某公路高填路基塌方分析和处治

蔡茂星

(福建弘沁工程勘察设计有限公司，南平 353000)

1 工程概况

路堤边坡里程K1+120～K1+200m 处， 路堤长80.00m，最高填方17.20m，路堤填方标高211.50m，坡脚标高194.30m，为压实填方土质边坡。 原边坡填土方量较大，裸露边坡面积较大，长期受雨水冲刷造成边坡长期泡水软化削弱了土体的抗剪强度， 再者受地下水变化所产生的渗透压力对边坡稳定性也造成一定的影响， 路堤边坡坡率为1∶1.5、1∶1.75，边坡高度15～17.2m，基底为护脚防护，由于雨水冲刷及丰富地下水，现已造成该段边坡第一阶梯填方局部地段塌方， 边坡有部分土方开裂塌方及原泄水孔有大量地下水排出，边坡破坏后果严重，路堤护脚先后发生了严重的变形， 严重影响了厂区的畅通和行车安全。

图1 边坡塌方现状图

2 地形地貌、周边环境及地质构造

高路堤位于原属沟谷冲积地貌，后经建设道路，地形变化较大， 路堤地面标高为211.50m， 坡下场地标高为194.30m，高差约17.20m。高路堤采用二级填方边坡，每级坡高约8.00m，为压实填方土质边坡，该段边坡第一阶梯填方局部地段塌方，路堤边坡下方为新型材料有限公司，采用网格梁防护边坡。

拟建场地处于闽西北隆起带隆起中部， 断裂带南东侧。 拟建场地内未见对工程安全有明显影响的活动性断裂、区域地质构造通过。

边坡区地层中等复杂， 根据钻孔揭示及地质调绘成果，挡墙段在勘察范围内自上而下岩土层由素填土①、粉质粘土②、全风化变粒岩③、砂土状强风化变粒岩④等组成。

根据地质勘察单位提供的勘察资料， 该滑坡滑向约156°，滑坡前缘高程195.78～196.18m，后缘高程211.81m，滑体较陡，坡度约35°，滑体纵向长约25.00m，横向宽约25.00m。 滑体空间分布不均匀，一般具有前缘较厚，前缘较薄之特点，后缘一带厚8.40m～11.30m，中部厚5.90m～15.40m， 前缘厚1.10～1.90m； 平均厚 度7.60m， 面积625.00m2，体积4750m3，属小型土质滑坡。

滑坡体位于道路(K1+120～K1+200m)，总体地形北高南低，后缘与滑体构成典型的“∩”塌方形态，由北到南地形变化如下：

(1)裂缝宽20～30mm，长10～15m，下错不明显；

(2)滑体坡面度较陡，坡度35～45°，中轴部微凸；

(3)滑体前缘地形较平坦。

3 滑坡影响因素与变形破坏机制

3.1 影响因素

据调查及综合分析， 滑坡变形机制主要为近期连续暴雨形成的推动式土质滑坡， 其形成和发展变化受多种因素控制，主要影响因素包括降雨、斜坡土体物质组成和结构特征、地形地貌条件、地表水及地下水条件及人类工程活动等，分述如下：

(1)降雨量大且强度高是老滑坡发生次生灾害的另一个主要诱发因素。 大量降雨的入渗， 首先增加了土体自重，其次降低了土体的力学性能，特别是抗剪强度，诱使滑坡后缘拉张裂缝进一步发育并产生滑移下错， 土体在重力作用下产生滑移变形。

(2)滑坡滑体物质组成主要为素填土(粉质粘土)，(5.50～7.00m)灰褐色，稍密，饱和，局部夹风化碎石，含量约占10%～15%，粒径20～30mm，风化碎石手捏可碎，角砾约占10%，中细砂约占10%，其余为粘性土，碎石呈次棱角状，颗粒级配差， 胶结较差； 其他钻孔滑带粘性土含水量占优，(3.00～5.00m)主要表现为泥质具滑腻感状；路堤边缘可见张裂缝，裂缝宽20～30mm，长10～15m，下错不明显，为滑坡的进一步发展、破坏提供了物质条件。

(3)滑坡滑体地处填方边坡地段，坡度一般15～35°，这为滑坡滑动提供了良好的前缘临空条件。

(4)地表水及地下水是该滑坡形成的诱因之一。 填方边坡岩土体结构松散，易受大气降水垂直入渗。区内降雨量大而集中，多发大雨、暴雨，雨水的下渗，不但降低了岩土体的抗剪强度，还提高了填土土体重量，诱发填方边坡土体产生蠕滑变形。

(5)目前勘察区内的人类工程活动主要表现为路堤，后期路基内有荷载较大的货车通过，对滑坡影响较大，这为滑坡滑动提供了良好的上部荷载变形条件。

3.2 变形破坏机制

该滑坡属土质滑坡，上部填土厚度较大，一般3.00～5.00m，成份主要为素填土(风化碎石夹粉质粘土)，呈稍密状，胶结较弱。 滑体的主要组成物质是褐色，稍密，饱和，局部夹风化碎石，含量约占10%～15%，粒径20～30mm，风化碎石手捏可碎，角砾约占10%，中细砂约占10%，其余为粘性土，碎石呈次棱角状，颗粒级配差，胶结较差；其他钻孔滑带粘性土含水量占优，(4.00～5.00m)主要表现为泥质具滑腻感状，应为滑体在移动过程中形成的滑动所致，再加上后期的物理、 化学风化作用形成滑体成份软硬不一等典型现象。 滑体的这些典型结构构造不但在钻孔中得以揭示，据地面变形特征、物质组成综合分析滑坡属推动式土质滑坡，目前处于欠稳定状态。

