北安—黑河高速公路K176～K179段路基边坡综合整治

2011-08-15尚云飞

黑龙江交通科技 2011年12期

关键词：粘聚力摩擦角风化

尚云飞

(1.北黑高速公路建设指挥部;2.黑龙江省公路勘察设计院)

北安—黑河高速公路K176～K179段路基边坡综合整治

尚云飞1，2

(1.北黑高速公路建设指挥部;2.黑龙江省公路勘察设计院)

北安—黑河高速公路K176～K179段路基边坡处于古滑坡地貌中，详细的现场勘察和反复的边坡稳定分析表明，该段路基拓宽后基本稳定。路基边坡中的全风化砂岩层和全风化泥岩层的物理和力学性能、地下水和地表水，以及不合理的开挖和填筑是诱发路基边坡失稳的主要原因。针对K176+615～K176+750，K177+165～K177+250、K177+490～K177+600和K178+934～K179+150四段路基边坡，考虑每一段路基边坡不同的工程地质水文地质特征、地层的物理力学性质，提出了不同的整治方法，为黑龙江省边坡整治积累了宝贵的经验。

高速公路;路基边坡;处理措施

1 概述

北安—黑河高速公路K176～K179段为低山丘陵区，地貌上属于第三系孙吴组台地，且冲沟发育，山坡中部和下部可见醉汉林和马刀树。2001年年初，在北安—黑河公路路基修建时，发生大面积滑坡，经几个月的发展，该段滑坡形成近400 m长路基下滑塌陷，最严重处路基仅剩4 m宽，沉降超过1 m，所路过山体也发现有许多地表裂缝，使路基已经处于不稳定状态，滑坡滑体土方量超过30万m3，迫使道路改线绕行。

随着区域经济的发展，北安—黑河公路拓宽改造K176～K179段途径古滑坡区域，因此，为了保障公路的安全修建和运营，有必要对其进行地质灾害勘察和边坡稳定性评价，采取有效防治措施以避免滑坡的发生。

2 工程地质特征

该段主要地层为上白垩系嫩江组(K2n)，其上被第三系孙吴组(N1－2s)和第四系(Q)不整合覆盖，详细如下。

(1)上白垩系嫩江组。出露于山坡的中部和较低处，局部也在山脊出露，呈北东—北东东向展布，地层倾角10°～25°，其岩性主要为深灰色、黑灰色泥岩，灰色粉砂岩与含砾粗砂岩，灰绿色泥岩，黄褐色含砾的砂岩等。其岩性特征分述如下，①黑灰色泥岩:层状构造，强风化，呈小碎片状、碎块状;②黄白色砂质泥岩:上部有粉砂质泥岩夹层，下部发育岛状，透镜状粉砂岩，强风化，呈土状、散砂状;③黄白色细(粉)砂岩:层状构造，强风化，呈碎块状、散砂状;④浅灰色、灰色泥岩:局部夹透镜状，岛状粉砂岩，层状构造，强风化，呈土状、散砂状;⑤浅绿灰色含砾砂质泥岩:强风化，较坚硬，局部呈土状;⑥黄灰色细砂岩夹粗砂岩:层状构造、稍具胶结，含铁质结核，强风化，呈密实砂状;⑦含砾粗砂岩:具球状强风化，层状构造，稍具胶结，呈密实砂状。

(2)第三系中—上更新统孙吴组。主要分布于山脊及山脚等较高处，呈盖帽状不整合覆盖在上白垩统嫩江组之上。该组岩性主要为半胶结的砾岩、砂砾岩、砂岩、含铁质砂砾岩。多呈北北东—北东向展布，倾角多小于10°。发育较简单，且极为松散，地层分述如下，①砂岩为主夹薄层砾岩:黄白色，具铁质胶结，强风化、呈较松散砂状;②砾岩:褐、褐红色，强风化、呈稍密砂砾状，成分复杂，见少量植物碎片，不整合接触。

(3)第四系全新统现代河床低河漫滩相冲(堆)积层。主要分布于山前堆积扇、山前洼地内;其物质组成主要为松散砂、砾(卵石)、粘土等;砾(卵)石磨圆较好，分选差，砂为中粗砂。

