某改擴建高速公路拼寬路基滑坡處治

夏曉勇，畢小進

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550000；2.貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

某服務(wù)區(qū)為G75蘭海高速公路運營階段新增設(shè)服務(wù)區(qū)，其中K13+400～520段左側(cè)填方路基為服務(wù)區(qū)變速車道及匝道拼寬既有高速公路主線路基路段。場區(qū)地處貴州高原北部，地貌類型為溶蝕型低中山地貌，地形起伏較大，地勢北西高，南東低。該段拼寬路基位于斜坡地形上，場區(qū)微地貌為一緩坡，原地形坡度較緩，約5°～16°，勘察資料顯示，上部覆蓋層從上到下主要為填筑土、粘土、崩塌堆積層塊石土，厚約5～30 m，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)松子坎組(T2s)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖。

既有高速公路K13+400～520段為半挖半填路基，內(nèi)側(cè)山體高陡，形成高度超過50 m的巖質(zhì)挖方高邊坡；外側(cè)填方路基最大邊坡高度約10 m，采用10 m高樁基承臺擋墻支擋。本次改擴建沿既有樁基承臺擋墻外側(cè)進行路基拼寬，拼寬路基原設(shè)計為兩級填方邊坡：第一級路基邊坡高7～8 m，采用5～9 m高片石混凝土衡重式樁基承臺擋墻進行支擋收坡，樁基采用直徑2 m圓樁，樁長24～25 m，間距5 m，承臺寬5 m、厚2 m；第二級路基邊坡高8～9 m，坡率1∶1.5，骨架護坡防護。

2 滑坡情況

2017年3月，該段拼寬路基及防護工程全部施工完成，在經(jīng)歷2017年6～8月雨季過程中未發(fā)現(xiàn)明顯變形跡象。但在經(jīng)歷2017年9月初持續(xù)強降雨之后，于2017年9月7日突發(fā)變形，路基下方自然邊坡坡腳處民房后檐地面隆起、圍墻開裂，隨后K13+410～K13+461段樁基擋墻發(fā)生傾斜，數(shù)小時后樁基擋墻結(jié)構(gòu)被破壞，填方路基段整體垮塌。

該滑坡平面上呈舌狀，滑坡體主滑方向130°，滑坡后緣緊鄰既有蘭海高速公路外側(cè)路肩墻，形成約3 m高錯臺陡坎，滑坡兩側(cè)以剪切裂縫為界，前緣剪出口位于坡腳民房后側(cè)，表現(xiàn)為地面隆起、撓出，圍墻開裂變形?；驴v向長約80 m，橫向?qū)捈s60 m，滑體平均厚約10 m，滑坡體積約60 000 m3，屬中型滑坡?；麦w為以碎塊石、粘土為主的人工填土層。滑動帶后部以人工填土為主，中前部以粘土為主。

滑坡發(fā)生后，拼寬路基外側(cè)樁基承臺擋墻之下的抗滑樁呈整體一排傾倒，樁頂偏離設(shè)計樁位水平距離約10 m，樁端軸線與水平面夾角約30°；經(jīng)委托檢測單位在原樁位進行豎向鉆探檢測，發(fā)現(xiàn)各鉆孔普遍在設(shè)計樁頂標高以下約10～11 m位置鉆遇斷樁。結(jié)合滑坡滑動面埋深、滑床工程地質(zhì)特征推測抗滑樁在樁頂面以下10～11 m發(fā)生斷樁破壞可能性大，發(fā)生整體偏位破壞的可能性小。

3 滑坡原因分析

結(jié)合滑坡補充地質(zhì)勘察、原設(shè)計路基穩(wěn)定性及支擋結(jié)構(gòu)驗算、施工過程情況以及檢測資料分析，本段路基滑坡是多方面因素共同作用的結(jié)果。

地質(zhì)、地形條件是本段路基產(chǎn)生滑坡的根本原因。從坡體結(jié)構(gòu)分析，路基填筑前為一上陡下緩的自然斜坡，坡度約5°～16°，邊坡巖土體呈層狀分布，上部覆蓋層主要為蘭海高速棄渣形成的人工填土，以碎塊石土及粘土為主，結(jié)構(gòu)松散～稍密，土體孔隙大容易滲水，人工填土底部發(fā)育一層向坡腳順傾的粘土層，上陡下緩，粘土層相對隔水，受水軟化強度降低幅度較大易形成滑帶。該段路基填筑于原自然斜坡后部，在斜坡后部加載，改變了斜坡的外形和其中的應(yīng)力分布狀態(tài)，造成坡腳剪應(yīng)力集中，潛在滑動面上應(yīng)力的增大在坡腳附近超過巖土的抗剪強度而破壞，形成塑性區(qū)，從而引起坡體內(nèi)潛在滑動帶土的應(yīng)力重分布，剪應(yīng)力向塑性區(qū)相臨地帶集中造成塑性區(qū)逐步擴大形成滑坡。

持續(xù)強降雨是滑坡的誘發(fā)因素。2017年8月31日至9月5日，滑坡所在地區(qū)連續(xù)降雨，特別是2017年9月4日為大到暴雨，充沛的降雨使坡體充分飽水，產(chǎn)生動、靜水壓力，增大土體容重，降低其抗剪強度，同時地表水在下滲過程中，在殘坡積層處形成滯水層，致使其軟化并形成滑動面，最終導致了滑坡發(fā)生。

