高速公路軟土路基滑塌原因分析及治理

徐宇峰

中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056

在公路工程建設(shè)中，軟土是較為常見的特殊性巖土，因其承載力低、壓縮性高、空間分布差異性大等特點(diǎn)，常制約著平原水網(wǎng)區(qū)高速公路建設(shè)的進(jìn)度、工程質(zhì)量與工程規(guī)模[1]。軟土路基失穩(wěn)破壞在工程建設(shè)中也時(shí)常發(fā)生，文章結(jié)合具體的工程案例，在整體穩(wěn)定性分析滿足要求時(shí)，即剪切滑動(dòng)破壞下的穩(wěn)定性系數(shù)較高，剛性樁加固治理段落仍發(fā)生了滑塌破壞，基于此，文章分析了該剛性樁治理路段的軟基失穩(wěn)原因，并提出了相應(yīng)的輕質(zhì)土填筑治理方案。

1 項(xiàng)目概況

滑塌失穩(wěn)段落為沖湖積平原地貌，地形平坦開闊，大多為農(nóng)田及魚塘。表層軟土層為第四系全新統(tǒng)沖湖積、沖積層，主要由粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土夾砂土等組成，填方路段軟土按成因類型屬于湖湘沉積，鉆探揭示厚度為3.4～12.5m，灰褐色，呈流塑狀，高壓縮性；下伏硬塑狀粉質(zhì)黏土，黃褐色，該層沿路線軸向方向稍有起伏；下部為侏羅系武昌群強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)條件較好。

路基滑塌失穩(wěn)段落K17+150～K17+345段路基段設(shè)計(jì)中心填高為7.1～8.9m，平均填高約8.1m，最大填高為8.9m。填方坡率為1∶1.5，護(hù)坡道寬1m。原軟土路基治理方案如表1所示。

表1 原軟土路基設(shè)計(jì)治理方案 單位：m

該段路基、路面工程施工完成后，于2020年12月25日在例行巡查中發(fā)現(xiàn)K17+160～K17+230左幅內(nèi)側(cè)行車道靠中分帶位置出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫寬度為2～8cm，至次日凌晨K17+160～K17+230段左幅路基陡然出現(xiàn)沉陷破壞，與右幅路基錯(cuò)臺(tái)最大高度約5m，前后相鄰路基亦出現(xiàn)縱向裂縫。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)情況，該段路基左幅已經(jīng)形成整體破壞，坡腳線外5～10m處地表有輕微隆起，右幅也已形成相對(duì)較輕的破壞。

2 滑塌原因分析

剛性樁復(fù)合地基有兩種設(shè)計(jì)思路：（1）短而密剛性樁復(fù)合地基，與柔性樁復(fù)合地基類似確定樁間距及樁長，相當(dāng)于利用剛性樁代替柔性樁，樁身范圍內(nèi)存在較大范圍的等沉區(qū)，可近似看作復(fù)合材料地基、實(shí)體基礎(chǔ)，屬于傳統(tǒng)的復(fù)合地基，破壞模式通常為剪切破壞[2]。（2）長而疏剛性樁復(fù)合地基，按照大承載力、大間距、大樁帽的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常沒有等沉區(qū)或等沉區(qū)較小，土拱效應(yīng)產(chǎn)生后由剛性樁和樁間土共同承擔(dān)頂部荷載，屬于廣義復(fù)合地基。在此模式下，當(dāng)樁間土承擔(dān)的荷載過大而土體強(qiáng)度又相對(duì)較低時(shí)，樁間土易產(chǎn)生繞過樁體的流狀滑動(dòng)，剛性樁破壞模式以受彎斷裂為主，往往表現(xiàn)為“脆性破壞”，滑塌具有突發(fā)性，需限制樁間土沉降和位移來避免剛性樁受彎斷裂，這類破壞類型被稱為繞流滑動(dòng)。

該段軟土路基處于密集魚塘及溝渠路段，路堤左側(cè)坡腳大部分為魚塘，坡腳處的臨空面是路基下方流塑狀軟土較好的流通通道，會(huì)對(duì)路基穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響[3]。查閱施工記錄，受疫情影響，復(fù)工后路基填土速率過快，軟土層排水固結(jié)不充分，也成為此次事故的誘因之一。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充勘察及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)分析，路基區(qū)水塘密布，基本無硬殼層；軟土呈流塑狀，抗剪強(qiáng)度很低，且路基橫斷面方向軟土層厚度存在空間差異，左側(cè)軟土厚度明顯大于右側(cè)；通過勘察坡腳軟土隆起位置及現(xiàn)場(chǎng)清理處理，確定路基下軟土發(fā)生了繞流滑動(dòng)，剛性樁已斷裂或已偏移傾斜；路基右側(cè)路面層以下經(jīng)雷達(dá)探測(cè)已出現(xiàn)拉裂破壞[4]。

