“成都粘土”路堑垮塌原因分析及处理方法探讨

李 星

(湖南省桂武高速公路建设开发有限公司，湖南郴州 424400)

0 前言

正在建设的成安渝高速公路，起于成都市南，途中经过成都市的龙泉驿、简阳、资阳乐至、安岳，东南与重庆市接壤，是连接成都、重庆两座西部特大城市里程最短、线路最优的陆路主通道之一;全长251.427 km，全线设计速度100 km/h，双向六车道，路基宽33.5 m，全为沥青混凝土路面，建成后将是四川省最宽的一条出川高速公路。其中，四川段全长 173.4 km，成 都 段 全 长 20.6 km，重 庆 段57.427 km。

该路在建设中，在路堑开挖后近1 a的时间内，有多处路堑边坡发生垮塌。从外观上看，垮塌的路堑边坡基本与开挖的坡率、边坡开挖高度无关，而与路堑上边的植被植物根系发达程度有关。例如:在k163+780～+860处，开挖高度不足8 m，山体自然坡度＜30°，在一场大雨过后就垮塌了，而且这种垮塌还是分级的，在有树木稠密的位置边缘就停止垮塌，没有树木的位置的地表土形成流塑状，时刻都有再继续垮塌的趋势。见图1。

图1 边坡垮塌示意图

尤其对于已经修整成型的高路堑边坡，这种垮塌所造成的修复经济损失是很大的，如扩大了公路边线范围，征地手续很麻烦;机械操作难度大;还要占用大量的人工、材料、设备，工期也跟着拖延等。

1 调查取样试验

为此，对全线的路堑边坡进行了勘察统计，再观察这些土壤。这种土在经过若干个晴天之后，水分蒸发，外表相当尖锐，甚至还可以伤及人的皮肤。从外观判断，该土具有较大的吸水性，而后显著软化，失水后显著收缩特性，表面硬化。通过对多段垮塌地段的土样取样分析以及查阅一些参考文献，这里的主要不利基本因素是:存在有“成都粘土”，“石膏土”，地下水，裂隙水等综合因素造成。晚更新世鲜黄色冰水粘土称为“成都粘土”。

通过实验数据表明，成都粘土的粘粒含量都高于50%，有个别段最高达65%。粘土的矿物质以伊利石和高岭土为主，约占66% ～95%，含有少量的蒙脱石(约占5% ～15%)及蒙脱石-伊利石混层物。少量地段含有不同程度的游离铁Fe2O3，由于铁含量不均，有构成团粒团块结构胶结体。成都粘土的天然含水率在21.0% ～24.8%，天然孔隙比在0.61～0.72之间。这些促使和抑制土体胀缩性因素共同作用使土的胀缩性不强。而另一方面由于不同试件所受上述各因素的影响程度不同，所以表现出不同的胀缩特点，实验数据点比较分散。物理指标:筛分后 2 ～0.05 mm 砂，占 2.5% ～6.0%;0.05～0.005 mm 粉，占 32% ～39.7%;＜0.005 mm 粘粒，占 51.6% ～62.3%;＜0.002 mm 胶粒，占49.0% ～55.7%。膨胀率:垂直水平面 1.05% ～2.7%，平行水平面0.45% ～2.2%。膨胀力:垂直水平面 11.6 ～60.0 kPa，平行水平面 0.45 ～2.2 kPa。自由膨胀率:35% ～71%。收缩率:线收缩 1.60% ～5.74%，径收缩 2.10% ～5.74%，体收缩 5.70% ～16.4%。液限:34.3% ～54.3%，塑性:18.2% ～26.8%。

通过另一方面调查，在附近历史上修建的东风水渠，成渝铁路，边坡为1∶1.25仍发生大量塑性溜滑。成渝铁路龙潭寺至洪安乡段路堑边坡采取1∶1.75～1∶2.0仍发生坍塌现象。全国著名的“狮子山滑坡”发育的初期阶段—塑性溜滑也发生在“成都粘土”内。此类坍滑，滑床一般不深且不明显，沿壁高1～3 m。究其原因当以“冰川泥”为主要物质来源致使“成都粘土”粘粒含量高达50%以上。以及从水成环境沉积后因失水收缩而生成的大量原生裂隙也是造成本层工程地质问题的根本因素。其中沿原生裂面水解作用生成的灰白色粘土条带中的粘粒含量增加(由棕黄色粘土之 49.9%，增至55.5%)，及粘土矿物水云母增加使“成都粘土”的亲水性更好，遇水更易崩解软化。原生裂隙的发育给次生水解作用提供了有利条件。因此“成都粘土”的工程地质特性与其成因是密切相关的。还有，中更新世棕红色砂质粘土及强风化泥砾层的下部，其工程地质性质，往往还不如“成都粘土”，一旦开挖边坡，则易造成滑坡。

