山區(qū)公路沖溝路段路基缺口綜合治理研究

肖西 賀亦彭 寧德飚 余健

摘要 找出成因，“對(duì)癥下藥”是公路災(zāi)害治理的關(guān)鍵。文章以某國(guó)道沖溝路段的路基缺口為例，在充分闡述災(zāi)害特征、工程地質(zhì)條件和穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上，得出災(zāi)害成因?yàn)闆_溝的長(zhǎng)期溯源侵蝕，掏空擋墻基礎(chǔ)，導(dǎo)致?lián)鯄κХ€(wěn)。針對(duì)性提出了“固基防水”綜合治理方案，即擋墻基礎(chǔ)采用注漿鋼管樁加固，以達(dá)到“固基”目的，對(duì)沖溝溝谷一定范圍內(nèi)設(shè)置錨索框格梁，格間掛網(wǎng)噴射混凝土以防止沖溝進(jìn)一步侵蝕破壞，并在合適位置設(shè)置截排水溝，以達(dá)到“防水”目的。

關(guān)鍵詞 路基缺口;山區(qū)公路;沖溝;綜合治理

中圖分類(lèi)號(hào) U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）07-0133-03

0 引言

山區(qū)特殊的地形、地質(zhì)和環(huán)境因素導(dǎo)致了山區(qū)公路多臨崖臨水、跨溝跨河、高填深挖[1]。普通國(guó)道由于受投資影響，邊坡防護(hù)、路基處理往往不足，從而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)期間災(zāi)害頻發(fā)。山區(qū)國(guó)道小的沖溝路段多采取在公路外側(cè)設(shè)置擋墻、墻內(nèi)回填方式通過(guò)，但由于前期勘察不足，設(shè)計(jì)深度不夠，擋墻基礎(chǔ)埋深往往不夠，擋墻抗滑移、抗傾覆能力不足。后期由于匯水對(duì)沖溝的侵蝕，包括側(cè)蝕和溯源侵蝕作用，原有擋墻基礎(chǔ)往往容易被掏空，從而導(dǎo)致?lián)鯄κХ€(wěn)垮塌，形成路基缺口。此類(lèi)災(zāi)害由于地形地質(zhì)條件多樣，處理方式往往需要根據(jù)具體災(zāi)害點(diǎn)的情況因地制宜，“對(duì)癥下藥”。

1 工程概況

某國(guó)道沖溝路段位于沖溝源頭處，地形坡度較陡，坡度達(dá)38°～49°，地層巖土體破碎，屬碎石土堆積層，公路路基長(zhǎng)期遭受沖溝的側(cè)蝕和溯源侵蝕作用，2020年8月5日，在強(qiáng)降雨的作用下，擋墻基礎(chǔ)被水流掏空，擋墻傾倒失穩(wěn)，形成了一個(gè)長(zhǎng)80 m，寬4 m的路基缺口，導(dǎo)致半幅路面處于懸空狀態(tài)，嚴(yán)重危害公路的安全運(yùn)營(yíng)。災(zāi)害發(fā)生后當(dāng)?shù)仞B(yǎng)護(hù)部門(mén)采取沿公路內(nèi)側(cè)挖方拼寬，單向通行的臨時(shí)保通方案，目前有效路面寬度僅約4 m，路面為砂石過(guò)渡路面，通行條件極差。路基缺口正面照如圖1所示。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 地層巖性

鉆孔揭露地層有填土層、殘坡積層和玄武巖層，各地層巖性分述如下：

（1）第四系人工填土層（Q4ml）：褐灰、灰、褐黃色，以粉質(zhì)粘土為主，多含碎石、角礫，成分雜亂，結(jié)構(gòu)松散，為水渠管網(wǎng)修建、道路修筑形成，揭露厚4.9～7.7 m，平均厚6.2 m，承載力特征值fak=85 kPa。

（2）第四系殘坡積層（Q4el+dl）：褐黃、黃色，含大量玄武巖風(fēng)化團(tuán)塊，中等壓縮性為主，局部受地表水浸軟化為高壓縮性，參考鄰區(qū)李家坪殘坡積層鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，承載力特征值fak=168 kPa。

