山区公路冲沟路段路基缺口综合治理研究

肖西 贺亦彭 宁德飚 余健

摘要 找出成因，“对症下药”是公路灾害治理的关键。文章以某国道冲沟路段的路基缺口为例，在充分阐述灾害特征、工程地质条件和稳定性分析基础上，得出灾害成因为冲沟的长期溯源侵蚀，掏空挡墙基础，导致挡墙失稳。针对性提出了“固基防水”综合治理方案，即挡墙基础采用注浆钢管桩加固，以达到“固基”目的，对冲沟沟谷一定范围内设置锚索框格梁，格间挂网喷射混凝土以防止冲沟进一步侵蚀破坏，并在合适位置设置截排水沟，以达到“防水”目的。

关键词 路基缺口;山区公路;冲沟;综合治理

中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0133-03

0 引言

山区特殊的地形、地质和环境因素导致了山区公路多临崖临水、跨沟跨河、高填深挖[1]。普通国道由于受投资影响，边坡防护、路基处理往往不足，从而导致运营期间灾害频发。山区国道小的冲沟路段多采取在公路外侧设置挡墙、墙内回填方式通过，但由于前期勘察不足，设计深度不够，挡墙基础埋深往往不够，挡墙抗滑移、抗倾覆能力不足。后期由于汇水对冲沟的侵蚀，包括侧蚀和溯源侵蚀作用，原有挡墙基础往往容易被掏空，从而导致挡墙失稳垮塌，形成路基缺口。此类灾害由于地形地质条件多样，处理方式往往需要根据具体灾害点的情况因地制宜，“对症下药”。

1 工程概况

某国道冲沟路段位于冲沟源头处，地形坡度较陡，坡度达38°～49°，地层岩土体破碎，屬碎石土堆积层，公路路基长期遭受冲沟的侧蚀和溯源侵蚀作用，2020年8月5日，在强降雨的作用下，挡墙基础被水流掏空，挡墙倾倒失稳，形成了一个长80 m，宽4 m的路基缺口，导致半幅路面处于悬空状态，严重危害公路的安全运营。灾害发生后当地养护部门采取沿公路内侧挖方拼宽，单向通行的临时保通方案，目前有效路面宽度仅约4 m，路面为砂石过渡路面，通行条件极差。路基缺口正面照如图1所示。

2 工程地质概况

2.1 地层岩性

钻孔揭露地层有填土层、残坡积层和玄武岩层，各地层岩性分述如下：

（1）第四系人工填土层（Q4ml）：褐灰、灰、褐黄色，以粉质粘土为主，多含碎石、角砾，成分杂乱，结构松散，为水渠管网修建、道路修筑形成，揭露厚4.9～7.7 m，平均厚6.2 m，承载力特征值fak=85 kPa。

（2）第四系残坡积层（Q4el+dl）：褐黄、黄色，含大量玄武岩风化团块，中等压缩性为主，局部受地表水浸软化为高压缩性，参考邻区李家坪残坡积层钻孔标准贯入试验数据，承载力特征值fak=168 kPa。

（3）二叠系上统玄武岩组（P2β）：强风化，暗绿、深灰色，岩体多呈碎块状，岩体节理裂隙极发育，岩性较坚硬。大致发育三组节理：节理1：90°～130°∠45°～55°;节理2：297°～327°∠31°～55°;节理3：175°～210°∠48°～78°。承载力特征值fak=550 kPa。中风化玄武岩：暗绿、深灰色玄武岩，岩体多呈块状、巨块状，岩体节理裂隙不发育，岩性坚硬，锤击声清脆，强度高，据类比资料，饱和重度达2.79 t/m3，饱和单轴抗压23.9～91.5 MPa，承载力特征值fak=4.67 MPa。

2.2 地质构造

工程区地貌类型属岩浆岩构造侵蚀山地地貌[2]，区域上位于云贵高原边缘部分，按大地构造分区，位于一级构造单元“扬子准地台”（扬子板块）西缘中的二级单元“滇东台褶带”下属的两个三级构造单元，即“滇东北台褶束”与“会泽台褶束”的结合部位[3]。地质构造复杂，褶皱、断裂发育。地质构造主要受坪菁背斜、关仓菁断层、F1断层的影响。