原設(shè)計對路基填料力學參數(shù)估計偏高、樁(墻)后土壓力估計偏小是本路基滑坡的重要原因。原設(shè)計驗算時對路基填料φ值按35°考慮，受現(xiàn)場填料來源限制，實際路基填料性能與設(shè)計存在偏差，導致支擋結(jié)構(gòu)實際受力大于設(shè)計狀態(tài)；此外，在有限空間內(nèi)進行填土壓實，支擋結(jié)構(gòu)所受土壓力大小可能發(fā)展至靜止土壓力甚至被動土壓力水平。以上兩方面均可能導致支擋結(jié)構(gòu)受力大于預期，使設(shè)計偏于危險。

對樁前(潛在)滑坡體抗力考慮偏大是本路基滑坡的原因之一。原設(shè)計樁前潛在滑體抗力按100%發(fā)揮考慮，事實上因樁前潛在滑體結(jié)構(gòu)松散以及樁前斜坡坡度較大，實際樁前抗力難以全部發(fā)揮，這將導致樁前抗力小于設(shè)計預期，抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于危險。

施工質(zhì)量欠佳是滑坡的原因之一。路基填筑前未對原地表人工填筑土清除干凈，加上填料本身性質(zhì)不佳，內(nèi)外側(cè)樁基承臺擋墻之間的填筑體及地基土體在自重及壓實作用下側(cè)向變形受到限制，致使?jié)撛诨瑒芋w下滑力與土壓力有可能疊加作用于外側(cè)樁基承臺擋墻上。

4 滑坡處治方案

結(jié)合前述本滑坡發(fā)生機理分析，從充分減少滑坡后緣加載、避免不利填料增大土壓力的思路出發(fā)，并盡量將處治工程對既有主線結(jié)構(gòu)的影響降至最低，經(jīng)業(yè)主組織設(shè)計、咨詢專家反復討論研究后，最終確定采用“輕質(zhì)土路基填料+錨索抗滑樁支擋”方案對滑坡進行治理，為減小新老路基差異沉降，在輕質(zhì)土路基施工前對其基地進行注漿加固，具體處治措施如下。

(1)預應(yīng)力錨索抗滑樁。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，采用1.8 m×2.4 m矩形錨索抗滑樁對擬建拼寬部分路基進行支擋，因錨索受既有主線公路樁基承臺擋墻樁基控制，抗滑樁按插空布置，間距5 m，樁長26～28 m，樁身采用C30混凝土，主筋采用HRB500高強鋼筋；樁頂設(shè)兩排9Φ15.2錨索，長28 m，其中錨固段長10 m，張拉應(yīng)力500 KN/孔。

(2)地基加固及輕質(zhì)土路基填筑。清除抗滑樁后既有路基填方至原地面線，對地基采用3排鋼花管注漿加固，排距1.5 m，間距1.5 m；基底鋪設(shè)碎石墊層，然后采用氣泡輕質(zhì)混凝土澆筑路基。

(3)坡面整平及滑坡前緣支擋。對滑坡體清方減載后，修整坡面并適當壓實，對滑坡前緣反壓回填，坡腳設(shè)5 m高格賓擋墻支擋，坡面植草綠化防護。

(4)排水。為防止場坪、既有主線公路一側(cè)雨水沿路基邊緣排泄下滲至坡體，在抗滑樁前地表設(shè)置梯形截水溝，通過中部排水溝接順自然溝渠。為防止既有主線路基排水通道被平寬路基填料封閉，在輕質(zhì)土路基內(nèi)部設(shè)置排水管，排水管穿過既有主線路基外側(cè)擋墻，伸入路基范圍。

根據(jù)滑坡后補充工程地質(zhì)勘察、工程地質(zhì)類比、反算等方法，結(jié)合《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)，推薦場區(qū)巖土物理力學指標如表1。

表1 場區(qū)巖土物理力學參數(shù)

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)對K13+448最不利斷面進行滑坡穩(wěn)定性計算，其中輕質(zhì)土路基按1.3倍濕容重進行設(shè)計計算，不考慮輕質(zhì)土與既有蘭海高速路肩墻之間內(nèi)摩擦角。計算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

進一步驗算路基支擋結(jié)構(gòu)承載能力，抗滑樁樁頂位移、樁截面承載能力、樁前地基抗力，均滿足要求。

本滑坡處治工程于2019年8月完成，經(jīng)工后監(jiān)測，該處治工程完工后運行狀況良好，取得了較好處治效果。

5 結(jié)論及建議

(1)對于設(shè)支擋結(jié)構(gòu)的拼寬路基，須充分考慮有限空間內(nèi)路基填土施工條件，嚴格控制填筑施工工藝、填料技術(shù)要求，同時應(yīng)注意有限空間內(nèi)靜止土壓力問題。

(2)樁基承臺擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時慎重考慮樁前土體抗力，對于位于松散土體中的懸臂式抗滑樁，不宜考慮樁前滑體抗力，如要考慮，宜按變形協(xié)調(diào)進行極限狀態(tài)設(shè)計。

(3)采用泡沫輕質(zhì)土作為路基可有效減小填料重度，減少路基放坡，大大降低支擋結(jié)構(gòu)荷載，對特殊條件下加寬路基工程具有較大實用價值。

(4)陡斜坡路段的改擴建拼寬路基工程，應(yīng)做好路基及支擋結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)異常，盡早采取處治措施，避免發(fā)生突發(fā)事故。