（3）二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2β）：強(qiáng)風(fēng)化，暗綠、深灰色，巖體多呈碎塊狀，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖性較堅(jiān)硬。大致發(fā)育三組節(jié)理：節(jié)理1：90°～130°∠45°～55°;節(jié)理2：297°～327°∠31°～55°;節(jié)理3：175°～210°∠48°～78°。承載力特征值fak=550 kPa。中風(fēng)化玄武巖：暗綠、深灰色玄武巖，巖體多呈塊狀、巨塊狀，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖性堅(jiān)硬，錘擊聲清脆，強(qiáng)度高，據(jù)類(lèi)比資料，飽和重度達(dá)2.79 t/m3，飽和單軸抗壓23.9～91.5 MPa，承載力特征值fak=4.67 MPa。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)地貌類(lèi)型屬巖漿巖構(gòu)造侵蝕山地地貌[2]，區(qū)域上位于云貴高原邊緣部分，按大地構(gòu)造分區(qū)，位于一級(jí)構(gòu)造單元“揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)”（揚(yáng)子板塊）西緣中的二級(jí)單元“滇東臺(tái)褶帶”下屬的兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，即“滇東北臺(tái)褶束”與“會(huì)澤臺(tái)褶束”的結(jié)合部位[3]。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造主要受坪菁背斜、關(guān)倉(cāng)菁斷層、F1斷層的影響。

坪菁背斜：位于水槽子向斜以東，軸向北段近南北，南段為南偏西。南段被雨祿斷層、待補(bǔ)斷層切失，中部被關(guān)倉(cāng)箐斷層切割破壞。背斜長(zhǎng)26 km，向北依次傾伏。核部由上震旦統(tǒng)燈影組組成;兩翼向外依次為下寒武系漁戶(hù)村組至滄浪鋪組烏龍?bào)涠?、中泥盆統(tǒng)?？诮M至上泥盆統(tǒng)宰格組上段、下石炭統(tǒng)大塘組至下二疊統(tǒng)玄武巖組第三段等。西翼巖層傾角在20°～50°;東翼巖層傾角35°～75°，但近南部近斷層處產(chǎn)狀局部倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)傾角達(dá)70°左右，為一軸面傾向西的不對(duì)稱(chēng)長(zhǎng)軸狀背斜。

關(guān)倉(cāng)菁斷層：位于東川大高粱地至關(guān)倉(cāng)箐一帶，西南部被第四系覆蓋，中部被南北向的臘利溝斷層切割。長(zhǎng)約20 km，斷層總的延伸方向40°左右，略呈波狀彎曲。其南東盤(pán)分別為上震旦統(tǒng)燈影組至下寒武統(tǒng)滄浪鋪組烏龍?bào)涠?、中泥盆統(tǒng)海口組至上泥盆統(tǒng)宰格組上段、下石炭統(tǒng)大塘組至下二疊統(tǒng)茅口組、上二疊統(tǒng)玄武巖組第三段，地層界線與斷層線呈斜交關(guān)系，具右行扭動(dòng)的特點(diǎn)，沿線見(jiàn)角礫巖、破碎帶，在近斷層處巖層產(chǎn)狀變陡，局部?jī)A角可達(dá)70°，為一條扭性的逆斷層。

F1斷層為一小型斷層，可能為關(guān)倉(cāng)菁斷層的次生構(gòu)造，長(zhǎng)約3 km，走向約110°，斷層性質(zhì)尚不明確，兩盤(pán)地表分別出露二疊系茅口組和玄武巖組第三段地層。

2.3 地下水類(lèi)型

場(chǎng)地區(qū)地形坡度較陡，地形坡度與地層巖性相互作用，為沖溝發(fā)育提供了良好的條件[4]。地下水類(lèi)型為松散土孔隙水和基巖裂隙水，松散土孔隙水賦存于第四系松散堆積層中，主要分布于沖溝底部和溝岸邊坡中，總體上富水性弱～中等。主要補(bǔ)給來(lái)自大氣降水，在溝谷地帶亦接受地表水及風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)給。以溝谷為排泄基準(zhǔn)，以滲流的形式緩慢排泄。由于其徑流途徑短而淺，其流量大小受降雨控制明顯，季節(jié)性變化明顯[5]。

