南方山區(qū)高速公路高填陡坡路基滑塌事故分析與加固處治

南方山區(qū)高速公路高填陡坡路基滑塌事故分析與加固處治王佳;鄧民【摘要】針對(duì)南方山區(qū)PX高速公路高填陡坡路基出現(xiàn)的滑塌事故，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析與計(jì)算的方法，查明了滑塌原因，并針對(duì)性地采取了反壓護(hù)道、臨時(shí)鋼板樁抗滑、鋼花管注漿等處治措施，取得了短時(shí)間內(nèi)控制路基滑塌險(xiǎn)情并保證了路基長(zhǎng)期穩(wěn)定性的加固效果，可為類似工程滑塌事故處理提供借鑒.【期刊名稱】《廣東公路交通》【年(卷)，期】2018(044)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P178-181)【關(guān)鍵詞】高填陡坡路基;滑塌;鋼花管注漿;高速公路【作者】王佳;鄧民【作者單位】廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣州510623;中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙430074【正文語種】中文【中圖分類】U416.10引言山區(qū)高速公路受地形地貌的影響，路基多具有填高大、斜陡坡路段多、地下水與地表水發(fā)育的特點(diǎn)。《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2015)[1]規(guī)定高路堤與陡坡路堤設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行路基穩(wěn)定性分析計(jì)算，并且應(yīng)考慮路基處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況。另外，還規(guī)定應(yīng)根據(jù)地下水出露情況和巖土性質(zhì)，設(shè)置完善的地表和地下排水系統(tǒng)，這主要也是為了防止路基坡腳受雨水浸泡，強(qiáng)度降低，影響高填方路基的穩(wěn)定性。因我國(guó)南方地區(qū)每年雨季較長(zhǎng)、暴雨天氣多，山區(qū)高速公路高填方路基的穩(wěn)定性問題相對(duì)較突出，很多學(xué)者針對(duì)此問題開展了大量研究，在路堤填土的抗剪強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析、雨水滲流等方面取得了豐富的研究成果［2-7］。PX高速公路位于粵東微丘山嶺地區(qū)，主線山間溝谷路段達(dá)105個(gè)，高路堤平均填高23.9m，最大填高31m。其中K1629+620~K1629+680路段受降雨和地下水影響，在通車4個(gè)月后出現(xiàn)了路堤滑塌。本文在分析其滑塌原因的基礎(chǔ)上，介紹了加固處治方案，可供類似工程借鑒參考。1工程概況南方山區(qū)PX高速公路K1629+620~K1629+680地處山間洼地，路基最大填高約18m，為左傾陡坡路基，最大坡度為20.5°。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該路段代表性土層分布自上而下為：耕植土，黃褐色，主要成份為粘土，粘性好，含植物根系，厚0.50m;淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰褐色，流塑，粘性好，厚3.40m；粉質(zhì)粘土，黃色，硬塑，粘性一般，厚5.10m；⑷強(qiáng)風(fēng)化砂巖，黃褐色，呈半巖半土狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，厚6.79m。圖1代表性地質(zhì)柱狀圖該路段在施工期采用清淤換填處理，回填料為砂石，換填深度3.9m。在通車4個(gè)月后，左側(cè)路堤邊坡發(fā)生了滑塌，滑塌體長(zhǎng)約60m、寬約20m；滑塌體主要位于路堤一級(jí)、二級(jí)邊坡范圍內(nèi)，路面出現(xiàn)局部沉陷和開裂，護(hù)欄大部分損壞甚至斷裂，部分排水設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞，滑塌現(xiàn)場(chǎng)情況見圖2。圖2滑塌現(xiàn)場(chǎng)2滑塌原因分析2.1現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合設(shè)計(jì)與施工資料，K1629+620~K1629+680路段存在以下工況：由于該路段地基淺表層軟土分布極不均勻，在清淤換填施工時(shí)局部范圍清淤不夠徹底，在斜陡坡路基不均勻路堤荷載的作用下，路基產(chǎn)生了差異沉降。