坪菁背斜：位于水槽子向斜以东，轴向北段近南北，南段为南偏西。南段被雨禄断层、待补断层切失，中部被关仓箐断层切割破坏。背斜长26 km，向北依次倾伏。核部由上震旦统灯影组组成;两翼向外依次为下寒武系渔户村组至沧浪铺组乌龙箐段、中泥盆统海口组至上泥盆统宰格组上段、下石炭统大塘组至下二叠统玄武岩组第三段等。西翼岩层倾角在20°～50°;东翼岩层倾角35°～75°，但近南部近断层处产状局部倒转，倒转倾角达70°左右，为一轴面倾向西的不对称长轴状背斜。

关仓菁断层：位于东川大高粱地至关仓箐一带，西南部被第四系覆盖，中部被南北向的腊利沟断层切割。长约20 km，断层总的延伸方向40°左右，略呈波状弯曲。其南东盘分别为上震旦统灯影组至下寒武统沧浪铺组乌龙箐段、中泥盆统海口组至上泥盆统宰格组上段、下石炭统大塘组至下二叠统茅口组、上二叠统玄武岩组第三段，地层界线与断层线呈斜交关系，具右行扭动的特点，沿线见角砾岩、破碎带，在近断层处岩层产状变陡，局部倾角可达70°，为一条扭性的逆断层。

F1断层为一小型断层，可能为关仓菁断层的次生构造，长约3 km，走向约110°，断层性质尚不明确，两盘地表分别出露二叠系茅口组和玄武岩组第三段地层。

2.3 地下水类型

场地区地形坡度较陡，地形坡度与地层岩性相互作用，为冲沟发育提供了良好的条件[4]。地下水类型为松散土孔隙水和基岩裂隙水，松散土孔隙水赋存于第四系松散堆积层中，主要分布于冲沟底部和沟岸边坡中，总体上富水性弱～中等。主要补给来自大气降水，在沟谷地带亦接受地表水及风化裂隙水的补给。以沟谷为排泄基准，以渗流的形式缓慢排泄。由于其径流途径短而浅，其流量大小受降雨控制明显，季节性变化明显[5]。

基岩裂隙水赋存于玄武岩层中，分布广泛，主要接受大气降水和孔隙水下渗补给以及岩溶水侧向补给，其富水性因构造、风化裂隙发育程度及地形条件差异，富水性差异较大，地下水在裂隙中缓慢运移，在沟底以散流、股流或泉的形式排泄。由于区内冲沟发育，地形坡度大，因此区内裂隙水径流途径仍然不长，具“就近补给，就近排泄”的特点[5]。

3 稳定性分析

3.1 计算工况

结合工程区实际情况，拟定了如下三类计算工况：

（1）天然工况，即自重工况，取自然状态下的土的重度和粘聚力、内摩擦角进行计算。

（2）饱和工况，即在强降水作用下，岩土体达到饱和状态，以饱和重度和饱水抗剪强度为主要计算参数。

（3）地震工况，采用自然状态下土的重度和粘聚力、内摩擦角主要计算参数，但加上影响因素，工程区抗震设防烈度为8度设防，地震综合影响系数取A=0.3[6]。

3.2 附加力

（1）地下水压力：滑面在地下水位下的滑坡点，地下水压力近似等于浸润面以下土体的面积乘以水的容重，饱水状态下考虑地下水位略有上升。

（2）工程荷重：不考虑工程荷载。

（3）地震力：据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），勘查区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30 g，设计地震分组为第二组。稳定性计算时须考虑地震作用力，按《建筑边坡工程技术规范》计算水平地震荷载，地震影响系数A=0.3。

3.3 计算参数

据土工试验报告，天然状态下，碎石土层天然重度为18.5 kN/m3，内聚力C=14.59 kPa，内摩擦角φ=22.2°;饱和状态下，饱和重度=20.3 kN/m3，内聚力C=11.29 kPa，内摩擦角φ=18.5°。