基巖裂隙水賦存于玄武巖層中，分布廣泛，主要接受大氣降水和孔隙水下滲補(bǔ)給以及巖溶水側(cè)向補(bǔ)給，其富水性因構(gòu)造、風(fēng)化裂隙發(fā)育程度及地形條件差異，富水性差異較大，地下水在裂隙中緩慢運(yùn)移，在溝底以散流、股流或泉的形式排泄。由于區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，地形坡度大，因此區(qū)內(nèi)裂隙水徑流途徑仍然不長(zhǎng)，具“就近補(bǔ)給，就近排泄”的特點(diǎn)[5]。

3 穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算工況

結(jié)合工程區(qū)實(shí)際情況，擬定了如下三類(lèi)計(jì)算工況：

（1）天然工況，即自重工況，取自然狀態(tài)下的土的重度和粘聚力、內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算。

（2）飽和工況，即在強(qiáng)降水作用下，巖土體達(dá)到飽和狀態(tài)，以飽和重度和飽水抗剪強(qiáng)度為主要計(jì)算參數(shù)。

（3）地震工況，采用自然狀態(tài)下土的重度和粘聚力、內(nèi)摩擦角主要計(jì)算參數(shù)，但加上影響因素，工程區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度設(shè)防，地震綜合影響系數(shù)取A=0.3[6]。

3.2 附加力

（1）地下水壓力：滑面在地下水位下的滑坡點(diǎn)，地下水壓力近似等于浸潤(rùn)面以下土體的面積乘以水的容重，飽水狀態(tài)下考慮地下水位略有上升。

（2）工程荷重：不考慮工程荷載。

（3）地震力：據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010），勘查區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30 g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)須考慮地震作用力，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》計(jì)算水平地震荷載，地震影響系數(shù)A=0.3。

3.3 計(jì)算參數(shù)

據(jù)土工試驗(yàn)報(bào)告，天然狀態(tài)下，碎石土層天然重度為18.5 kN/m3，內(nèi)聚力C=14.59 kPa，內(nèi)摩擦角φ=22.2°;飽和狀態(tài)下，飽和重度=20.3 kN/m3，內(nèi)聚力C=11.29 kPa，內(nèi)摩擦角φ=18.5°。

3.4 計(jì)算斷面

典型計(jì)算斷面圖如圖2所示。

3.5 計(jì)算結(jié)果

各滑面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

3.6 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

現(xiàn)狀邊坡自然狀態(tài)條件下處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，飽水狀態(tài)條件下處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，地震狀態(tài)條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 成因分析

（1）地形條件：該路段位于沖溝源頭處，處于局域匯流區(qū)，地形坡度較陡，自然坡度38°～49°。

（2）地層巖土條件：地層巖土體破碎，表層屬碎石土堆積層，厚度11.6 m，局部有基巖出露，巖體被風(fēng)化成碎塊狀，棱角狀，塊徑2～5 cm。

（3）水文地質(zhì)條件：災(zāi)害路段氣候類(lèi)型為典型的干濕分明區(qū)，雨季降雨量達(dá)到全年的85%以上，雨季單點(diǎn)暴雨量很大。

（4）構(gòu)造地質(zhì)條件：災(zāi)害路段處于會(huì)澤與東川交界附近，為“滇東北臺(tái)褶束”與“會(huì)澤臺(tái)褶束”的結(jié)合部位，屬地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。

（5）原有工程條件：公路以半填半挖方式通過(guò)沖溝路段，公路外側(cè)擋墻基礎(chǔ)位于松散堆積層上，由于沖溝的長(zhǎng)期溯源侵蝕作用，擋墻基礎(chǔ)被掏空，最終導(dǎo)致路堤擋墻傾倒失穩(wěn)。

5 路基缺口綜合治理

5.1 設(shè)計(jì)思路

綜合考慮公路路線展布、路基缺口路段地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件、工程安全、施工安全、道路保通、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素，擬對(duì)路基缺口段進(jìn)行綜合治理。治理思路為在不降低原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，少開(kāi)挖，少擾動(dòng)，不斷交，安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、快速高效，從成因分析出發(fā)，“對(duì)癥下藥”[7]。