3 水文地质条件

该路段地下水丰富，地下水位埋藏较浅，丰水期稳定地下水位可达路基顶面下1 m。含水层岩性主要为全风化砂岩，为第四系孔隙潜水，主要来自大气降水和春融期上游冰雪融水的补给，例如K178+934～K179+150。而且，局部路段可见承压水，如K178+500～K178+550。此外，地表水主要来自于大气降水和降雪，受季节影响大。

4 边坡失稳主要原因

4.1 岩土材料因素

组成边坡的岩土材料的物理和力学性质是边坡失稳的本质原因。现场调查表明:该路段拓宽侧地层主要岩性为全风化砂岩和全风化泥岩，其风化程度较高，原岩结构和构造已经消失，室内剪切试验表明，其原状土样抗剪强度指标较低。

4.2 水的因素

水是诱发该段边坡失稳的最主要外在因素。一方面，在地表水的冲刷下，大量物质被带走，使得边坡冲沟发育，如K176+615～K176+750和K178+934～K179+150;另一方面，由于地下水位较高，而且地下水坡降大，在动水压力的作用下，路基内细颗粒被带走，因而导致路基外侧的垮塌(如K178+500～K178+550)和路基横向裂缝的产生(如K178+934～K179+150)。

4.3 人为因素

人为因素是边坡失稳的又一外在因素。现有公路已经破坏该段山体原有的平衡状态，加之旧路的扩建改造，路基的不合理开挖和填筑一方面扰动了原有的应力平衡状态，另一方面，在水的诱发作用下，也有可能诱发新的滑坡产生。

5 路基边坡处理措施

5.1 K176+615～K176+750段

该段路基边坡全长135 m，最大高差为8.0 m。拓宽侧地层由浅至深依次为填筑土、粉质粘土、全风化泥岩和全风化砂岩，其岩土特性分述如下。

填筑土:为北黑公路修筑时废弃土方堆积体;

粉质粘土:最大厚度可达2.9 m，天然含水量为23.7% ～26.9%，内摩擦角为18.0°～30.0°，粘聚力为28.1 ～35.5 kPa;

全风化泥岩:厚度最大为4.7 m，天然含水量为35.6% ～47.8%，内摩擦角为12.8°～16.6°，粘聚力为35.5 ～40.2 kPa;

全风化砂岩:厚度为9.7～12.7 m，天然含水量为20.5% ～31.7%，内摩擦角为15.6°～21.9°，粘聚力为38.5 ～47.2 kPa。

取最不利路基断面进行边坡稳定性计算，采用强度折减有限元方法计算其边坡安全系数为1.54，满足工程的安全储备要求，因此对该处边坡处理的原则为清除弃方，加强排水。具体措施为首先清除现有路基边坡左侧填筑土，新老路基的结合部位采用台阶拼接，基底采用碎石换填，厚度为1.5 m;路基坡脚设置浆砌片石重力式挡土墙，墙顶宽1.5 m，墙长 15 m，墙面坡率为1∶0.2，墙背坡率为1∶0.25，各墙之间设计2 cm沉降缝;墙内设置两排直径为75 mm的PVC排水管，立面上呈品字形，排水管水平间距为3 m;挡土墙基底采用碎石换填，考虑到季节冻融的影响，挡墙基底埋深为2.5 m;新路基采用碎石土填筑;同时，为了防止坡面冲刷，坡面设置拱形骨架植被防护。

5.2 K177+165～K177+250段

该段路基边坡全长85 m，最大高差为13.3 m。拓宽侧地层由浅至深依次为全风化砂岩和全风化泥岩，其岩土特性分述如下。

全风化砂岩:厚度为4.5～10.3 m，原岩呈强风化，无法取原状试样，其强度参数参考K176+615～K176+750段选取;

