公路路堑边坡冻融破坏机理分析及防治措施

2017-07-20

四川水泥 2017年6期

（四川路桥盛通建筑工程有限公司四川成都 610000）

公路路堑边坡冻融破坏机理分析及防治措施

赵静

（四川路桥盛通建筑工程有限公司四川成都 610000）

为了系统认识冰冻地区公路路堑边坡稳定性问题，结合G7京新高速集宁至呼和浩特段K131+110～K131+400处路堑边坡冻融滑塌的实际案例，对冰冻地区公路路堑边坡冻融破坏机理及防治措施进行了深入研究。研究表明：冻胀和融解作用是路堑边坡破坏的主要机理；地形条件和地质构造是路堑边坡冻融滑塌的先决条件；路堑边坡软弱结构层是冻融滑塌的重要因素；开挖爆破是路堑边坡冻融滑塌的人为因素；降雨是路堑边坡冻融滑塌的触发因素。采用刷坡卸载、支挡锚固防护、坡面防护、截排水工程等防治措施，能有效的防治冻融滑塌。

路堑边坡；冻融作用；防治措施

1 引言

G7高速公路集呼段地处内蒙古高原南部，总的地形特点为南低北高。地貌以中、低山丘陵为主，地貌类型为剥蚀丘陵山地、山间盆地、山前冲洪积区三大地貌类型。该路段水文地质条件较为复杂，主要分布有第四系松散层类孔隙水和基岩裂隙水两大类。

K131+110～K131+400路段左侧自然边坡坡度10°～15°，表层为碎石土、红粘土，中间为灰绿色泥岩，其下为全风化～强风化花岗片麻岩。该段路线以深挖路堑方式通过，左侧边坡原设计高约16米，分三级开挖。边坡坡率为1:1，平台宽度为2米。在开挖过程中，受附近爆破的影响，左侧边坡发生了较为明显得滑动变形，在经历一个严冬之后受冻融作用的影响下， K131+110～K131+400段左侧边坡出现了明显的坡体位移，坡顶张拉裂缝丛生（图1）且路堑边坡张拉裂缝已贯通（图2），最宽处约50cm。

图1 滑坡坡顶张拉裂缝

图2 已贯通的路堑边坡张拉裂缝

滑坡剪出口位于坡脚红粘土底层灰绿色泥岩薄夹层中，整体下错约10cm（图3），滑带物质呈软塑状（图4）

图3 滑坡前缘剪切出口

图4 滑带物质呈软塑状

滑坡西侧界有明显的挤压擦痕，滑坡前缘剪切出口有明显的鼓胀裂缝，因此可以判定此滑坡是典型的由冻融作用破坏引发的路堑边坡滑塌。

2.冻融作用下公路路堑边坡宏观破坏机理

冻融作用下路堑边坡的破坏主要以滑塌为主，其主要从以下几个方面进行阐述，如下：

（1）地心引力

在冻融作用下，边坡极易产生裂缝，边坡在地心引力作用下沿滑动面发生变形，致使滑坡发生。

（2）地理形态因素

边坡所处地理形态（地形状态、山体结构等）是决定边坡滑塌的一个重要基础因素，边坡的稳固性与山体坡度息息相关，坡度越大越容易滑塌。加之冻融和物理化学风化等影响，滑塌现象极易发生。

（3）岩土体特性

路堑边坡的冻融滑塌灾害通常发生在有软弱结构层的地方。这是因为在反复冻融作用下，岩土体会产生裂隙，随着裂隙的不断加大，路堑边坡发生冻融滑塌的可能性也更大。

（4）水压力

降雨形成的裂隙水压力以及第四系松散层类孔隙水和裂隙水产生的静水压力是路堑边坡冻融滑塌灾害产生的触发因素。沿裂隙下渗的地表水及地下水，产生静水压力使裂隙增大，使第四系松散堆积物颗粒之间的摩擦力减小，在含水量饱和或过饱和的情况下，促使路堑边坡的松散岩土体发生冻融滑塌。

（5）人为因素

公路施工过程中的爆破开挖往往造成路堑边坡岩土体的稳定性降低，过量的挖方和使用潜孔钻深孔大方量爆破施工，不但形成了相当多的高陡不稳定路堑边坡，还使原处于地表以下的岩土体软弱面在开挖后暴露于地表，由于地下水的渗出产生水动力或因渗水产生的冻胀力，均会破坏边坡岩土体导致滑塌。