5.2 治理方案

（1）路線向道路內(nèi)側(cè)偏移4～4.3 m，在少開(kāi)挖的條件下，路線盡量靠山體側(cè)，可以提高道路整體的安全性。

（2）道路垮塌部分（路堤）采用鋼筋混凝土擋墻進(jìn)行恢復(fù)，擋墻下設(shè)2排注漿微型鋼管樁作為擋墻基礎(chǔ)，鋼管樁外徑11.4 cm，管壁厚0.5 cm，單根長(zhǎng)15 m，微型鋼管樁樁端進(jìn)入風(fēng)化巖不小于1 m，以保證擋墻基礎(chǔ)穩(wěn)定，從根本上解決原有擋墻基礎(chǔ)不穩(wěn)，容易被水流掏空的問(wèn)題。樁頂預(yù)留2 m長(zhǎng)埋入擋墻墻體內(nèi)，使鋼管樁基礎(chǔ)和擋墻連接為一個(gè)整體，并在擋墻上設(shè)置2排預(yù)應(yīng)力錨索，充分保證擋墻的抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（3）沖溝溝谷位置擋墻下方8 m范圍內(nèi)設(shè)置錨索框格梁進(jìn)行加固，框格梁間掛網(wǎng)噴射混凝土以防止匯水對(duì)沖溝進(jìn)一步的侵蝕破壞。

（4）道路內(nèi)側(cè)路塹邊坡設(shè)置錨索框格梁對(duì)邊坡進(jìn)行加固，確保邊坡的穩(wěn)定性。

（5）邊坡變坡位置設(shè)置一條截水溝，攔截上部水流，防止上部水流進(jìn)入工程位置。公路內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，及時(shí)排走路上的雨水，避免雨水沖刷道路及路堤邊坡。

治理工程典型斷面圖如圖3所示。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究，可以得出如下結(jié)論：

（1）公路災(zāi)害治理過(guò)程中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是準(zhǔn)確把握災(zāi)害類(lèi)型、所處區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，從成因分析出發(fā)解決問(wèn)題[7]。

（2）山區(qū)公路沖溝路段路基大多為高填方，外側(cè)路基擋墻基礎(chǔ)穩(wěn)定性是最重要的影響因素，但路基缺口往往又呈現(xiàn)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，該文提出了針對(duì)此類(lèi)情況，采用注漿微型鋼管樁進(jìn)行擋墻基礎(chǔ)加固的解決方案。

（3）無(wú)論沖溝路段還是匯水路段，如何合理降低降水對(duì)沖溝的進(jìn)一步侵蝕，保證公路建構(gòu)筑物的安全，該文針對(duì)此類(lèi)災(zāi)害提出了截排水溝+錨索框格梁+格間掛網(wǎng)噴射混凝土的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]田偉平，馬保成，舒淼. 山區(qū)沿河公路路基水毀災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)， 2011（5）： 125-130.

[2]伍仁杰， 陳洪凱. 基于灰色聚類(lèi)的貴州省縣域公路洪災(zāi)孕災(zāi)環(huán)境分區(qū)研究[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2019（4）： 88-93.

[3]牟順，王亮，馬保成. 山區(qū)公路路基沉陷風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法研究[J]. 路基工程， 2011（1）： 54-56.

[4]陳遠(yuǎn)川，陳洪凱. 山區(qū)沿河公路路基洪水毀損過(guò)程及機(jī)理研究[J]. 公路， 2012（11）： 95-103.

[5]楊晉柳. 云南省宜良縣月牙變電站滑坡穩(wěn)定性分析及防治措施研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)， 2018.

[6]楊晉柳，李波， 李光明. 宜良縣月牙變電站滑坡穩(wěn)定性分析[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)， 2017（2）： 6-11.

[7]肖西， 余健， 寧德飚， 等. “固腳強(qiáng)腰”設(shè)計(jì)思路在中大型滑坡治理工程中的應(yīng)用與研究[J]. 公路交通科技， 2019（8）： 85-87.