工過程要求組織合理、嚴密配合、施工緊湊。

3.3?預防橋梁墩柱偏位的措施

就設計而言應選擇合理的橋臺位置和橋長，在地質條件特別差的位置建議采用雙排樁基或群樁加承臺設計，同時避免橋頭出現大填方高路堤最為有利。施工方面除應采取如上述填筑路堤、施工結構物的措施外，仍應優(yōu)先施工路堤和排水設施，穩(wěn)定的路堤和合理的排水能減少對橋梁墩柱、橋臺的擾動，確保墩柱、橋臺的穩(wěn)固性。

3.4?炭質泥巖區(qū)域的隧道進洞施工方式

嚴禁大挖，宜少開挖，比較推薦“零開挖”進洞方式。即通過精心測量，找到洞頂覆蓋層厚度有60 cm左右的橫斷面位置進洞，有偏壓的情況則應在側面合適位置澆筑洞口側墻，回填反壓土后在洞門施作加長管棚及雙導管超前支護。根據“早進洞、短進尺、少擾動、強支護、早封閉、勤量測”的原則開挖進洞，同時根據監(jiān)控量測數據分折洞身結構的穩(wěn)定性，采用合適的支護參數，要求預留變形量取大值（最大時有22 cm），優(yōu)先用Ⅰ20型鋼鋼拱架，間距50 cm，輔以注漿加固、加長錨桿、增加鎖腳錨桿、增加墊板等措施，使鋼拱架牢固，圍巖體自穩(wěn)。當有拱頂涌水掉塊，可先噴射混凝土封閉掌子面，掛防水板作掩護體，打孔、插PVC管沿洞壁往下引排，用水泥-水玻璃雙液間隔跳孔超前注漿直至封住涌水。隨后依次進行后續(xù)工序，施工中做到快挖、快支、快封閉，仰拱及時跟上，適時施作二襯。

4?結語

炭質泥巖給高速公路建設帶來了一定的困擾，但并非不可克服。本文六寨至河池高速公路施工實例證明上述炭質泥巖病害的源頭治理方案是有效的，希望能為后繼類似地質情況的工程建設提供借鑒。

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