山西省省道104(太古线)公路地质病害处理方法

马广坡

(河北路博交通科技有限公司)

1 概述

省道S104太原至古交段二级山岭重丘标准公路是联系太原和古交的主要道路，同时也是贯穿东西大通道的重要组成部分和煤炭西来的主要通道。太古线自1997年运营至现在，路段破坏逐年严重，公路地质病害频繁发生，虽然已经治理了部分路段病害，但仍未取得满意的结果。随着时间的推移，公路病害发生的频率也逐渐增多，严重影响公路的正常运营和管养工作。

2 路段自然地理与环境地质

2.1 地形地貌

省道104(太古线)位于太原盆地北端，所经地区为黄土覆盖的山岭重丘区，中低山地貌。区内地势西北高东南低，山势险峻，沟壑纵横交错，海拔高程在1000～1 700之间，相对高差700m。

2.2 气象与水文

路线所经地区属暖温带半干旱大陆性气候。多年平均气温10～12℃，最高气温39.8℃，最低气温-27.5℃，区内降水特点是年际变化大，年内季节差异大，强度变化大。多年平均降水量461.8mm，最大年降水量749.1mm。最大冻土深度为1.16m，全年日照时间2 556.3 ～2 872.6 h。多年平均风速2.5m/s，最大风速25m/s。地震烈度属Ⅷ度区。区内河流属于黄河流域的汾河水系。区内沟谷为季节性河流，冬春干涸断流，雨季有短暂洪流汇入汾河。

2.3 地层与构造

(1)石炭系(C)。中统本溪组(Cb2)以风化残留铁矿—山西式铁矿和G层铝土矿，平行不整合于下伏岩层之上，属海陆交互相沉积。可分为铁铝岩段和半沟段;铁铝岩段：主要为浅灰色，具鲕状结构、贝壳状断口的铝土岩和黄褐色的山西式铁矿残留于奥陶系之上，厚薄不等;半沟段主要由灰黑色的泥岩、砂岩、砂质泥岩及2～4层深灰色薄层石灰岩组成，含1～3层煤线。上统太原组(Ct3)由深灰色石灰岩、泥灰岩，灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、粉砂岩，黑色炭质岩和6～11层煤组成。上统山西组(Cs3)与太原组连续沉积，为本区主要含煤地层之一。由灰色、浅灰砂岩，深灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及黑色泥岩和8层煤组成。

(2)二叠系(P)。下统下石盒子组(Px1)根据岩性不同分为上下两段。上段底部为砂岩含石英长石、黑色矿物质及有机质。下段以灰绿、黄绿色砂岩、砂质泥岩互层、夹紫色、黑色泥岩。顶部有一铝质泥岩，具鲕状结构，俗称“桃花泥岩”。上统上石盒子组(Ps2)按其岩性组合特征分为上下两段。下段砂岩为含砾—粗中砾砂岩，结构疏松，孔隙度大，成份复杂，夹紫色、灰绿色砂质泥岩、泥岩斑块，其上为灰绿色砂质泥岩及中细沙岩互层。上段砂岩为黄绿色、灰绿色砂砾岩、粗—细粒砂岩，成份以石英为主，其上为暗紫、兰灰、黄绿色砂质泥岩与灰绿色中粗粒砂岩互层。

(3)第四系(Q)。中、上更新统松散覆盖于基岩之上，分布在山坡及沟谷两侧。下部为更新统(Q2)黄土，暗红色，含2～5层钙质结核。上部为上更新统(Q3)黄土、黄褐色，垂直节理发育。呈帽状分布于山顶或山坡上。

(4)构造。所在区整体上为单斜构造，底层总体走向为北西—南东，向南西倾斜，倾角3°～12°，一般为5°左右。区域主要断层有玉门沟断层从风声河起经大虎峪玉门坑口七里沟至后毛儿沟逐渐消失。为一北西盘下降的正断层，走向北70°～80°东，倾向北西，倾角54°～84°，断距为18 ～30m，断层长4 km;杜儿坪断层东起杜儿坪矿井，切四达沟及小虎峪沟下游，经牛头咀村南，偏桥沟村南，切庙前山及峪道川南山至并尖沟村南消失，全长约15.4 km，断层走向北东45°～65°，倾向北西，倾角 60°～75°，断距10～155m;风声河断层自西铭矿井边切玉门沟口，为正断层，倾向南东，切四达沟后消失，断距5～25m。