分析其原因有二:一是泥砾层呈强风化状，其力学强度大大降低，再加上地下水潜蚀作用等因素，土层很容易液化，造成了此类滑坡的发生条件;二是深部粘土层多长期处在地下水潜水面以下并遭受强烈的水解作用，此粘土层因本身沉积的年代要早，遭受水解作用的程度要比“成都粘土”完全得多，致使白色粘土条带较“成都粘土”发育，甚而局部成为灰白色粘土层，故其工程地质条件亦比“成都粘土”更差。

针对此类土的性质，总结了成都粘土遇水的外观特性变化规律:开挖(裸露土层)→遇水(下雨)开始膨胀液化，位移→晴天太阳暴晒，局部产生收缩开裂松动→再次遇水，裂缝进水→开始崩裂。这里的成都粘土一般分布在表层3～10 m左右，对治理方面带来一定方便。

2 解决方法探讨

对于成都粘土这些特性，采取疏、减、堵、防措施进行处理。

1)疏:采取两种方法对坡面水进行疏通，尽量缩短雨水在坡面停留的时间。

第一种，采取在坡面土层以下0.5～1 m处安置直径100 mm的软性渗水管，安装间距根据土层的颗粒含量进行合理的布距。对于微颗粒含量较高的地段，布距距离在2.5～4 m;对于微颗粒含量较低的地段，布距距离在4～6 m。在个别有泉眼的地层，不受限制，另加安置。对于垂直层数安装:一级坡一般只安装一层，两级或两级以上，由于只考虑排除雨水，也只考虑两层，而且也只考虑最底一级安装两层。两层之间在平面投影内相互错开，层间高差在1～1.5 m之间，这样效果会更好。埋设软性渗水管采用潜孔钻机打向上的斜孔，孔的向上坡度大于6%，孔深超出坡面水平投影3～5 m，或者直接接截水沟。见图2。

图2 边坡排水示意图

第二种，采取在坡面挖支撑渗沟的办法。即在已经开挖的坡面人工开挖顺坡面开挖排水沟，沟宽0.5 m，沟深0.8 m，间距也是根据土层微颗粒含量确定，3～5 m，5～7 m两种间距。当沟挖好之后，垫上高渗透的土工布，之后在沟里填充同等粒径(范围在1～3 cm)的卵石或者碎石(注意一定要是同粒径)，当填充完石头后，将高渗透土工布两边相互折合搭接，在其上面覆上15 cm土层，以利挂网植草美化。见图3。

图3 边坡防坍塌排水示意图

2)减:对于已经成型的坡面垮塌，首先只能去除垮塌的土石，减轻坡面荷载。对于线外情况，尽量去除有垮塌趋势的土堆。之后重新进行坡面整理，残缺的部分进行人工整理，挖出排水沟，或者埋置软性渗水管，疏通延续排水，然后用碎石填充，用根植土盖面，植草美化。

3)堵:对于存在有垮塌的趋势或者已经垮塌的坡面，如果自然坡度很缓，证明土质的膨胀系数很大，当自然的坡度平衡遭到破坏后就在凌空面上垮塌，这时，只要稳住自然坡脚的开挖点，就会有所改观。所以，采用在开挖点的凌空面脚底设置高度＜2.5 m重力式矮挡墙，挡墙的一面是路基排水边沟，一边是垮塌的边坡，整理好边坡，挡墙预留排水管。对于比较高的边坡，还可以考虑去除垮塌土石方后，埋设软性渗水管，边坡表面进行三维网植草，与挡墙联合作用(稳住坡脚和坡面排水)。见图4。

图4 边坡排水稳定综合处理示意图

4)防:有部分人总存在侥幸心理，当看到没垮塌的边坡后，总想不会再有垮塌了，但往往在你不注意的时候又有新的垮塌地段发生。所以，在“防”方面，针对土工试验的结果，进行指导性地预防。对膨胀性比较大的地段，采取经常性的仪器观测，尤其在大雨来临之前，进行详细检测，提前做好预防。另外，在路堑边坡垮塌处理的地段，将坡面进行三维网、镀锌铁丝网、客土喷播植草等方法防护，坡面保土流失。

3 结语

通过用这些方法对几个垮塌很严重地段的综合处理，虽然在投入上多花了一点钱，但相比如果继续垮塌，其损失会更大，而且建设工期不容许，扩征土地更难。如果在通车之后有垮塌现象，处理起来就会更难，损失更大。通过几次大的雨季观测检验，修复地段垮塌现象基本没发生，下一步继续推广这些方法。

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