全风化泥岩:厚度大于6.8 m，天然含水量为23.3% ～36.5%，内摩擦角为16.6°～21.9°，粘聚力为42.0 ～50.8 kPa。

取最不利路基断面进行边坡稳定性计算，采用强度折减有限元方法计算其边坡安全系数为1.24，满足工程的安全储备要求，因此对该处边坡处理的原则为清除地表残土，并加强排水。具体措施为首先清除现有路基边坡左侧地表残土，新老路基的结合部位采用台阶拼接，基底采用碎石换填，厚度为1.5 m;当路基边坡高度大于6 m时，设置一个平台，平台宽度为2.0 m，表面采用浆砌片石防护;路基坡脚设置浆砌片石重力式挡土墙，挡墙尺寸、排水方式和坡面防护同K176+615～K176+750段。

5.3 K177+490～K177+600段

该段路基边坡全长110 m，最大高差为12.6 m。拓宽侧地层由浅至深依次为全风化砂岩和全风化泥岩，其岩土特性分述如下。

全风化砂岩:厚度为2.2～6.3 m，原岩呈强风化，无法取原状试样，其强度参数参考K176+615～K176+750段选取;

全风化泥岩:厚度为9.8～14.5 m，天然含水量为24.9% ～37.7%，内摩擦角为14.7°～18.4°，粘聚力为36.8 ～45.5 kPa。

取最不利路基断面进行边坡稳定性计算，采用采用强度折减有限元方法计算该处边坡安全系数为1.23。路基边坡处理措施同K177+165～K177+250，但在施工中，该段新路基顶面出现裂缝，为了保障安全运营，K177+490～K177+560设置抗滑桩。其中，抗滑桩为直径2.4 m的圆桩，桩长为21 m，间距4 m，共18根桩。采用机械钻孔桩，施工时隔两孔进行(即按 1、4、7、10、13、16、2、5、8、11、14、17、3、6、9、12、15、18的顺序进行)，且等前一孔混凝土浇筑完工后才进行下一孔的施工。抗滑桩钻孔时应设置护壁和锁口盘，桩顶设置2.0 m×2.0 m横系梁，6根桩为一组，两组之间设置一条伸缩缝，缝宽20 mm。

5.4 K178+934～K179+150段

该段路基边坡全长216 m，最大高差为17.2 m。拓宽侧地层由浅至深依次为填筑土、粉质粘土、全风化泥岩和全风化砂岩，其岩土特性分述如下。

填筑土:为北黑公路修筑时废弃土方堆积体;

粉质粘土:厚度为 1.3～3.4 m，天然含水量为 25.3% ～29.6%，内摩擦角为10.1°～19.6°，粘聚力为17.8 ～26.6 kPa;

全风化泥岩:厚度为7.5～11.4 m，天然含水量为29.2% ～52.1%，内摩擦角为9.0°～17.5°，粘聚力为28.0 ～45.5 kPa;

全风化砂岩:厚度为2.3～15.2 m，天然含水量为12.6% ～36.1%，内摩擦角为12.8°～18.4°，粘聚力为35.0 ～45.5 kPa。

取最不利路基断面进行边坡稳定性计算，采用强度折减有限元方法计算该处边坡安全系数为1.20，其处于临界状态，加之该段水文地质条件复杂，为了防止路基边坡失稳，因此设置路堤抗滑桩。具体措施为首先清除现有路基左侧填筑土，采用分级开挖台阶，基底采用碎石换填，厚1.5 m;整个边坡共设置两阶，上阶设计坡高为6 m，下阶高度根据现场拓宽路基高度而变化，施工时完成下阶填筑后，开始抗滑桩的施工;其中 K178+934～K179+018和 K179+098～K179+150抗滑桩为直径1.5 m的圆桩，桩间距4.0 m，设计桩长分别为12 m和15 m，顶设置1.2 m×1.2 m的横系梁;K179+018～K179+098抗滑桩为直径1.8 m的圆桩，桩间距4.0 m，设计桩长分别为18 m和21 m，桩顶设置1.5 m×1.5 m的横系梁。此外，为了路基右侧加强排水，在K178+800～K179+200右侧设置浆砌片石汇水区，并由路基涵洞排至路基左侧下游。