某高速膨胀土路基稳定性评价及整治措施探讨

胡俊波 李方明

(四川省乐山圣达水利水电有限责任公司，四川乐山 614000)

1 工程概况

南部—成都高速公路K124+870 m～K124+980 m段路堑坍塌范围:K124+900左侧人工边坡处，长度约10.00 m～12.00 m，宽约8 m ～10 m，面积约99 m2，滑体平均厚度约3.0 m ～4.0 m，体积约376 m3;K124+940左侧人工边坡处，长度约24.00 m～26.00 m，宽约18 m～20 m，面积约475 m2，滑体平均厚度约4.0 m～6.0 m，体积约2 375 m3，另外在K124+850左侧还发现另一滑坡。右侧人工边坡也发生垮塌、滑移现象，其主要垮塌点也呈两处，共同组成一个垮、滑区，整体范围长约12.00 m～14.00 m，宽约40 m～42 m，面积约 533 m2，滑体平均厚度约 6.0 m ～ 6.5 m，体积约3 465 m3;上述滑坡均属小型土体滑坡。滑坡后缘横向呈坎状，一般坎高约0.5 m～1.5 m不等，纵向呈弧状，地表近后缘见多条拉裂隙，前缘剪出口为人工边坡坡脚。

2 垮塌、滑移成因分析

从地面调查及钻孔揭露地质条件看，路堑区两侧人工边坡开挖坡降比约1∶(1.20～1.25)，主要垮塌段位于路堑区微冲沟地段，人工边坡坡体为粉质粘土及粘土组成，属土质边坡。因该段地处微冲沟地段，大气降水及坡面地表水体主要向微冲沟低洼地排泄，现向路堑开挖两侧坡底汇聚排泄，同时由于坡顶地表长期有地表水体(稻田水、水塘水)汇集，以及向土层缓慢渗透;而土体主要为相对隔水的粘性土分布，且具有遇水膨胀的特性，在地表水长期渗透下，土层中含水量相对较高，局部形成不同水面的地下水滞水带，形成不同的软化面，据土工试验成果，该区段土体抗剪强度相对较低，且变化较大(一般为C=13 kPa～33 kPa;φ=7.8°～15.7°)，故土体边坡坡体自稳定性相对较差。垮塌区地段左侧斜坡坡顶稻田区有三条排水水渠流向人工坡面，使该地段土体抗剪性质进一步变差，左侧则为水塘，且水塘临坡面堤坝为新近堆积，稳定性较差，施工期间坡面截、排水设施尚未完善。在遇到持续暴雨的作用(2011年7月～8月期间，遭遇特大暴雨袭击，降雨强度大，持续时间长)，在地表水体强冲刷及地表水下渗软化土体共同作用下，引起人工边坡土体沿不同的受力面产生坍塌、滑移现象。

从上述现象分析。K124+870 m～K124+980 m段路堑产生变形的主要原因是:该段路堑地处微冲沟地段，且为小区域的汇水地段，而该路堑段横切微冲沟，使路堑区局部原地应力平衡被打破，路堑段原土体抗滑阻力消失，两侧人工边坡为应力重点释放地段，两侧边坡下滑作用加大，斜坡土体产生了不同的受力面;而两侧地表为主要汇水地段，现为稻田、水塘区，地表水体较丰，受地表水体长期入渗影响，土体中粘性土含水量较高，粘性土遇水膨胀，其抗剪强度较低，而下部主要为结构不均匀粘土，具隔水性质较强、变化较大，易形成不同水面的上层滞水，软化土体，使局部土体抗剪强度进一步降低;综上所述，该路堑段土体间在不良工况下力学平衡易被破坏，从而诱发土体蠕动、滑移变形，导致斜坡坡面拉裂、垮塌、滑移。

3 垮塌、滑移区的稳定性评价

3.1 滑面(滑带)的确定

从钻探揭露及地面调查情况来看，该区段上部土体主要为粉质粘土，受地表水体的影响，含水量相对较高，主要为软塑状;中下部主要为粘土，一般呈可塑状，局部硬塑，因具较强的隔水性质，易形成不同的上层滞水带，在土体中易形成不同的软化面(土体呈软塑及流塑)，且不均匀分布，同时减小了土体的抗剪强度，使中下部形成不同的潜在滑面。因此分析评价时将含水率偏高的软塑状粘土(或具扰动痕迹的土体)作为滑面(带)，其下部可塑状粘土作为滑床。

3.2 滑带土指标参数的选用

根据土工试验成果统计资料，在计算时建议滑体土天然重度采取 19.5 kN/m3。

滑带土抗剪强度取值:因土体含水率高，多呈软塑状，利用残剪强度试验成果指标，成果统计:C=11 kPa～14 kPa，平均12.5 kPa;φ=6.2°～8.5°，平均 7.4°。利用人工边坡稳定系数反算抗剪强度指标C，φ值。