3.4 计算断面

典型计算断面图如图2所示。

3.5 計算结果

各滑面稳定系数计算结果如表1所示。

3.6 稳定性评价

现状边坡自然状态条件下处于基本稳定～欠稳定状态，饱水状态条件下处于欠稳定～不稳定状态，地震状态条件下处于不稳定状态。

4 成因分析

（1）地形条件：该路段位于冲沟源头处，处于局域汇流区，地形坡度较陡，自然坡度38°～49°。

（2）地层岩土条件：地层岩土体破碎，表层属碎石土堆积层，厚度11.6 m，局部有基岩出露，岩体被风化成碎块状，棱角状，块径2～5 cm。

（3）水文地质条件：灾害路段气候类型为典型的干湿分明区，雨季降雨量达到全年的85%以上，雨季单点暴雨量很大。

（4）构造地质条件：灾害路段处于会泽与东川交界附近，为“滇东北台褶束”与“会泽台褶束”的结合部位，属地质构造活动强烈发育区。

（5）原有工程条件：公路以半填半挖方式通过冲沟路段，公路外侧挡墙基础位于松散堆积层上，由于冲沟的长期溯源侵蚀作用，挡墙基础被掏空，最终导致路堤挡墙倾倒失稳。

5 路基缺口综合治理

5.1 设计思路

综合考虑公路路线展布、路基缺口路段地形地貌、地质环境条件、工程安全、施工安全、道路保通、社会经济效益等多方面因素，拟对路基缺口段进行综合治理。治理思路为在不降低原有设计标准的基础上，少开挖，少扰动，不断交，安全可靠、经济合理、快速高效，从成因分析出发，“对症下药”[7]。

5.2 治理方案

（1）路线向道路内侧偏移4～4.3 m，在少开挖的条件下，路线尽量靠山体侧，可以提高道路整体的安全性。

（2）道路垮塌部分（路堤）采用钢筋混凝土挡墙进行恢复，挡墙下设2排注浆微型钢管桩作为挡墙基础，钢管桩外径11.4 cm，管壁厚0.5 cm，单根长15 m，微型钢管桩桩端进入风化岩不小于1 m，以保证挡墙基础稳定，从根本上解决原有挡墙基础不稳，容易被水流掏空的问题。桩顶预留2 m长埋入挡墙墙体内，使钢管桩基础和挡墙连接为一个整体，并在挡墙上设置2排预应力锚索，充分保证挡墙的抗滑移、抗倾覆稳定性验算。

（3）冲沟沟谷位置挡墙下方8 m范围内设置锚索框格梁进行加固，框格梁间挂网喷射混凝土以防止汇水对冲沟进一步的侵蚀破坏。

（4）道路内侧路堑边坡设置锚索框格梁对边坡进行加固，确保边坡的稳定性。

（5）边坡变坡位置设置一条截水沟，拦截上部水流，防止上部水流进入工程位置。公路内侧设置排水沟，及时排走路上的雨水，避免雨水冲刷道路及路堤边坡。

治理工程典型断面图如图3所示。

6 结语

通过研究，可以得出如下结论：

（1）公路灾害治理过程中，最关键的问题是准确把握灾害类型、所处区域地质环境条件，从成因分析出发解决问题[7]。

（2）山区公路冲沟路段路基大多为高填方，外侧路基挡墙基础稳定性是最重要的影响因素，但路基缺口往往又呈现点多面广的特点，该文提出了针对此类情况，采用注浆微型钢管桩进行挡墙基础加固的解决方案。

（3）无论冲沟路段还是汇水路段，如何合理降低降水对冲沟的进一步侵蚀，保证公路建构筑物的安全，该文针对此类灾害提出了截排水沟+锚索框格梁+格间挂网喷射混凝土的解决方案。

参考文献

[1]田伟平，马保成，舒淼. 山区沿河公路路基水毁灾害易损性评价[J]. 自然灾害学报， 2011（5）： 125-130.

[2]伍仁杰， 陈洪凯. 基于灰色聚类的贵州省县域公路洪灾孕灾环境分区研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2019（4）： 88-93.

[3]牟顺，王亮，马保成. 山区公路路基沉陷风险识别方法研究[J]. 路基工程， 2011（1）： 54-56.

[4]陈远川，陈洪凯. 山区沿河公路路基洪水毁损过程及机理研究[J]. 公路， 2012（11）： 95-103.

[5]杨晋柳. 云南省宜良县月牙变电站滑坡稳定性分析及防治措施研究[D]. 昆明：昆明理工大学， 2018.

[6]杨晋柳，李波， 李光明. 宜良县月牙变电站滑坡稳定性分析[J]. 地质灾害与环境保护， 2017（2）： 6-11.

[7]肖西， 余健， 宁德飚， 等. “固脚强腰”设计思路在中大型滑坡治理工程中的应用与研究[J]. 公路交通科技， 2019（8）： 85-87.