該路段在清淤換填施工后地表仍縱橫交錯(cuò)埋設(shè)了多條當(dāng)?shù)卮迕褚鞯叵滤娘嬘盟?，路基差異沉降?dǎo)致飲用水管斷裂，地表水滲入路基內(nèi)。該路段坡面、坡腳排水設(shè)施未能起到完全疏導(dǎo)地表水的作用，3、4月份降雨天氣多，曾出現(xiàn)連續(xù)降雨的情況。圖3為93%壓實(shí)度的粉質(zhì)黏土在浸水與未浸水兩種狀態(tài)下，不同壓力下孔隙比變化的曲線，可見路堤土經(jīng)受水浸泡后，孔隙比顯著降低；壓力越大，孔隙比降低比例越大?？紫侗冉档褪怯捎诼返掏翉?qiáng)度降低而產(chǎn)生壓縮，這表明路堤土受水浸泡后強(qiáng)度明顯降低。圖393%壓實(shí)度的粉質(zhì)粘土孔隙比與壓力關(guān)系此外，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者的研究成果也表明了在暴雨或連續(xù)降雨影響下，路堤土的強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的降低。如劉興旺［5］通過理論推導(dǎo)，證明了路基邊坡安全系數(shù)隨著基質(zhì)吸力的增大而增大；雨水入滲會(huì)導(dǎo)致路基土體基質(zhì)吸力降低、粘聚力減小，從而使路基的穩(wěn)定性下降?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2015)也指出強(qiáng)降雨在路堤土中的入滲深度一般可達(dá)2~3m。穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)入滲深度大于3.5m時(shí)，路基穩(wěn)定系數(shù)降低的幅度較大，路基完全飽和時(shí)，路基穩(wěn)定系數(shù)可降低一半以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，結(jié)合已有的研究成果，K1629+620~K1629+680路段受路基內(nèi)水管斷裂浸水和連續(xù)降雨影響，在坡面、坡腳排水設(shè)施排水效果不佳的情況下，路堤土出現(xiàn)了較大范圍的浸泡現(xiàn)象，導(dǎo)致其強(qiáng)度明顯降低，在斜陡坡路基不利于路基穩(wěn)定的地形條件下，路堤土發(fā)生了滑塌。2.2路基穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，未受浸泡路堤土的Cq、啊值為20kPa、25°。假定降雨入滲深度為4m，路堤土受浸泡后Cq、啊值降為15kPa、15°,車輛荷載按均布荷載15kPa計(jì)，據(jù)此巖土參數(shù)計(jì)算的該路段典型斷面路堤邊坡穩(wěn)定系數(shù)分別為1.531、1.164，計(jì)算結(jié)果如圖4。路堤土未受浸泡工況下，潛在的滑動(dòng)面深度大于4m;路堤土受浸泡后，潛在的滑動(dòng)體處于入滲深度范圍內(nèi)。計(jì)算得到的潛在滑動(dòng)面位置與實(shí)際滑塌情況較吻合，表明路堤土浸泡軟化后對(duì)路堤穩(wěn)定性的影響較大。圖4路堤邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果3加固處治鑒于K1629+620~K1629+680路段左側(cè)路堤邊坡滑塌如繼續(xù)發(fā)展將嚴(yán)重影響高速公路的安全通行，采取緊急措施封閉了左幅車道，然后再分別采取地表水和地下水疏導(dǎo)、坡腳抗滑及邊坡填料固化提升強(qiáng)度等加固措施。加固設(shè)計(jì)方案如圖5。圖5加固設(shè)計(jì)斷面3.1排水疏導(dǎo)據(jù)上述分析可知，該路段滑塌的主要原因是路基填料泡水軟化，為確保長(zhǎng)期加固處理效果，必須對(duì)該路段的地表水和地下水進(jìn)行疏導(dǎo)。3.1.1地表水疏導(dǎo)疏通該路基右幅生態(tài)邊溝，并設(shè)置碎石盲溝+矩形邊溝順接地方排水系統(tǒng)。3.1.2地下水疏導(dǎo)根據(jù)施工揭示的地下水出露情況，設(shè)置40cmx40cm的碎石盲溝，中間布置一根中110mm硬式透水管，采用2層無紡布包封；滑塌范圍坡體采用透水性材料重新填筑。3.2坡腳抗滑3.2.1抗滑鋼板樁為保證滑塌體的穩(wěn)定，防止進(jìn)一步擴(kuò)大滑塌范圍，在K1629+620~K1629+680路段左側(cè)邊坡坡腳打設(shè)一排臨時(shí)抗滑鋼板樁，長(zhǎng)度以進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖1m為準(zhǔn)。