3 強(qiáng)度參數(shù)確定

治理設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂縫及坍塌產(chǎn)生過程對(duì)原地勘參數(shù)進(jìn)行反算修正，確定參數(shù)后再進(jìn)行治理計(jì)算分析。對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算，該段落的路堤穩(wěn)定性安全系數(shù)＞1.3，表明此處復(fù)合地基采用整體穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)是不合理的，樁間土實(shí)際已發(fā)生繞流滑動(dòng)。通過查閱施工記錄及變更設(shè)計(jì)文件，K17+158～K17+440段路基填筑至4m高時(shí)，出現(xiàn)過縱向裂縫，臨時(shí)反壓治理后，經(jīng)一段時(shí)間觀測(cè)，裂縫未發(fā)展，此次路基及路面工程施工完成后，K17+160～K17+230段路基在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)沉降滑移破壞，推測(cè)原復(fù)合地基樁已破壞失效，綜合兩種破壞模式及實(shí)際情況建模反算，得出現(xiàn)狀地基極限狀態(tài)下淤泥質(zhì)軟土黏聚力c=8kPa、內(nèi)摩擦角φ=2°。

4 治理方案設(shè)計(jì)

治理方案設(shè)計(jì)原則如下：（1）路基填筑在當(dāng)前高度下發(fā)生沉陷、開裂破壞，在綜合考慮穩(wěn)定性、施工便捷性及工期要求的基礎(chǔ)上確定變更設(shè)計(jì)方案；（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)情況，發(fā)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)層以下部位存在不密實(shí)現(xiàn)象，疑似裂縫類病害，且左幅疑似裂縫情況較右幅嚴(yán)重；（3）原加固管樁因路基產(chǎn)生繞流滑動(dòng)破壞，且破壞過程短，因此反算時(shí)將管樁作為已完全失效考慮，不計(jì)入原加固管樁的作用；（4）不考慮原路基填筑中土工格柵等附加措施的作用。

基于以上原則，分別對(duì)K17+150～K17+345段滑塌破壞左幅全部挖除后填筑泡沫輕質(zhì)土至路床標(biāo)高，通過試算，右幅挖除保留至原路基2.5m高填土，卸載后填筑泡沫輕質(zhì)土至路床標(biāo)高，路基兩側(cè)在原征地范圍內(nèi)寬填20m（填土高度為2.5m）作為反壓護(hù)道，以此為模型采用有限元計(jì)算分析，分析結(jié)果如圖1所示，路堤整體滑動(dòng)安全系數(shù)為1.372，路堤整體穩(wěn)定性滿足要求。最終擬訂的治理方案如圖2所示。

圖1 變更穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果

圖2 變更設(shè)計(jì)治理方案（單位：m）

輕質(zhì)土路堤需考慮抗浮穩(wěn)定性，該段路基段設(shè)計(jì)中心填高7.1～8.9m，平均填高約8.1m，泡沫輕質(zhì)土底部標(biāo)高14.1m，最大內(nèi)澇水位為19.88m。因此最大內(nèi)澇時(shí)路基浸水深度為5.78m。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性計(jì)算，填土高度為7.1～8.9m，對(duì)應(yīng)的抗浮穩(wěn)定系數(shù)為1.09～1.27，抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求[5]。

軟土路基需進(jìn)行沉降計(jì)算，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）進(jìn)行沉降計(jì)算分析，工后沉降為0.167m，小于規(guī)范要求的容許工后沉降，即一般路段小于0.3m，涵洞通道處小于0.2m的要求[5]。

5 結(jié)論

（1）當(dāng)樁間土的工程性質(zhì)很差時(shí)，其承受路堤傳遞的荷載較大，因其流動(dòng)性強(qiáng)的特性，剛性樁復(fù)合地基存在繞流滑動(dòng)破壞失穩(wěn)的可能性；（2）在軟土性狀很差且軟基失穩(wěn)的狀況下，可采用輕質(zhì)土進(jìn)行治理；（3）軟土路基在設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)明確其空間分布特征，治理措施應(yīng)根據(jù)空間分布進(jìn)行調(diào)整，并在施工過程中控制路基填筑速率，預(yù)留足夠的固結(jié)沉降時(shí)間。