2.4 含水岩组划分及特征

碳酸盐岩类岩溶裂隙含水组：奥陶灰岩地下水属西山岩溶水系统。地下水的补给来源为大气降水入渗及北部汾河水的渗入，水位标高在799～924m左右，单位涌水量0.0004 ～53.13 L/s·m，一般常见值在0.62 ～10.9 L/s·m。碎屑岩类裂隙含水岩组：主要含水层为石灰系砂岩、石灰岩及二叠系、三叠系砂岩。按其埋藏条件分为裂隙潜水、裂隙承压水。裂隙潜水含水层为基岩风化壳，一般含水微弱，据勘探水文地质试验资料，单位涌水量为0.00078 ～0.091 L/s·m，渗透系数0.006～0.442m/d，地下水随地形而变化，其补给来源为大气降水。裂隙承压水的补给来源主要是大气降水，其次为裂隙潜水。

3 沿线公路病害的类型与原因分析

3.1 病害类型

(1)滑坡：滑坡体主要为二叠系上统上石盒子组(Ps2)和下统下石盒子组(Px1)的砂岩和泥岩、页岩，岩石呈碎块状，裂隙极其发育，滑坡体内部宽大裂缝走向为18°～46°，倾角为75°～85°，滑坡体滑动主方向为 240°～350°，基本垂直路线方向。滑坡体基本为碎块状砂岩和泥页岩组成，滑体表面不稳定，一经雨水的冲刷和物理的风化作用，表面易产生崩塌和泥石流，部分山体内部裂缝宽度达到10～20cm，山体内部裂缝与路面裂缝贯通并且向路基外侧延伸，路面也发生沉陷，随着采空的继续影响，滑坡体可能随着时间的增加而不稳定。

(2)崩塌：崩塌是影响路线的重要地质灾害之一，由之而造成交通堵塞和路面受损事故曾屡次发生。沿路调察，不少路段处见有崩塌而造成的碎石击坑。调查的结果表明，28 km的路段内，崩塌地段至少在35处以上，这说明在该路段范围内，崩塌的危害是极为严重的。

(3)路基下沉：路段内路基下陷现象普遍，下陷比较严重的路面下沉深度在15～20cm，最大在50cm，在出现路面下沉的部位，路面开裂，路面板碎裂呈块状，沉陷面积有大有小，最小在30m2，大的延伸上百米。特别是在黄土覆盖比较厚的地段，黄土陡壁的裂缝与沉陷地带路基、路面的裂缝延伸在一起。沉陷地段由于雨水下渗的原故，在边沟和路缘有时形成下陷洞、沟。

(4)坡面剥落：沿线所经地层为砂岩和泥页岩互层，在出露泥页岩的边坡地段，一般都会出现剥落现象，剥落层为泥页岩，泥页岩表层易风化，形成岩屑，在坡度较陡的情况下沿表层剥落。

3.2 原因分析

(1)煤炭采空的影响。路线所经的地形地貌和地质特征均对产生滑坡极为有利，但在通常情况下，如果山体不受变形破坏，其上又有植被覆盖，则边坡尚能保持相对的稳定，还不至于发生较大范围的滑坡。但路线所经地段下部为全部石炭系的山西组和太原组的煤系底层，而且煤层已经开采2～3层煤，其余煤层正在开采或即将开采，山体由于受煤层采空的影响，岩体破碎，山体内部裂缝贯通，山体发生沉陷变形，如果山坡因开挖而形成陡壁，致使陡壁之上的破碎岩石土处于临空状态，因而失去支撑点，雨水的降临将会导致碎石土软化成塑性状态，使其摩擦角大大降低，从而产生沿裂缝或古斜坡面的下滑。但这种下滑在其开始阶段并非表现为碎石土的整体下滑，而仅限于前缘部位，且滑动的范围也往往较小。随着前缘部位的滑动，致使其周边和后缘部位处于临空状态，从而产生失稳和下滑，形成叠加于先前滑坡体之上的新滑坡体，于是滑坡的范围得以扩大，滑坡体的体积也随之增加。后缘和周边部位的滑移，必将产生新的后缘和周边，滑坡体的范围和规模也会相应扩大，因此滑坡的形成和发展经历了一个由小到大的扩展过程。滑坡体的滑动是牵引扩展式的，即在前缘滑坡体的牵引下，引起后缘滑坡体的失稳而产生新的下滑，并在下滑过程中形成了一系列的拉张裂隙。

