N2红黏土挖方路基处治方案探讨

刘军军，李 特

（1.山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012；2.山西省朔州高速公路有限责任公司，山西 朔州 036002）

第三系N2红黏土在晋西北地区广泛分布，大多位于第四系黄土层底部，在公路路堑开挖工程中经常出现，其边坡稳定性较差，土体剥落、局部坍塌等现象时有发生，如再伴随地下水出渗、降雨等不利条件，往往会导致边坡滑塌失稳等工程事故发生，对工程建设以及后期运营埋下了较大的隐患，而路面结构层易受N2红黏土胀缩影响，可能降低路面的使用寿命。本文结合实例，对渗水N2红黏土边坡及路床基底处治进行一些分析与探讨。

1 依托工程概述

某高速公路K66+960—K67+730段为深挖路堑，地处黄土丘陵区，微地貌以黄土缓坡、冲沟为主，该边坡最大挖深为46.87 m，路线两侧均为高边坡，原设计单级边坡坡率采用1∶0.75，每8 m高设立一级平台，第三级边坡平台宽为6 m，其余边坡平台均为2 m，边坡坡脚设2 m高护脚矮墙，上方采用植草防护。施工开挖至距设计标高6～8 m，K67+090—K67+200段边坡土层由第四系黄土渐变为第三系N2红黏土，边坡土体含水量增大，涌出地下水，与原设计地勘资料有较大出入，如继续按原设计开挖施工，边坡在地下水、及下挖扰动的影响下，易导致第三系N2红黏土和上部土层界面局部的坍塌、滑动，从而导致整体路堑高边坡失稳，因此需根据新出现的地质情况，对该边坡重新进行勘察，并进一步确定处治措施。

2 边坡渗水原因调查与分析

项目区位于黄土丘陵区，冲沟发育，据现场调查：附近冲沟大都干涸无水，个别沟谷沟槽底部有少量地表水，路线附近无泉水分布，综合分析路堑范围内地下水补给方式以大气降水入渗为主。据钻探和挖探揭示：地下水出水位置主要位于上第三系N2红黏土和第四系黄土之间，该区域土层孔隙、裂隙和虫孔发育，构成地下水联通道。根据现场观测地下水具微承压性，地下水承压水头约0.3～0.5 m。量测各个钻孔和探坑的地下水位，地下水稳定水位差异较大，位于路基设计标高以上0～7 m不等。通过现场抽水和水位恢复试验得知：临近探坑和钻孔地下水之间相互影响较小，表明该层地下水流动性不大，含水层为非稳定水层，地下水类型为上层滞水。综上，N2红黏土上覆第四系黄土层较厚，达30 m以上，黄土层透水性较好，大气降水长期下渗至N2红黏土层上部，由于N2红黏土隔水性极好，大量地下水汇集于此，开挖后，受水压力作用，沿层间渗出。

3 边坡地质概况及稳定性分析

路堑边坡主要由第四系（Q3、Q2）黄土和上第三系N2红黏土组成，属于厚层状土质边坡。土层沿路线方向呈弧形分布，垂直路线方向呈曲面分布。

现有边坡最大坡高46.87 m，边坡型式采用台阶式，共6级边坡，每级高8 m，第2～6级边坡及平台均已开挖，揭露边坡土层为（Q3eol、Q2al+pl）黄土，最下一级的边坡受渗水影响，仅小部分开挖，挖至N2al+pl红黏土与黄土层交界处，根据深挖边坡各观测点数据记录及现场观测，目前已开挖边坡处于稳定状态。

根据钻探资料，最下一级边坡土层主要为N2红黏土，出露高度在路基设计标高以上约1～6 m，呈可塑-坚硬，以硬塑为主，原状土强度较高，因其含蒙脱石、伊利石等亲水性黏土矿物，土体本身具有遇水膨胀、失水收缩的特征，在含水量变化下，土体自身易快速瓦解、快速破坏；土层界面处地下水渗出，上部黄土层遇水软化，强度降低，下伏红黏土在地下水频繁活动区域，胀缩也较为频繁，土体强度同样降低，因此土层界面处为边坡稳定性最薄弱区域[1]；随着边坡开挖，坡脚应力集中明显，剪应力增大，边坡易沿坡脚剪出破坏。综上，在地下水和继续下挖的条件下，易导致边坡土体剥落、滑塌等现象发生，进而影响边坡整体稳定性，因此第一级边坡稳定性较差，开挖后需及时进行封闭及支挡处理。

