河谷区典型斜坡填方路基蠕滑机理分析与处治

张 晓 峰

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

1 概述

不同地域斜坡软弱地基填方工程一般可归为四种基本类型[1-4]：1)丘间槽谷坡洪积软土；2)非沉积型斜坡软弱岩土；3)湖泊相软土的边缘地段；4)斜坡上松散堆积体。斜坡软弱地基具有两大共性：一是土基表面斜坡向外倾斜一定角度；二是地层土体强度相对较低，压缩性相对较高。一般在斜坡软弱下卧层上铺筑路堤时，易引起路基不均匀沉降、变形，一般情况下变形模式表现为差异性垂直不均匀沉降及水平变形两种作用兼而有之[5，6]。

2 蠕滑区地质分析

2.1 斜坡软土填方工程特性

斜坡软土地基变形明显向坡脚下方偏大，较低侧坡脚剪应变明显偏大，坡脚塑性区范围偏大，当原地层坡度大于1∶10时这些特性更加明显，这些特性使地基变形破坏的概率大幅提高。斜坡软弱地基变形性状受诸多因素影响，其中填土高度、斜坡坡度、软弱土层弹性模量对地基变形性状的影响最大。填土高度增加、斜坡坡度增大、软弱土层厚度增加、软弱土层弹性模量减小，斜坡软弱地基变形明显增大，地基变形破坏的概率越大，当地层坡度大于1∶10时这种效应更加明显。

2.2 病害区地质条件

路基病害区地处勘察区西南侧的斜坡，平均坡度22°，上部可达35°～40°，呈上陡下缓之势，具有较大的汇水面积从而为路基的沉降和水平变形提供地形条件。

勘察区路基填土层下有厚约8 m的淤泥质粉质黏土，含水量大，这种软弱地层为典型的欠固结、易滑地层，为路基的不均匀沉降、水平变形提供了必要的物质基础。

2.3 水文地质条件

该区域内降雨量大，并集中，雨水的下渗，不但降低土体的抗剪强度，还提高路基填土重量，另外该处地下水丰富，补给来源充足。上覆粉质黏土及人工填筑土，空隙较大，为较好的透水层，中风化层含炭质泥岩、透水性差，为相对隔水层；强风化层风化裂隙及节理裂隙发育，为相对的含水层。上覆粉质黏土及人工填筑土，空隙较大，为较好的透水层。导致粉质黏土长期过湿和饱水是路基沉降及滑移形成的诱发因素。

2.4 地层岩性

该路基地段岩性主要如下：

3 蠕滑区工程概况

某高速公路K136+200～K136+500处路基形式布设于河谷侧斜坡处，路基设计宽24.5 m，为填方路基，最大填方高度为12 m，是典型的丘间槽谷斜坡填方路基。在路基填方施工完成后，该段填方路基产生了明显的变形，主要有地面开裂、路基不均匀沉降及涵洞开裂等三种表现形式。在K136+200～K136+240段填方路基左侧出现横向拉张裂缝，裂缝总体呈锯齿状，长度约为40 m，宽度约为1 cm～5 cm；在K136+200涵洞洞身开裂同时产生不均匀沉降，涵洞进出口均产生变形裂缝；在K136+240附近填方路基坡脚外侧20 m处产生与路基走向近垂直的剪张裂缝，裂缝长约30 m，宽约2 cm～5 cm；在K136+420～K136+500段填方路基坡脚外侧产生一系列剪张裂缝，裂缝总体呈八字形分布，长度约为10 m～25 m，宽度约为5 cm～10 cm，为典型的丘间槽谷斜坡填方路基蠕滑变形，现场地貌图如图1所示。

4 蠕滑机理分析

4.1 蠕滑影响因素

区域内降雨量大，并集中，雨水的下渗，不但降低土体的抗剪强度，还提高路基填土重量，另外该处地下水丰富，补给来源充足。蠕滑区上覆粉质黏土及人工填筑土，空隙较大，为较好的透水层；中风化层含炭质泥岩、透水性差，为相对隔水层；强风化层风化裂隙及节理裂隙发育，为相对的含水层。施工期间7月、8月份区域内降雨量大，并集中，此外该处地下水丰富，水分补给来源充足。项目施工期间，工区原始地貌为地表雨水的主要排泄通道，路堤填土完成后，降雨等地表水顺填筑土体下渗，而含炭质泥岩下浮层透水性差，相对隔水，最终使得大量雨水存留于下浮层顶面向低洼地段排流。雨水排流过程中，中分化层长期被雨水浸泡，加剧土体软化，随着时间的推移，最终土体失稳，发生蠕滑破坏。

