漳永高速公路K17+410～K17+505 段右幅路基病害分析與處治對(duì)策

張茂斌

（福建省漳州公路交通工程有限公司, 漳州 363000）

0 引言

填方邊坡沉降、滑移是一種常見的路基病害,填方邊坡出現(xiàn)變形將導(dǎo)致路面開裂, 從而影響線路行車安全,如何針對(duì)不同病因引起的填方邊坡病害采用合理的整治措施,防護(hù)病害進(jìn)一步擴(kuò)大,從而保障線路正常運(yùn)營是業(yè)內(nèi)長期關(guān)注的課題。

1 工程地質(zhì)概況

漳永高速公路K17+410～K17+505 段位于華安縣沙建鎮(zhèn)下樟村附近,為填方路堤,原始地貌屬剝蝕丘陵地貎,斜坡自然坡度為15°～30°,路基處于丘陵斜坡地段。該填方路堤邊坡最大高度約15m,路基下第一級(jí)邊坡坡率1∶1.5,拱形骨架植草灌防護(hù),第二級(jí)邊坡1∶0.1,漿砌片石擋墻加固(圖1)。

圖1 邊坡全貌

1.1 地形地貌

該路段原始地貌屬剝蝕丘陵地貌, 地形起伏不大,斜坡自然坡度為15°～30°,路基處于丘陵斜坡地段,基本為填方路段,路堤下方設(shè)置有砌石擋墻。

1.2 地層巖性

根據(jù)鉆探及地質(zhì)調(diào)查結(jié)果, 高路堤洼地分布有填土層(Qme)、第四系沖洪積(Q4al+pl)粉土、坡地表部一般分布有厚度不均的殘坡積土(Qdl+el), 下伏基巖巖性為燕山晚期(γδ53)花崗閃長巖。 現(xiàn)將揭露地層由新至老的順序分述如下。

第四系全新統(tǒng)(Q4)。 ①1 素填土(Qme)：紅黃色,稍密,稍濕, 成份以粘性土為主, 已經(jīng)系統(tǒng)壓實(shí), 局部表部1.40～1.50m 為碎石層,揭露厚度為0.50～14.60m。實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)為9.0～12.0 擊,平均值為9.9 擊。 ②23粉土(Q4al+pl)：灰黃色,中密,飽和,成份以粉粒為主,粘性差,干強(qiáng)度較差,手捏稍砂感較強(qiáng)。 該層局部分布,僅ZK8 孔有揭露,揭露厚度為5.30m。 實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)為6.0～7.0 擊,平均值為6.5 擊。 ④1坡積粉質(zhì)粘土(Qdl)：紅黃色,硬塑～堅(jiān)硬,稍濕,成分以粉粘粒為主,粘韌性較好,干強(qiáng)度中等,巖芯刀切面較光滑,手捏稍有砂感,夾有少量石英砂,厚度約為1.90～3.30m。實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)為8.0～11.0 擊,平均值為9.3 擊。 ⑤13殘積粘性土(Qel)：黃褐色,可塑-硬塑,飽和,母巖為花崗閃長巖,原巖組織結(jié)構(gòu)全部破壞, 礦物成份除石英外全部風(fēng)化成土狀,粘韌性中等,干強(qiáng)度中等,巖芯刀切面較粗糙,手捻有砂感,夾有少量石英砂,遇水易軟化、崩解,厚度約為2.10～9.80m。實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)為11.0～28.0 擊,平均值為18.2 擊。 勘探過程中,該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風(fēng)化體分布。

燕山晚期(γδ53)。 ⑥10 全風(fēng)化花崗閃長巖(γδ53)：淺黃、灰黃色,呈砂土狀,手捏易散,原巖組織結(jié)構(gòu)基本破壞,礦物成分大部分已基本風(fēng)化成土狀,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎, 巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí), 厚度約5.55～11.00m。 泡水易軟化、降低強(qiáng)度,實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)為30～50擊。 勘探過程中,該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、軟弱夾層及大的臨空面。⑥11砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖(γδ53)：灰黃色,呈砂土狀,手捏易散,組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞,礦物成分大部分已大部分風(fēng)化成土狀,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí),厚度約3.50～11.20m。 但其與上述全風(fēng)化花崗巖呈漸變過渡關(guān)系, 實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)＞50 擊,如遭受長時(shí)間泡水作用,也會(huì)較快軟化、崩解而使強(qiáng)度降低。 勘探過程中,該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風(fēng)化體分布。 ⑥12碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖(γδ53)：灰黃色,巖芯多呈1～3cm 碎塊狀、局部呈5～10cm塊狀,巖芯錘擊易碎,組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞,節(jié)理裂隙發(fā)育,屬極軟巖,巖體完整程度為極破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí),厚度約0.80～15.20m。 但其與上述全風(fēng)化花崗巖呈漸變過渡關(guān)系,實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)＞50 擊,如遭受長時(shí)間泡水作用,也會(huì)較快軟化、崩解而使強(qiáng)度降低。 勘探過程中,該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風(fēng)化體分布。 ⑥13中風(fēng)化花崗閃長巖(γδ53)：灰白、淺肉紅色,巖芯呈柱狀,巖體較完整,巖質(zhì)較新鮮,錘擊聲脆,礦物成份以石英長石為主,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊構(gòu)造,節(jié)理裂隙較發(fā)育,傾角以60°～70°為主,屬較硬巖,巖體完整程度為較完整,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。均未揭穿,揭露厚度為3.40m。勘探過程中,該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、軟弱夾層、大的臨空面及球狀風(fēng)化體分布。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