4 滑坡稳定性分析

高填边坡区未发现活动断裂和不良地质现象， 根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016 年版)4.1.5 条及表4.1.3，场区属抗震设防烈度6 度区，地震动峰值加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，高填区标准场地反应谱特征周期为0.35。

边坡自然坡度约35～45°，滑坡范围内岩土层以素填土、粉质粘土及风化岩为主，坡度较陡，稳定性较差，场地地形整体北高南低，岩土界面倾角约19°，填土底面的天然坡度大于15%，路基回填后，因连续暴雨，使高填边坡岩土体沿岩土界面发生整体滑移破坏。

4.1 工况条件的确定

(1)正常工况：自重，正常工况即为晴天或者零星小雨的气候条件下，滑体处于天然状态。 取天然滑体湿容重。

(2)非正常工况：自重+暴雨，非正常工况即为暴雨或者持续强降雨的气候条件下，地表水沿裂缝渗入滑体，将受到浮力和动力水压力作用，按饱和和湿容重考虑。

由于本塌方边坡已经处于非正常工况情况， 参考地质勘探报告，具体选取按滑坡土体计算参数如表1 所示。

4.2 滑坡稳定性计算

采用理正软件计算，滑动面按折面，对K1+140 剖面进行稳定性分析，不考虑地下水和地震荷载，计算剖面图及计算结果如图2 所示。

图2 K1+140 计算剖面

表1 滑坡土体计算参数

根据理正计算结果显示， 非正常工况安全系数小于《公路滑坡防治设计规范》的规定，处于不稳定状态，故应对该塌方边坡采取处治措施。

5 塌方处治措施

经过上述分析，若塌方滑坡带处不经过处理，将严重影响了厂区的畅通和行车安全。 塌方处治方案从以下几个方面进行考虑：①清表及坡面卸土减载，并严格控制卸载程序；②改变路基填料的强度，增加土工格栅回填；③做好临时排水、封面处理，增加边坡排水措施；④底部增设抗滑挡墙。 K1+120-K1+200 边坡塌方综合采取以下措施进行处理：

图3 边坡塌方平面图

(1)塌方边坡为素填土较松散，且厚度为2～5m，先把塌落的土方挖除，并采用台阶式开挖，台阶的宽度不小于4m， 台阶应有3%向内倾斜的横坡， 对整体坡面进行卸载。

(2)塌方处填方采用加筋土填筑，设计筋材垂直铺设层间距， 筋材水平铺设长度及规格可详见边坡防护示意图。 填料选用现场开山强-中风化碎石土， 边坡上部2m采用现场坡残积粘性土压实回填以止水防渗。 填料压实度要求≥95%。 填料中有尖锐棱角等有损塑料土工筋带的部分不得大于总量的15%， 填料最大粒径不得大于200mm。 本工程使用的土工格栅为单向拉伸塑料土工格栅(GDL)。产品除应除满足《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-2014)和《交通工程土工合成材料-土工格栅》(JT/T480-2002)的要求外，为保证边坡工程的安全稳定还需满足如下具体要求：

①原材料。 本工程要求土工格栅的原材料为高密度聚乙烯(HDPE)，且必须是采用全部新的原始粒状原料，严禁采用粉状和再造粒状颗粒原料。

②格栅类型。 本工程要求的土工格栅为单向拉伸土工格栅。

③连接强度。 每种型号的格栅均应提供相应的配套连接棒型号。 连接棒的连接强度必须经过测试不小于相应型号的格栅极限抗拉强度，并提供相应的检测报告。

图4 边坡塌方处治断面图

④格栅形状。格栅沿卷长方向(纵向)上的横肋间距要求不大于35cm，产品尺寸及偏差应符合《交通工程土工合成材料-土工格栅》(JT/T480-2002)的要求。

⑤格栅技术指标见表2。

表2 土工格栅技术指标表

(3)塌方边坡区域，要设立临时排水设施，如挖筑临时急流槽、排水沟、挡水埝等，以便下雨时水能尽快排出。边坡挖除后为了防止雨水冲刷渗入，采用塑料薄膜覆盖。在第二阶底设置间距2～3m 平孔排水， 并在挡墙底设置排水沟及盲沟接入道路排水系统。

(4)通过塌方边坡整体稳定性进行验算，为了保证厂区的畅通和行车安全，采用抗滑挡墙进行支护，持力层进入砂土状强风化变粒岩， 路堤边坡采用框格植草进行恢复。

6 结束语

图5 边坡平孔排水示意图

通过对高填路基滑坡地质特征、 滑坡影响因素与变形破坏机制分析， 认为路堤下边坡工厂已经进入生产运营阶段，保证厂区的畅通和行车安全是关键。本次设计是对填方滑坡先清除杂物及坡面卸土减载，分段开挖台阶，分段回填加筋土， 边坡设置平孔排水， 底部增设抗滑挡墙， 增设框格植草等防护措施， 经过今年多次暴雨的考验，边坡塌方未出现滑动，边坡处于稳定常态。