软基填方路段稳定性评价及处治建议

胡兴尧 袁 奇 刘 黔 秦 龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

拟建的遵义至余庆高速公路位于贵州省遵义市境内，属于《贵州省高速公路网规划(加密规划)》，是《贵州省交通运输“十三五”发展规划》重点实施项目，起点接已建的余安高速，终点接在建的遵义西南环，其间与已建的道瓮高速连接。地处贵州黔北山地，地势总体西北高、东南低。项目区域处于黔中东西构造带的北缘、川黔南北向构造带、北北东向构造带和北东向构造带的交汇复合地带。构造形迹主要为北东向构造体系，根据构造的形成时期，划分为南北向、新华夏系、华夏系构造体系。区域海拔在630～900 m。山体呈脊状及锥状，切割深度250～400 m不等，山坡坡度一般20°～45°，风化作用较强烈。区域属亚热带温和湿润气候区，年平均气温14.9 ℃，年平均降水量1 141.3 mm。

1 工程地质条件

GK0+130-GK0+350填方路基位于遵义至余庆高速公路第1合同段余庆枢纽。根据野外地质调绘，该填方为小范围汇水沟谷，上覆3～6 m松散粉质黏土，填方路段下伏基岩小桩号一侧为前震旦系上板溪群清水江组(Ptbnbq)变余凝灰岩，产状位295°∠28°、大桩号一侧为下第三系(E)砂砾岩，产状为75°∠15°，填方路基上部为前震旦系上板溪群清水江组(Ptbnbq)变余凝灰岩、下部为下第三系(E)砂砾岩。由于地层岩性分界线贯穿填方路基，该填方地下水较为发育，沟底局部软塑状粉质黏土，填方路基典型工程地质剖面见图1。

图1 填方路基工程地质剖面图

2 稳定性评价

2.1 定性评价

根据填方路段地貌形态、工程地质条件、水文地质条件，气象条件等因素综合考虑，该填方路基中心最大填高为GK0+280断面，中心填高为24.71 m，最大边坡高度为38.12 m。该斜坡现阶段整体稳定较好，在一定的降雨作用下边坡能保持自稳。但是进行路基填筑施工后，由于地层分界带存在地下水出露，坡体地表水发育，填方路基下部存在较厚的软塑状粉质黏土，斜坡覆盖层由可～软塑黏土组成，土体抗剪强度低，在巨大的填筑体作用下，路基直接填筑加载，加之排水不畅极易发生侧向滑移，填方体易沿下部土体和岩土界面产生剪切滑移破坏，对高速公路的安全运营造成威胁[1]。

2.2 定量评价

2.2.1土性参数选取

填方路堤边坡由上到下分别为填料、松散坡积土、强风化变余凝灰岩及中风化变余凝灰岩、强风化砂砾岩及中风化砂砾岩。根据地质调绘、钻探及岩土体物理力学试验，结合工程类比[2]及相关规范，将潜在滑动面全部滑带土取值。岩土体参数见表1。

表1 岩土体参数选取

2.2.2稳定性计算

由JTG D30-2015 《公路路基设计规范》[3]可知，可采用简化Bishop法对路基和地基的整体稳定性进行分析计算，根据原有土性、填料性质、填方高度，确定剪入剪出口，搜索得到3条潜在滑动面，计算简图见图2。

图2 填方路基整体稳定性系数计算图

稳定系性数Fs由式(1)求得。

(1)

式中：Fs为路堤稳定系数；bi为第i个土条宽度，m；αi为第i个土条底滑面的倾角，(°)；ci为第i个土条滑弧所在土层的黏聚力，kPa；φi为第i个土条滑弧所在土层的内摩擦角，(°)；mαi为系数；Wi为第i个土条重力，kN；Qi为第i个土条垂直方向外力，kN。

路堤和地基的整体稳定性分析考虑了正常工况(天然状态)和正常暴雨或连续降雨状态工况I，路堤在原地表直接填筑的基础上进行的稳定性计算结果见表2。

表2 典型断面稳定性计算结果

由表2可见，在正常工况条件下，3个潜在的滑动面正常工况下的安全系数分别为1.159，1.116及1.168；非正常工况I的安全系数分别为1.003，0.985及1.012。根据JTG D30-2015 《公路路基设计规范》[2](以下简称《规范》)要求。二级及二级以上公路的高路堤与陡坡路堤稳定安全系数在正常工况下必须不小于1.3，在非正常工况I必须不小于1.2。依据《规范》要求，GK0+130-GK0+350填方高路堤是不安全的。

2.2.3剩余下滑力计算

根据2.2.2中3个潜在的滑动面在正常工况及非正常工况I下的安全系数对比发现，Fs2安全系数最小，因此，为确定支挡防护设计依据，选取Fs2滑面作为剩余下滑力及支挡防护设计依据。

剩余下滑力计算采用《规范》推荐的传递系数法，忽略滑块间变形、不考虑滑块键拉张，稳定性计算的基本参数见表3，根据潜在滑动面Fs2进行剩余下滑力计算，利用条分法分为19块进行计算，得到填方路基剩余下滑力曲线见图4。

表3 剩余下滑力计算基本参数

图3 剩余下滑力曲线

由图3可见，在距离剪入口约40 m处，稳定性剩余下滑力计算得到Fs2滑面最大剩余下滑力为1 420.39 kN/m，在剪出口处，剩余下滑力为982.11 kN/m。因此，根据《规范》，剩余下滑力较大，建议采取抗滑支挡措施。

3 处治建议

根据稳定性定量分析计算，填方体填筑之后，边坡处于极限平衡状态，最大剩余下滑力为1 420.39 kN/m，剩余下滑力过大，不利于填方边坡稳定。因此，建议对填方边坡进行以下的处治措施：

1) 清表工程。清除填方体下部的软塑状粉质黏土，开挖台阶，填筑透水性材料。

2) 排水工程。填方体基底为变余凝灰岩及砂砾岩，地层交界带具有地下水出露，建议采用地表排水沟与地下盲沟相结合的截排水措施，盲沟中心透水管增大，在填方路基两侧设置排水沟，避免地形汇水渗入填筑体，使填筑体含水量增大[4]。

3) 抗滑桩支挡。从剩余下滑力曲线对比可以看出，剩余下滑力最大达到1 420.39 kN/m，因此建议选择抗滑桩作为本段填方路基的处治方案[6]。

4 结论

1) 填方体为地层交界带，地下水出露，坡体地表水发育，填方路基下部存在较厚的软塑状粉质黏土，斜坡覆盖层由可～软塑黏土组成，土体抗剪强度低，填方体易沿下部土体和岩土界面产生剪切滑移破坏。

2) 采用简化Bishop法对路基和地基的整体稳定性进行分析计算，搜索得到3条潜在滑动面，路基均处于极限平衡状态。在正常暴雨或连续降雨状态下，填方路基欠稳定。对潜在滑动面Fs2进行剩余下滑力计算，最大剩余下滑力为1 420.39 kN/m。

3)根据稳定性定量分析计算，建议采取清表填筑透水性材料、地表地下截排水相结合、抗滑桩支挡的综合处治措施。