4.2 蠕滑力学机理分析

滑动面识别和搜索的主要方法包括观察法、勘探法、深部仪器测量法、理论分析法和人工智能方法等，该段路基蠕滑滑动面主要通过现场钻探勘察确定。

通过本次工程地质调绘、勘探，勘察区路基填土层下有厚约8 m的淤泥质粉质黏土，含水量大，这种软弱地层为典型的欠固结、易滑地层，为滑动面主要成分。

该路段蠕滑为典型的斜坡湿软地基变形破坏。在发生的地基层中，存在饱水的塑性粉质黏土，而地基中的滑动面都通过这一软黏土层的底部。根据钻孔勘探、路基沉降、地表裂缝可以看出，路基稳定性受降雨影响明显，在大量降雨后，外加路堤填土自重的影响下，填土中产生破裂面，拉应力更为明显，在K136+200～K136+240段填方路基左侧出现横向拉张裂缝，裂缝总体呈锯齿状，长度约为40 m，宽度约为1 cm～5 cm。填方路基坡脚两侧也存在剪应力集中，这也是在K136+420～K136+500段填方路基坡脚外侧产生一系列八字形分布剪张裂缝的原因。

5 蠕滑稳定性分析

路基蠕滑归根到底取决于路基下滑力与抗滑力之间的大小比对，当抗滑力大于下滑力时，路基处于稳定状态，当抗滑力小于下滑力时，路基不稳定，容易发生变形、蠕滑甚至大幅滑移。

5.1 计算分析与评价

本次取值在室内试验数据的基础上、综合参考工程区相关经验数据类比综合确定土体的物理力学指标如表1所示。

表1 滑动面抗剪强度参数推荐值

采用块体极限平衡法计算边坡稳定性，通常根据作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定性系数。采用该法既考虑了滑体的力平衡与力矩平衡来计算安全系数，又考虑了土条间的相互作用力，可用于任意滑动面。

结合该边坡实际情况，选定K136+240断面，正常工况，非正常工况Ⅰ(暴雨)与非正常工况Ⅱ(暴雨+地震)三种工况采用块体极限平衡法稳定性验算。根据工程等级、变形危害性以及诱发的各种因素了解程度，剩余下滑力安全系数取值：现阶段天然工况下安全系数采用1.25，暴雨工况下采用1.15，暴雨+地震(7度)工况下采用1.05，地震重要性系数取1.3；各工况下边坡稳定系数以及剩余下滑力如表2所示。

表2 蠕滑稳定性计算结果

以上分析计算可看出，该断面边坡在正常工况下抗滑稳定系数大于1，处于稳定状态；在非正常工况Ⅰ(暴雨)与非正常工况Ⅱ(暴雨+地震)存在剩余下滑力，这说明边坡处于不稳定状态。

5.2 具体处置方案

病害处治方案采用抗滑桩+高压旋喷桩的方案。对本段路基坡脚采用抗滑桩处理，施工抗滑桩前须对原边坡填筑施工平台，平台宽5 m，压实度不小于93%，施工完成后无需清除反压土方。

5.2.1 高压旋喷桩

蠕滑区上覆粉质黏土及人工填筑土，空隙较大，为较好的透水层；中风化层含炭质泥岩、透水性差，为相对隔水层；强风化层风化裂隙及节理裂隙发育，为相对的含水层。这种底层组合下水分极易存留于强风化层以及上覆粉质黏土层，土体在雨水浸泡下承载力大大下降，这是地基发生不均匀沉降的主要原因。

因此K136+210～K136+258段路基范围设高压旋喷桩进行地基加固，以提升地基承载力，减少不均匀沉降，旋喷桩桩径60 cm，其钻孔直径为75 mm，间距2 m梅花状布设桩位，桩长12 m。

5.2.2 抗滑桩

根据计算下滑力及地质情况，K136+193～K136+285,K136+420～K136+460段填方边坡坡脚设全埋式圆形抗滑桩进行支挡，桩径1.5 m，间距5 m，共28根，桩长设15 m～20 m长，抗滑桩桩顶设冠。

5.3 稳定性分析

为了更加全面的体现经治理后路基坡面的稳定性，对处治后坡面再进行稳定性计算，定量分析，客观比较处治效果。土体参数同表1，采用块体极限平衡法，计算结果如表3所示。

表3 蠕滑稳定性计算结果

计算结果表明:1)在没有抗滑桩时，路基仅在天然工况下，稳定系数大于1.0，处于稳定状态。2)抗滑桩治理后，三种工况下稳定系数都大于1.1，处于稳定状态。

6 结语

1)该病害区域上覆粉质黏土及人 工填筑土，空隙较大，为较好的透水层；下伏地基为中风化层含炭质泥岩、透水性差，为相对隔水层；强风化层风化裂隙及节理裂隙发育为相对含水层。土体在下渗地表水及地下水的浸泡下不断软化，强度不断降低，逐渐形成湿软地基。

2)该蠕滑区为填方路基蠕滑，位于具有斜坡的湿软地基之上，在其坡体自重、地下水位及降雨影响等因素共同作用下产生不均匀沉降、蠕滑，主要表现为地面开裂、路基不均匀沉降及涵洞开裂。

3)斜坡路基填筑有其特点、难点，特别当路段处于河谷地区时，成因独特、物质组成独特、工况更加复杂，极其容易出现地基不均匀沉降、路基失稳蠕滑甚至滑坡。治理这类病害除了防护支挡外，提高路基的承载力也特别重要，本文在分析病害机理的基础上采用抗滑桩+高压旋喷桩的方案可以为同类工程提供一定的经验指导，可对相近工况下病害进行针对性治理，使病害治理安全、经济，提高公路运营安全度。