4 处治方案

根据稳定性分析及地下水特征，需从以下几方面进行防治。

4.1 防水

水无疑是N2红黏土胀缩最重要的因素，防止地表水及大气降水进入坡体，及时疏导地下水，尽量减少边坡N2红黏土含水量变化而导致胀缩变形[2]。

4.2 防风化

表层土体在N2风化作用下，干湿作用频繁，边坡浅层土体强度降低。

4.3 防边坡失稳

设支挡措施以确保边坡稳定性。具体处治措施如下：

a）根据现场情况，由于坡顶天桥已经局部施工，开挖受限，放缓边坡较为困难，边坡采用设路堑挡土墙方案，既可以对原有边坡进行支挡防护，保证其稳定性，也可对N2红黏土进行全封闭，防止其暴露空气中，受大气干湿作用影响，墙底埋设于冰冻线以下不小于25 cm。

b）边坡平台设平台截水沟，平台采用浆砌片石封闭，防止地表汇水进入N2红黏土。

坡内渗水处理：（a）在挡土墙后设树形支撑渗沟，纵向间距为6.8 m，树形渗沟内埋设覆膜盲管，支沟盲管接主沟盲管，汇集水流由主沟盲管排出，项目地处北方寒冷地区，主沟盲管若接入边沟明排，易导致涎流冰产生，因此主沟盲管经挡土墙墙底引接至边沟下纵向盲沟排出；（b）树形渗沟后每2 m高设置一道5 m长仰斜式排水管，接渗沟主沟；（c）渗沟中碎石应选用石质坚硬，粒径在6～10 cm的砾石或碎石充填，保证排水的空隙度[3]。树形渗沟示意图详见图1。

图1 树形渗沟示意图（单位：cm）

c）路床基底处治 路床受积水长时间浸泡，大部分地段呈淤泥状，地基湿软，根据挖探资料，为浅层软弱地基，超挖后，采用片石挤淤（厚1 m）+换填砂砾垫层（厚0.8 m）方案处治。

d）路床地下水排除 （a）边沟下设置200×80 cm纵向碎石盲沟，内埋φ500 HPDE打孔管式盲管，盲沟每200 m设置一道检查井，深2.5 m，可兼做沉砂、泥作用；（b）路床底部每隔15 m设置一道60×60 cm横向碎石盲沟，内埋φ100 PVC打孔管式盲管，横向碎石盲管接纵向碎石盲管；（c）为防止纵向盲沟出水口冻结，采用泥炭或搭头草做为保温措施。

渗水边坡综合处治措施详见图2。

图2 渗水边坡治理示意图

5 施工注意事项

a）边坡应严格按从上而下开挖，严禁淘底开挖。

b）水是N2红黏土产生胀缩变形的重要因素，边坡应避开雨季施工，边坡开挖前，应做好截水沟和排水沟等排水措施，将水引至路幅以外，确保作业面不积水。

c）为避免开挖后坡面过长时间暴露大气中，引起干缩变形，边坡不得一次挖到设计线，需预留厚度0.3～0.5 m，待路堑完成时，再分段削去边坡预留部分，并立即进行加固和封闭处理，边坡开挖、支挡防护应做到快挖、快支护，工序间需衔接紧凑。

d）应加强施工中的变形监测，根据坡体位移随时间、开挖过程和降雨的变化规律，综合确定监测措施如下：

（a）监测内容 水平位移、竖向位移、观测裂缝发展及地下水情况。

（b）工作方法 采用全站仪监测各固定点的坐标、高程，利用直尺量测裂缝宽度变化情况。

（c）工作程序 从挖方边坡最高处开始设观测断面，并沿路线方向每隔100 m间距向前后布置观测断面，利用已有固定点对各段边坡平台中设置的观测桩进行位移、高程的测量。

（d）工作频率 施工期间观测频率宜为每1～2 d一次，整段边坡施工完后，每3 d至少观测一次，一个月后每7 d观测一次，3个月后每一个月观测一次，一直观测到竣工验收时为止。

6 结语

a）施工突遇N2红黏土渗水，应待查明渗水原因、类型、范围等，再进行对症下药，切不可盲目施工。

b）含水量变化是N2红黏土产生胀缩反应以致强度降低最重要因素，边坡处治应避免地表水入渗、地下水变化、大气接触等多方面因素，地下水渗出位置为边坡土体强度最薄弱部分[1]。

c）施工中需做到“快挖、快防”。

d）对于有条件放缓边坡路段，需放缓边坡，如条件不允许，需加强支挡防护措施。

e）寒冷地区，应考虑边坡渗水导致涎流冰产生。