該路段位于尚卿-坂里褶斷帶,受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的影響和制約,主要表現(xiàn)為節(jié)理裂隙相對(duì)發(fā)育,巖石相對(duì)破碎；路塹區(qū)及其附近無全新活動(dòng)斷裂和發(fā)震斷裂分布。

1.4 水文地質(zhì)條件

路段地表水較不發(fā)育, 地下水主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水及基巖裂隙水。 風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水分布于花崗閃長巖風(fēng)化帶中, 其透水性和富水性受風(fēng)化裂隙發(fā)育程度影響較大,水量一般較貧乏；基巖裂隙水主要分布于中風(fēng)化巖的構(gòu)造裂隙,水量一般貧乏。 主要受地表水、大氣降水及旁側(cè)地下水側(cè)向補(bǔ)給,隨季節(jié)性變化較大。 勘察期間測得地下水混合靜止水位為埋深1.80～11.60m(黃海標(biāo)高為30.90～33.23m)。

2 變形特征

K17+410～K17+505 路段右幅外側(cè)行車道以外出現(xiàn)不同程度的下沉, 致使路面出現(xiàn)2 條長30～50m 的縱向裂縫,裂縫寬度1～2cm,并伴隨下沉,沉降約2～5cm,中央分離帶側(cè)溝沿硬路肩產(chǎn)生裂縫。 路面下第一級(jí)邊坡拱形骨架防護(hù)的預(yù)制塊見擠壓斷裂破壞急流槽踏步開裂下錯(cuò)1～2cm(圖2)。

圖2 路面開裂

基于邊坡變形現(xiàn)狀, 可知邊坡處于不穩(wěn)定性狀態(tài),需及時(shí)進(jìn)行治理,以防病害繼續(xù)惡化,引發(fā)更大規(guī)模的變形滑動(dòng),給病害治理帶來更大的難度。

3 病害成因分析

2017 年6 月中旬臺(tái)風(fēng)“苗柏”登錄廣東一帶,受臺(tái)風(fēng)影響,福建漳州華安地區(qū)出現(xiàn)持久強(qiáng)降雨天氣(華安地區(qū)6 月14 日20 時(shí)-15 日20 時(shí)沙建鎮(zhèn)降雨量達(dá)111.1mm,湖林鄉(xiāng)降雨量達(dá)149.9mm),降雨歷時(shí)時(shí)間達(dá)15 天。 在強(qiáng)降雨影響下,K17+410～K17+505 路段區(qū)域內(nèi)巖土體飽和,地下水位上升較快,坡體抗剪強(qiáng)度降低較多,造成右幅路面外側(cè)行車道范圍內(nèi)出現(xiàn)縱向裂縫、 路基發(fā)生沉降并伴隨一定的側(cè)向位移。

結(jié)合本段路堤變形現(xiàn)狀、發(fā)展情況,路堤工程場區(qū)地形地貌、工程地質(zhì)條件及路堤施工情況等分析,其變形主要原因如下：

(1)連續(xù)的強(qiáng)降雨導(dǎo)致填方邊坡局部巖土體飽和,地下水位上升較快,坡體抗剪強(qiáng)度迅速下降。

(2)原始地貌屬丘陵斜坡地段,巖土體分布較不均勻,填方厚度變化大,密實(shí)度不均勻,在重及外部荷載作用下,固結(jié)過程沉降不均引起變形。

(3)根據(jù)鉆探資料,建設(shè)時(shí)路基填筑時(shí)所用填筑料級(jí)配差,且分層填筑壓實(shí)質(zhì)量較差。

(4)路基排水系統(tǒng)不完善,且部分排水措施失效,地表地下水均無法及時(shí)排出,導(dǎo)致坡體含水量急劇增大。

(5)原防護(hù)措施針對(duì)性不足。

4 病害整治措施

4.1 穩(wěn)定性分析

目前,有關(guān)規(guī)范和手冊一般采用傳遞系數(shù)法(或稱不平衡推力傳遞法)分析計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。近年來,嚴(yán)格的剛體極限平衡方法在邊坡或滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算中廣泛應(yīng)用,大量的實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明,嚴(yán)格的剛體極限平衡方法在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中更具有可靠性。 為便于建模,本文選用較為嚴(yán)格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price法, 采用當(dāng)前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的邊坡工程專業(yè)軟件Geo-Slope 的Slope/W 模塊進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。

