公路滑坡分析与坡积物改良应用

胡栾乔

(湖南省核工业地质局304大队，湖南 长沙 410000)

0 引言

我国层状构造的沉积岩占到陆地面积的77%[1]，层状构造地质条件下修建高速公路，开挖深路堑，会出现大挖方和大填方。据统计，山地区域道路病害大部分出现在路堑的挖方位置，其中因为顺层岩石路堑边坡不够稳定所导致的滑坡[2-3]发生概率较高。顺层边坡失稳最为常见，难以治理，而顺层滑坡对公路工程的危害最为严重[4]。

公路工程呈线状分布，运营期间很难做到长期监控和成功预警，因为公路边坡路程长，规模小，点位众多，缺少详细的地质资料，导致监测费用高昂，预警工作困难重重[5]。另一方面，顺层斜坡和直坡在其演化过程中存在随机共振和混沌现象，混沌的产生更加大了滑坡的估测与预警难度[6]。随着高速公路、高速铁路的快速发展，深挖边坡滑坡防治取得了一系列成果，主要有：①在常规边坡破坏机理基础上提出了新的见解；②主动减灾，综合防治与监测相结合，理论与分析模型逐步完善；③滑坡防治与可持续发展相结合，提出环保恢复的新理念。其中，治理措施对于公路建设的经济性和安全性相当重要，对于滑坡处治，单一采用放缓减载方法消除不稳定因素会导致边坡开挖数量增大，破坏自然环境。小型滑坡体的处治，应当依据实际的地质状况、地貌特点和边坡的稳固性程度，选择采用增设边坡排水孔，增加坡面防护设施，增加坡脚稳定措施，适当放缓坡率等解决方案。对规模较大的滑坡体及高边坡的治理方案以工程措施为主，常用的有挡土墙、抗滑桩、锚固、土钉墙等[7-8]。

用抗滑桩进行边坡加固时，虽然有时间短、见效快的优点，但也会导致工程造价剧增，因此如何利用坡积层自身改良的加固措施有待研究。本文通过对滑坡的形成机理进行论述，分析导致滑坡的原因，在此基础上通过三轴试验研究坡积物的抗剪强度参数，再通过测试干湿循环后的抗剪强度参数提出碎石土的灰剂量，从经济的角度制定治理措施及施工建议。

1 工程概况

广西某公路滑坡沿路线最宽105 m，垂直路线长255 m，滑体最大埋深为23 m，由南向北滑体逐渐变深，滑坡体积约为45.1×104m3，属大型堆积层老滑坡。该滑坡具多层、多级的特征，分为中层和深层两层，中层滑坡分为前级和后级两级，滑坡出口位于路基左侧斜坡。治理前中层滑坡变形明显，滑坡台坎及周界裂缝清楚，后缘坡体拉裂后形成圈椅状结构，裂缝宽度为5～50 cm不等，下沉最大约50 cm，坡体上的树木呈倾斜状，路基右侧排水沟被完全推垮。治理前路基整体下沉使路面标高低于设计路面标高0.5～1.5 m，路基左侧坡体不断有地下水渗出且坡体不断下滑。

2 滑坡形成机理及影响因素分析

2.1 形成机理

2.1.1 岩石构造

滑坡区域内地层岩性为陆相沉积的红砂岩，岩石风化较强烈。特殊的地层岩性为滑坡的形成提供了条件。地表的碎石土、碎块石土及路基左侧坡面的弃土都较为松散，易滞留地表水，坡体散布的裂隙也使得降水迅速下渗，下渗水软化泥灰岩，并在基岩处形成滑带。

2.1.2 地质构造

按构造体系划分，本段位于广西山字型构造体系前弧东南外侧，灵山-藤县构造带的北西侧，总的构造线成北东-南西向，受构造运动的影响，褶皱较为发育。

区内构造线展布，滑坡区域内大体上平行于构造线展布，地质构造复杂。勘察资料显示下伏基岩节理裂隙发育，岩层破碎，以强风化泥质粉砂岩为主。在地质构造的控制下，地下水在泥质粉砂岩裂隙发育处下渗，软化滑带物质，为滑坡形成提供了条件。

2.1.3 水文条件

在滑坡稳定性剖析中，地下水是一个不可忽视的因素，大部分滑坡的产生与发展通常和地表及地下水的活动密切相关[9]。滑坡区域内地下水丰富，地势较低，汇水面积大，地表水及地下水容易汇聚并渗入滑坡体。滞留在滑坡体内的水增大了坡体重度，并使滑带物质红砂岩软化，抗剪强度降低，加剧了坡体滑动。

2.2 影响要素

在特殊的地状、地质特点、降水与地下水等要素的共同下，该位置逐步产生路基滑坡，通过整体剖析可知影响要素包含：

(1)边坡表面的覆盖层大多是采用人工方式填土，另外还有一些杂物。

(2)降水是该位置滑坡形成的重要影响要素。

(3)特殊的地质状况。地质条件是滑坡形成的基础，泥质粉砂岩岩性较差，强度低，具弱膨胀性，在水的作用下，易风化而强度降低，易形成软弱带，这是该段滑坡等病害形成的基础。

3 坡积物改良试验方案

3.1 坡积物原样性能测试

(1)成型方法。本文成型坡积物试件采用静压法，试件尺寸为h×Φ为600 mm × 300 mm的圆柱体。将坡积物拌和均匀后，分3次装入试模，每次装料时充分插捣。通过对坡积物取样并筛分，发现碎石含量在0～60%之间，不同粒径碎石下的级配见表1。