3 路堑边坡冻融破坏的防治措施

针对G7京新高速公路集呼段K131+110～K131+400处路堑边坡在冻融破坏作用下形成滑塌的原因及实际情况。对该段治理主要治理工程措施是：上部刷方卸载+下部支挡锚固防护+坡面防护+截排水工程相结合的综合治理方案。

（1）上部刷方卸载

将一级坡坡高由原来的6m变更为8m，坡率为1:1，一级平台拓宽至3m，二、三级坡坡率由原来的1:1变更为1:2，坡高变更为8m，平台拓宽为2.5m，共卸载土石方约5.5万m³。

（2）下部支挡锚固工程

①、锚索索抗滑桩：在K131+125～K131+323段左侧一级平台（6m宽）上布置一排非开挖式抗滑桩，每个非开挖抗滑桩由22根微型桩集约组成，平面上呈矩形，桩长9m,桩头高出平台1.0m，共设置70根非开挖式抗滑桩。桩顶采用钢筋混凝土浇筑连接成一个系梁，系梁厚0.6m,每10m设置一道伸缩缝，缝宽20mm。

②、锚索地梁：在二、三级坡面上设置锚索地梁，地梁采用C25钢筋混凝土浇筑，截面尺寸0.6mX0.6m，长14.6m，共83道；每道锚索地梁上设2孔预应力锚索，锚索孔径130mm，倾角28°，每孔锚索由7根φS15.2高强度、低松弛钢绞线组成，长32m，锚固段长12m，锚固段锚固于稳定地层中。二级坡锚索地梁加固桩号为K131+110～K131+388，长278m，其中K131+110～K131+320段地梁间距为6m，K131+320～K131+388段地梁间距为4m。三级坡锚索地梁加固桩号为K131+125～K131+300，长175m，地梁间距为6m，地梁间种草绿化。

③、桩间设置M10浆砌片石挡墙，挡墙基础置于一级平台上，墙高1.5m，墙顶宽0.6m，墙底宽0.8m，墙背垂直，墙底每2m设置一排水孔，孔径90mm，桩号为K131+110～K131+322段。

（3）坡面的防护

一级坡面的坡面防护墙一般使用M10窗孔浆砌石，窗孔内采用干砌技术，滑坡产生的裂缝利用水泥填充，再对侧壁进行整体规划。

（4）截排水工程

①、滑坡后缘裂缝5m外稳定坡面设置截水沟，在一级坡、二级坡、三级坡坡脚均设置排水沟。

②、在一级坡、二级坡、三级坡坡脚均设置一排仰斜排水孔，与水平面呈6 °仰角。孔位距坡脚0.8m，间距3m，长20m,孔径130mm。

由于大量的挖方工程可能存在一些工程隐患，因此在对该处防治采取动态设计施工。施工过程中在滑坡体上设置观测点，全过程监控测量，及时掌握滑坡变形发展动态，便于进一步完善防治措施。

（5）合理确定冻融滑塌防治措施

①、根据不同的坡度我们应该采用不同的防治方法，比如说低高度坡度我们可以运用刷坡卸载的技术手段，该技术的使用，不仅能减小坡度，更能极大的降低自重效果，减小冻融坍塌的风险。并且该方法技术成熟、费用低、可靠性高，因此在低坡度情况下被广泛采用，但对于高坡度路段，单纯采用刷坡卸载技术是不科学的。

②、支挡锚固工程也是冻融滑塌防治的一种有效措施，该措施能大大提高高边坡的整体安全性，减小整体塌方的可能性。但该措施工程量较大，施工成本高，同时对技术也有一定的要求，所以该技术一般只在冻融滑塌灾害有整体性危险并且其他施工措施无法展开的路段。

③、坡面防护工程主要起保护坡面和加强稳定性的作用，防止风化和渗水等因素造成坡体松弛坍塌。坡面防护的主要措施是浆砌片石。具有工程费用低、施工简单、适用范围广的优点。常见于多级路堑边坡的治理。

④、截排水工程其目的在于拦截、旁引滑塌体范围外的地表水，避免地表水流入滑塌体范围内，或将滑塌体范围内的裂隙水及地表渗水尽快排除。是有效防治冻融滑塌灾害发生不可缺少的措施。