据访问:两侧人工边坡开挖基本成形后，斜坡坡体处于基本稳定阶段，坡体未见变形、开裂等现象，在多次暴雨作用下人工边坡发生垮塌现象，故根据该段路堑开挖后K124+940(3—3')横剖面左右两侧实际开挖斜坡反算抗剪强度成果，在反算时，滑带土:天然重度采取19.5 kN/m3，饱和状态重度取 20.5 kN/m3，滑面呈圆弧状，按拆线法反算成果。滑带土抗剪强度取值:土体含水率高，多呈软塑状，按快剪强度试验成果指标试算:天然状态C=12 kPa;φ=6.5°;饱和状态:C=8 kPa;φ=6°。

3.3 路堑段垮塌区稳定性评价及滑坡剩余下滑力计算

现场调绘情况分析，路堑区人工边坡垮塌的主要原因是，斜坡主要为粘性土组成，其土体含水量较高，抗剪强度较低，地形、地貌处于易受不良工况影响地段，在遇持续降雨(暴雨)冲刷作用下，引起公路路基两侧斜坡土体产生推移式滑坡。

根据土体取芯室内土工试验成果数据，以及斜坡稳定性反算成果，综合分析，建议自然状态下斜坡土体按潜在滑面抗剪强度指标:天然状态快剪 C=12 kPa，φ=6.5°;饱和状态残剪 C=8 kPa，φ=6°进行现状稳定性计算。

根据地面调查综合取3—3'剖面分左右两侧分别对滑坡堆积体在自然条件下及不良工况下试算:

按快剪指标平均值取 C=12.0 kPa，φ=6.5°进行稳定性试算，计算得到稳定性系数分别为:左侧现坡面3—3'剖面(左右侧)，K=1.18;左侧现坡面 3—3'剖面(左、右侧)，K=1.85 ～4.60;处于稳定状态，与现分析状态结论基本相符。而暴雨工况条件下假定滑带土处于饱和状态按残剪指标平均值取C=8.0 kPa，φ=6.0°进行稳定性计算，计算得到稳定性系数 K=1.36～3.39;表明在暴雨工况条件下垮、滑区处于稳定状态，与现坡面状态上述分析结论基本相符。

各种工况条件下假设安全系数 K值分别取1.05，1.10，1.15，1.20，1.25时对剖面各块段不同的剩余下滑力计算，见表1。

表1 不同安全系数情况下剩余下滑力

3.4 工程荷载条件下滑坡堆积体评价

勘察路堑段上下两端见K1c地层粉砂质泥岩出露，中段主要为坡洪积堆积粘性土。两侧人工边坡主要地处微冲沟地段，受地表水影响，中段土体含水量较高，抗剪强度较低，且沿微冲沟基岩面呈倾斜状，其坡角约30°～35°，使地下水向路堑区汇聚，而地表主要为稻田、水塘区，长年地表水体较丰富，长年入渗对斜坡土体稳定影响较大，故斜坡土体抗阻力变化较大，因此线路通过该地段需重点考虑不良工况对斜坡的影响，应加强对人工边坡抗滑加固处理，处理方式可采用在路基两侧设置挡墙并设置好截、排水沟。

4 整治措施

据前述分析，建议治理方案如下:1)拦截和排泄地表水:在斜坡体后缘及路基两侧边界重新设置排水沟，疏通垮塌区后部及公路两侧的地表水，使地表水畅通的流经该区段，以避免地表水下渗流入斜坡土体中。2)永久支挡工程+坡面防护建议:处理方式可采用重力式挡墙支挡人工边坡地段，即在路堑两侧人工边坡坡脚设置挡墙工程支挡+坡面防护。挡墙构筑物基础宜进入基底中风化岩石中，具体应根据土体压力及抗倾覆要求计算确定，同时土体压力应充分考虑斜坡坡顶水塘水(稻田水)水体压力;坡面防护可采用锚杆框格梁+绿化措施或者采用浆砌卵石护坡方式，同时设置足够的泄水孔。施工过程中严禁大范围同时开挖，宜分段开挖分段支护，同时避免施工用水下渗软化土体，避免诱发新的滑坡的产生。3)支挡工程施工前，可先进行后缘及两侧边界坡体上的排水沟施工，排水工程应尽量减小对斜坡坡体的冲刷作用。4)支挡工程宜分段进行，并由该路堑两侧向中部延伸进行。5)支挡工程设计应充分考虑路堑段所处地形地貌条件及两侧地表为常畜水地段这一特定条件，同时充分考虑斜坡坡顶水压力变化较大，水塘地表水对斜体的压力影响因素等，并确保基础嵌入持力层设计深度，确保支挡构筑物满足抗滑及抗倾覆要求。6)从垮塌段稳定性验算成果表明，滑带土的抗剪强度指标受水的影响而降低，暴雨直接冲刷作用对人工边坡稳定性起着关键性的控制作用，因此建议对地表水进行合理的输、排，同时加强斜坡坡体表面的防渗工作，防止地表水下渗软化路基及土体，以利于路堑两侧斜坡的稳定。

［1］陈安惠.西安南京铁路膨胀土路基与构筑物的病害整治［J］.路基工程，2005(3):21-22.

［2］于鸿川，于 滨.冻土地区膨胀土(裂土)路堑边坡病害的整治［J］.铁道建筑，1998(11):69-70.

［3］李 杰.膨胀土路基病害防治［J］.铁道建筑，2002(2):34-36.