(2)试验条件。滑坡带坡积物采用三轴试验进行研究，采用YS-30型三轴试验机，试件尺寸为h×Φ为600 mm × 300 mm，在伺服机制下，保持围压的稳定，加载板沿试件径向加载时速率保持恒定。加载速度设为0.5 kN/min，压实至试件规定高度，将压力稳定3 min后卸载。

(3)三轴试验结果。试件在加载板试验过程中，围压在伺服作用下的波动不大于1%，测试结果见表2。

3.2 试验结果分析

根据表2的试验结果，碎石含量对黏结力与内摩擦角的影响见图1、图2。

图2 碎石含量对内摩擦角的影响趋势

由图1与图2可知，随着碎石含量的增加，黏结力近似呈线性增长趋势，而内摩擦角相反。这是因为随着碎石含量的增加，碎石颗本身的杨氏模量远大于土颗粒，导致剪切破坏过程中，碎石的接触逐渐增多，而土颗粒的黏结作用相应减小。通过反分析计算与当地实际工程经验类比法，确定滑动带的抗剪强度指标为黏结力10.2 kPa，内摩擦角11.4°。

3.3 坡积物改良试验研究

3.3.1 滑坡自然条件模拟

根据《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)测试碎石土的干湿循环特性，土样成型后，放在循环水槽中浸泡12 h。然后将土样置于电热干燥鼓风箱中(30 ℃)烘干12 h，每浸泡12 h加烘干12 h记为1次干湿循环。

3.3.2 干湿循环次数的影响

由碎石含量对黏结力与内摩擦角的影响规律可知，碎石含量对内摩擦角的影响较大，而对黏结力的影响较小，因此取原坡积物土样研究干湿循环次数对抗剪强度指标的影响，测试结果见表3，变化趋势见图3。

表3 干湿循环后的抗剪强度指标

图3 干湿循环后的抗剪强度指标

由图1可知，黏结力与内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而减少，在5次之前降幅较大，而超过5次后，抗剪强度趋于稳定，因此在试验评价时，最不利条件以干湿循环5次为基准。从降幅来看，说明水是造成原土抗剪强度降低导致滑坡产生的主要因素，在设计与施工中应防止水对路基造成影响。

3.4 坡积物改良研究

分别以2%～6%的石灰剂量制备试件，在最佳含水率成型，在标准养护条件下养护7 d，然后干湿循环5次后进行抗剪指标的测试，结果见表4。

表4 干湿循环后的抗剪强度指标

由表4可知，在干湿循环后，黏结力与内摩擦角的变化规律同干湿循环前，而当石灰剂量小于等于2%时，已无法满足滑动带的抗剪强度指标，从路基性能与经济性的角度考虑，建议路基的石灰剂量至少为4%。从经济性的角度考虑，应根据碎石含量来确定最经济的石灰剂量。

4 治理措施

4.1 路基改良治理措施

根据干湿循环下不同石灰剂量改良碎石土抗剪强度指标的研究结果，路基恢复就地采用坡积物改良碎石土。过湿的原土需要翻拌、晒干后进行掺灰拌和。根据当地的气候条件以及施工经验，碾压时最佳含水量为2%。

为了增强路基的层间黏结，建议在光轮压路机碾压1～2遍后，采用羊角碾压路机碾压1～2遍，在保证压实度的基础上进一步增加层间黏结。

4.2 路基上边坡治理措施

考虑到目前滑坡变形较为严重，前缘滑坡体上裂缝遍布，部分路基已完全破坏，且滑坡体不具备削方减载的条件，据此提出以下施工方法：

(1)施工中宜实施开挖的同时进行加固，做到事前控制，充分发挥自稳固潜力；

(2)构建健全的截水、疏水、排水系统，避免降水顺着开裂的缝隙进入坡体，使渗入坡体的水尽快排出；

(3)变形体范畴内第1级边坡顶端每间隔6 m设置1根长20 m抗滑桩，在抗滑桩顶端设置1根长25 m预应力锚索，第2～4级边坡各级都要设置2排预应力锚索，长度在25～40 m之间；图示范围内对应路线里程K1037+785～+834.77段，距离路中线25 m的坡体上(路堤外侧)设置A型普通抗滑桩，桩身截面1.8 m × 2.4 m，桩长20 m，共计7根。对应路线里程K1037+834.77～+890段，距离路中线8 m的坡体上(路堤外侧)设置B型抗滑桩，桩身截面2.0 m × 3.0 m，桩长26 m，共计9根。两种型号抗滑桩桩均身采用C30钢筋混凝土现场浇筑，锁口护臂采用C25钢筋混凝土浇筑，抗滑桩桩中～中间距6 m，长轴边方向SW86。

(4)边坡两端岩体架构比较稳固的地区运用长度为10～12 m的锚杆对岩体进行增固。

(5)陡坡区域采用抗滑齿墙填级配碎石台阶的方案，在保证稳定性条件下，避免了较高的施工成本[10]。

5 结语

基于本公路滑坡位置的地质状况，本文简单剖析了滑坡区域的实际地质状况，整体剖析了滑坡形成的机理与主要影响因素。通过室内三轴试验研究抗剪强度参数在干湿循环下的变化规律，验证了坡积物改良利用的可行性，建议坡积物碎石土改良掺配的石灰剂量不低于4%，以满足滑动带的抗剪强度指标要求。在此基础上分别提出了路基填筑与上边坡处治方案，其中路基改良段施工采用羊角碾压路机保证压实度。