在路段内，虽然山体均由砂岩和页岩构成，在没有煤炭采空的地区，砂岩和页岩的节理、裂隙不发育或较发育，岩体基本稳定，不会产生大的崩塌。而在本路线所经地段的岩体受煤炭采空的影响，岩体在外力的物理作用下，裂隙极其发育，在多数地段内均成碎块状结构。具此种结构的岩体，在不受破坏的条件下，通常还是稳定的，但一旦处于悬空和临空状态则必将失稳。而且煤炭采空的影响还将继续发展，一旦达到临界状态，产生崩塌是必然的。

在本路段内的路基下沉主要是煤炭采空影响形成的陷落坑，反映在路面上是路基下陷、板面破损以及路面上纵向、横向的裂缝。

(2)其他因素的影响。在本路段的不少地段内，被开挖的山体高度均在15m以上，且开挖后的内边坡陡峻直立，从而形成悬空的危岩。因此内边坡陡峻、未设边坡台阶和不适当的开挖方法乃是导致滑坡和崩塌的另一原因。而过大的临空面则是地基下沉的又一原因。因为临沟一侧的公路正处在临空面较大的部位上，所以也是路基下沉最严重的地段。

4 公路病害的治理方案

(1)卸载+挡墙。一般滑坡当滑坡体的滑移方向与公路的纵向延伸近于平行且其规模较小时，此时滑坡虽临近公路，同时又有滑坡体滑向公路，但其量往往较小，还不至于对公路造成较大的危害，在此条件下，用普通重力式挡土墙即可达到预期目的。对于滑体体积大的滑坡，如果卸载能够更好的解决问题，就把滑体卸载，在没有别的好的治理方法时，卸载是最好的一种方法。

(2)上部抗滑桩+下部重力式挡土墙。该治理方案用于大型滑坡的治理。中部进行部分卸载，前缘部位设下部重力式挡土墙，上部设抗滑桩，周边设排水沟，以达到治理目的。

(3)钢筋混凝土锚杆挡墙式。该方案用于大中型滑坡的治理，其特点是在清理坡面危石之后，在滑坡的前缘段设置一道钢筋混凝土锚杆挡墙，用以稳固滑坡坡脚和固定滑坡体。

(4)锚喷方案。该方案用于中小型滑、边坡的治理以及崩塌的治理，其特点是在清理坡面危石之后，在滑、边坡的坡面进行锚杆施工锚固坡面，然后进行挂网喷浆，达到稳固滑、边坡体和崩塌体的作用。

(5)清理坡面。对于坡面剥落或对公路影响不大的小型崩塌和危石进行清理。

(6)压力注浆。改善岩土力学性能的基本原理是用压送手段把具有一定粘胶性能的水泥浆注入路基松疏的岩土及填挖交界面中，用以固结疏松的岩土和填挖交界面，提高岩土密实度及填挖界面的粘聚力，改善岩土的力学性能。同时注浆完毕后，留在路基中的钢管，还构成了一群抗滑小桩体，从而防止了路基的沉陷及侧向位移。

对于路段内的煤炭采空的治理，需要协调各个部门进行综合治理。

［1］ 公路工程地质勘察规范(JTJ064-98).

［2］ 公路路基设计规范(JTG D30-2004).

［3］ 铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006).

［4］ 建筑边坡工程技术规范(GB 50330-2002).