鑒于當(dāng)前路基變形主要因?yàn)槌两狄鸬幕谱冃?擋墻并未發(fā)生較大變形破壞,在進(jìn)行病害治理時(shí),除修復(fù)邊坡現(xiàn)有排水措施和完善邊坡排水系統(tǒng)外, 主要以路基填土及原坡積層進(jìn)行加固為原則。 在分析計(jì)算時(shí),通過提高表層土的抗剪參數(shù)反算路基穩(wěn)定性。

建立計(jì)算模型時(shí),將左側(cè)計(jì)算范圍延伸至中央隔離帶以外(左幅路基)10m、右側(cè)至自然坡坡腳,同時(shí)限制斷面右側(cè)、底部和左側(cè)的位移（圖3)。 各巖土層力學(xué)指標(biāo)見表1。

圖3 K17+410～K17+505 段右幅路基計(jì)算模型

表1 巖土層力學(xué)指標(biāo)

通過以上分析計(jì)算結(jié)果可知, 對(duì)填土層進(jìn)行加固可有效提高路基穩(wěn)定性(圖4～5),說明了本文第3 節(jié)的分析是正確。

4.2 加固措施

根據(jù)對(duì)本段路堤變形現(xiàn)狀、工程地質(zhì)條件、施工情況及路堤變原因等綜合分析, 建議對(duì)本段路堤采取如下工程措施：

圖5 K17+410～K17+505 段右幅路基加固后(Fs=1.418)

(1)K17+410～K17+505 段完善路基周邊排水系統(tǒng),分離式路基中部,設(shè)置橫向排水溝與兩側(cè)縱向邊溝,間距2～3m,尺寸0.4m×0.2m(寬×深),盡量減少降雨下滲。 同時(shí),疏通擋墻墻身泄水孔,擋墻底部増?jiān)O(shè)平孔排水,擋墻外側(cè)疏通地表水,増加排水溝等。

(2)右幅路基行車道至路肩以外3m 坡面范圍內(nèi)采用高壓旋噴樁(圖6) 處理。 高壓旋噴樁采用單管, 樁徑50cm,樁間距1.5～2m,樁長以進(jìn)入原狀土層以下3m 為原則控制。

圖6 高壓旋噴樁布置

(3) 該路段路面結(jié)構(gòu)調(diào)整為鋼筋混凝士板+瀝青上下面層,即路面結(jié)構(gòu)調(diào)整為：鋼筋混凝土底基層(32cm)+鋼筋混凝土基層 (25cm)+瀝青混凝土面層 (4.5cmAC16+5.5cmAC20), 挖除已施工的原設(shè)計(jì)路面4.5cmAC16、5.5cmAC20、10cmATB25 及15cm 級(jí) 配 碎 石 層 及32cm 水泥穩(wěn)定碎石層。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

通過對(duì)漳永高速公路K17+410～K17+505 段右幅路基病害成因的系統(tǒng)分析, 結(jié)合工程實(shí)際提出了工程處治對(duì)策。 病害處治后,變形監(jiān)測表明路基及路堤邊坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài), 說明針對(duì)該病害采取的路基排水結(jié)合高壓旋噴樁的治理方案達(dá)到了預(yù)期效果, 期望為類似的填方路基病害整治提供借鑒意義。

5.2 建議

填方路基病害是道路工程的常見病害, 為減少此類病害的發(fā)生,可從以下幾方面進(jìn)行預(yù)防：

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求選擇路基填料。

(2)根據(jù)實(shí)際工點(diǎn)情況選擇填筑工藝、設(shè)備,嚴(yán)格控制分層填筑高度和壓實(shí)度。

(3)完善坡表、坡體排水措施。

(4)填方坡腳擋墻基礎(chǔ)應(yīng)座落于穩(wěn)定地層。

(5)若填方邊坡下臥層含有軟弱土層時(shí),則應(yīng)先進(jìn)行軟弱層處理后再進(jìn)行填筑。

(6)提高路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和整體性。