3.2.2反壓護(hù)道反壓護(hù)道利用填土重量提高路基穩(wěn)定抗滑力，且施工效率較高，可迅速大幅提高路基的穩(wěn)定性。因此，在該路段左側(cè)坡腳設(shè)置20m寬、3m高的反壓護(hù)道，其壓實(shí)度不小于90%，同時(shí)一級(jí)平臺(tái)加寬至4m。為提高反壓護(hù)道自身的穩(wěn)定性，同范圍內(nèi)的地基采取拋石擠淤處理，處理厚度為1m。3.2.3注漿加固注漿加固可通過鋼花管將流動(dòng)性良好、膠結(jié)強(qiáng)度高的純水泥漿，在灌漿壓力作用下，漿液以滲入為主的方式充填路基填料的孔隙與空隙，使原來松散的路堤土膠結(jié)形成強(qiáng)度較高、透水性較低的整體，從而達(dá)到提高路堤整體性與穩(wěn)定性的作用。由于鋼管與周邊、管內(nèi)凝固的水泥體也可起到一定的抗滑作用，因此，該路段采用鋼花管低壓注漿的工藝，起抗滑作用的注漿范圍為部分反壓護(hù)道和一級(jí)邊坡。3.3邊坡填料固化提高強(qiáng)度由于該路段路基填料已大面積泡水軟化，為提高其強(qiáng)度，采取了注漿方案進(jìn)行加固處理，加固范圍為部分二級(jí)邊坡與左幅應(yīng)急車道。3.4鋼花管注漿方案設(shè)計(jì)及參數(shù)為控制注漿施工期間對(duì)地基土擾動(dòng)造成路基穩(wěn)定性下降，該路段注漿分為二期，其中一期為坡腳抗滑部分，二期為路基填料固化提高強(qiáng)度部分。3.4.1注漿孔的布置及深度注漿孔按梅花狀布設(shè)，一期注漿孔間距為1.5m，深度進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖層0.5m；二期注漿孔間距為2.0m，注漿深度進(jìn)入原地面線以下2m。3.4.2注漿管采用鋼花管注漿，鋼花管直徑50mm，壁厚2.5mm；鋼花管每10cm開2個(gè)不小于4mm的孔，開孔方向正交變換，上端lm不開出漿孔，鋼花管底端焊封。3.4.3注漿材料采用42.5#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7:1.0，每延米水泥用量160kg。3.4.4注漿壓力注漿壓力根據(jù)不同土體的滲透系數(shù)及土的孔隙率確定，同時(shí)綜合考慮漿液濃度、注漿速度和注漿量等因素。在間歇式的多次注入過程中，最終穩(wěn)定壓力為1.5MPa,中間過程大致在0.3~1.0MPa。3.4.5注漿終灌標(biāo)準(zhǔn)注漿壓力達(dá)到1.5MPa、或每延米水泥用量達(dá)到160kg時(shí)即可終止灌漿。3.5處治效果通過采取上述臨時(shí)抗滑穩(wěn)定、快速長(zhǎng)期提升路基穩(wěn)定等加固措施，K1629+620~K1629+680路段路堤滑塌事故取得了很好的加固搶險(xiǎn)效果。該路段搶險(xiǎn)加固后已恢復(fù)正常通車1年多，在經(jīng)歷了多次強(qiáng)降雨后路基、路面變形很小，路基穩(wěn)定性狀態(tài)良好。4結(jié)語南方降雨豐富及地下水發(fā)育，K1629+620~K1629+680路段路堤滑塌的直接原因?yàn)槁坊盍吓菟浕瘡?qiáng)度降低，在此類地區(qū)的路基設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)加強(qiáng)防水治理。本工程案例通過設(shè)置反壓護(hù)道、臨時(shí)鋼板樁抗滑、鋼花管注漿等處治措施，取得了短時(shí)間內(nèi)控制路基滑塌險(xiǎn)情并確保了路基長(zhǎng)期穩(wěn)定性的加固效果，可為類似工程滑塌事故處理提供參考借鑒。⑶公路的路基滑塌事故處理應(yīng)在準(zhǔn)確分析其原因的基礎(chǔ)上，綜合采取針對(duì)性的臨時(shí)加固措施和長(zhǎng)期加固措施，才能取得良好的處治效果。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD30-2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司,2015.鄧衛(wèi)東.路堤填土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的試驗(yàn)方法[J].公路交通技術(shù),2005(5):10-14.任新玲.堤土強(qiáng)度特性和變形特性的試驗(yàn)研究[J].公路,2004(12):102-105.曾鈴,付宏淵，賀煒，等.降雨入滲因素對(duì)炭質(zhì)泥巖路堤