某在建高填软基路基边坡滑坡分析及处治

2019-01-07刘大鹏戴永松

福建交通科技 2018年6期

■刘大鹏戴永松

(1.江西省高速公路投资集团有限责任公司，南昌 330025;2.江西省天佑水利水电工程建设有限公司,婺源 333200)

0 引言

路基滑坡是高速公路常见病害，而穿越丘陵区，由于地质勘探覆盖不足，软基地质情况隐蔽，受雨水下渗，填土自重加大等，路堤填筑易形成不均匀沉降和开裂造成滑坡，本文以江西省某在建高速公路K14+340～K14+460高填软基为例，对软基填方路堤稳定性、应力应变特性进行了计算分析，就施工中出现滑坡病害及处理案例进行介绍。

1 工程概况

江西省某在建高速公路K14+340～K14+460为高填软基路基，设计边坡坡率为：第一级1∶1.5，无平台，第2级 1∶1.75，平台 2.0m，第三级 1∶2.0。施工单位按原设计，地基采用换填80cm合格土。经过高性能压路机增强补压+土工格栅，该边坡分层填筑到二级平台，约11m高位置时，地基产生滑移，边坡变形，滑移面积大约4688m2，宽约65.76m，长度约98.5m，局部整体下沉1～3.2m，边坡上部及两侧有明显的滑移周界裂缝，路基边坡坡脚出现数量不等的推移裂缝，呈放射状，距边坡前缘18m处出现明显隆起，隆起高度约0.5m。

2 工程地质

根据现场实际调查，对滑移范围补充了地质钻探，共布设了9个孔，间距约20m左右，钻孔深度24m～30m不等，探明了该区域地质情况。

①塑粉质粘土，灰黄色，可塑状，韧性中等，干强度中等，稍有光泽，3.9～7.5m。

②淤泥质土，灰褐-灰黑色，软塑状，韧性中等，干强度中等，稍有光泽，2.9～6.3m。

③可塑粉质粘土，灰黄色，可塑状，韧性中等，干强度中等，稍有光泽，无振摇反应，2.0～6.6m。

④硬塑粘土灰黄色，硬塑状，韧性中等，干强度中等，稍有光泽，无振摇反应，厚度较厚，钻孔未揭穿。

3 边坡稳定性计算

3.1 计算模型

根据补充勘察主滑剖面2-2剖面建立地质模型。模型最上一层是路堤填土，其中路堤边坡按照变形破坏前的设计坡率进行模型构建。填筑边坡高度最高 12m，顶部平整。路堤填土下依次为粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、深部粉质粘土层。各层界限根据钻孔揭示的地质剖面构建。模型如下图1所示。

图1 计算模型

3.2 计算参数

土层物理力学参数见表1。

3.3 软基计算分析

3.3.1 正常情况

表1 土层物理力学参数表

当处于正常情况下，按照土层物理力学参数表中正常情况参数进行深部滑动稳定性计算，计算结果K=1.107,如图2所示。

图2 正常情况计算结果

3.3.2 反复剪情况

由于上层粉质粘土层与淤泥质粉质粘土层存在较大的触变性，当路堤填筑后，图层受压缩变形扰动，强度降低。采用反复剪参数进行计算，在控制滑动圆弧入口和剪出口与实测位置相同时(与实际位置基本相同)，计算结果安全系数K=0.997，如图3所示。

采用反复剪参数，当不限定滑动圆弧剪入剪出口位置时，计算结果 K=0.881。此时，滑动面为类似圆弧滑动面，为复核滑动面。圆弧剪入位置相比实际裂缝更靠近边坡坡面，剪出位置与实际情况基本相近。详见图4。

图3 反复剪位置基本相同计算结果

图4 反复剪位置基本相近计算结果

通过上述计算分析可以看出：①滑动面均穿过淤泥质粉质粘土层，为深部滑动，与坡脚隆起实际情况相一致。②由计算反推可得出结论：粘土层与淤泥质粘土层的力学参数基本反映了该层土在极限状态下的力学强度。③填高12m已经不稳定，填高22.8m更不稳定。若不经过软基处理直接进行路基填筑，将造成路堤不均匀沉降及失稳。

4 处治措施

提高填方软基路堤稳定性可从以下几个方面虑：①改善原始边坡覆盖层土体力学特征。②对边坡进行反压，设置支挡结构。③合理设置地表地下防排水系统。基于上述考虑该段软基路堤采用了水泥搅拌桩、支挡桩、碎石垫层、土工格栅、反压护道、砼预制字骨架护坡、排水沟、急流槽等综合处治措施。具体见下图5。

图5 处治设计横断面图

(1)在进行水泥搅拌桩施工前，需对已填筑的路堤开挖，保留1m填筑土作为水泥搅拌桩施工平台。水泥搅拌桩处理面积共约为7598m2。右幅路基桩径为 0.5m，间距1.3m，呈三角形布设，桩长14m，处理面积 5537m2；左幅路基桩径为0.5m，间距1.5m，呈三角形布设，桩长11m，处理面积 2061m2。

(2)在实测裂缝周界范围内边坡二级平台处布设一排圆形支挡桩，布设桩号范围K14+359～K14+460，直线型布设，桩长24m，桩径1.2m。桩间设置系梁，总计43根，桩号K14+359～K14+380段支挡桩间距3m，1-7号支挡桩，计7根;桩号 K14+380～K14+430段支挡桩间距2m,8-33号支挡桩，计26根；桩号 K14+430～K14+460段支挡桩间距3m，34～43号支挡桩，计 10根。

(3)1m原状土顶部设置了0.5m碎石垫层，可引导上部地下水顺利排出，避免下渗，破坏地基持力层力学性能；并加设土工格栅，将垂直载荷分散，对路基进行补强。

(4)桩后设置反压护道宽度8m，采用1∶2.0坡度放坡及设置排水沟、急流槽。

经水泥搅拌桩+支挡桩软基处理后计算，软土进行复合地基处理后，处理部分的地基土复合强度有所增加。按照内摩擦角与粘聚力均有所提高，提高程度按照类似复合地基压缩模量的计算方法进行计算，Esp=mEp+(1-m)Es。按照桩径0.5m，间距1.4m，三角形布设，置换率0.1036进行计算,采用加固后的力学计算参数表如表2：

表2 复核地基土层物理力学参数表

并按照路堤全部填筑完成模型进行滑动稳定性计算，计算结果K=1.026，处于基本稳定状态。沿滑面计算坡脚处下滑力约为770.48kN。二级平台处设置支挡桩一排支挡桩，间距 2～3m，桩间设置横梁，直线型布设。搅拌桩加固后路基二级平台处设置支挡桩，桩长24m，安全系数计算结果为K=1.216。由以上计算分析，通过软基处理后，路堤整体稳定性安全系数大于 1.1，满足公路路堤在采用快剪条件下的稳定性要求。水泥搅拌桩施工完成后，委托有资质的第三方检测单位，由施工、监理、建设单位共同随机选取了9个点进行复合地基静载荷试验 (慢速维持荷载法)，实测复合地基承载力特征值均不小于150kPa，满足设计要求。整个路基成型后经过6个月沉降观测，结果表明该段软基工后沉降3.2cm符合设计控制在4cm以内的要求，满足工程建设要求。