高速公路软土路基滑塌原因分析及治理

徐宇峰

中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056

在公路工程建设中，软土是较为常见的特殊性岩土，因其承载力低、压缩性高、空间分布差异性大等特点，常制约着平原水网区高速公路建设的进度、工程质量与工程规模[1]。软土路基失稳破坏在工程建设中也时常发生，文章结合具体的工程案例，在整体稳定性分析满足要求时，即剪切滑动破坏下的稳定性系数较高，刚性桩加固治理段落仍发生了滑塌破坏，基于此，文章分析了该刚性桩治理路段的软基失稳原因，并提出了相应的轻质土填筑治理方案。

1 项目概况

滑塌失稳段落为冲湖积平原地貌，地形平坦开阔，大多为农田及鱼塘。表层软土层为第四系全新统冲湖积、冲积层，主要由粉质黏土、淤泥质土夹砂土等组成，填方路段软土按成因类型属于湖湘沉积，钻探揭示厚度为3.4～12.5m，灰褐色，呈流塑状，高压缩性；下伏硬塑状粉质黏土，黄褐色，该层沿路线轴向方向稍有起伏；下部为侏罗系武昌群强风化泥质砂岩，砂质结构，工程地质条件较好。

路基滑塌失稳段落K17+150～K17+345段路基段设计中心填高为7.1～8.9m，平均填高约8.1m，最大填高为8.9m。填方坡率为1∶1.5，护坡道宽1m。原软土路基治理方案如表1所示。

表1 原软土路基设计治理方案 单位：m

该段路基、路面工程施工完成后，于2020年12月25日在例行巡查中发现K17+160～K17+230左幅内侧行车道靠中分带位置出现纵向裂缝，裂缝宽度为2～8cm，至次日凌晨K17+160～K17+230段左幅路基陡然出现沉陷破坏，与右幅路基错台最大高度约5m，前后相邻路基亦出现纵向裂缝。根据现场勘察及地质雷达探测情况，该段路基左幅已经形成整体破坏，坡脚线外5～10m处地表有轻微隆起，右幅也已形成相对较轻的破坏。

2 滑塌原因分析

刚性桩复合地基有两种设计思路：（1）短而密刚性桩复合地基，与柔性桩复合地基类似确定桩间距及桩长，相当于利用刚性桩代替柔性桩，桩身范围内存在较大范围的等沉区，可近似看作复合材料地基、实体基础，属于传统的复合地基，破坏模式通常为剪切破坏[2]。（2）长而疏刚性桩复合地基，按照大承载力、大间距、大桩帽的原则进行设计，通常没有等沉区或等沉区较小，土拱效应产生后由刚性桩和桩间土共同承担顶部荷载，属于广义复合地基。在此模式下，当桩间土承担的荷载过大而土体强度又相对较低时，桩间土易产生绕过桩体的流状滑动，刚性桩破坏模式以受弯断裂为主，往往表现为“脆性破坏”，滑塌具有突发性，需限制桩间土沉降和位移来避免刚性桩受弯断裂，这类破坏类型被称为绕流滑动。

该段软土路基处于密集鱼塘及沟渠路段，路堤左侧坡脚大部分为鱼塘，坡脚处的临空面是路基下方流塑状软土较好的流通通道，会对路基稳定产生不利影响[3]。查阅施工记录，受疫情影响，复工后路基填土速率过快，软土层排水固结不充分，也成为此次事故的诱因之一。

经过现场补充勘察及地质雷达探测分析，路基区水塘密布，基本无硬壳层；软土呈流塑状，抗剪强度很低，且路基横断面方向软土层厚度存在空间差异，左侧软土厚度明显大于右侧；通过勘察坡脚软土隆起位置及现场清理处理，确定路基下软土发生了绕流滑动，刚性桩已断裂或已偏移倾斜；路基右侧路面层以下经雷达探测已出现拉裂破坏[4]。

3 强度参数确定

治理设计根据现场裂缝及坍塌产生过程对原地勘参数进行反算修正，确定参数后再进行治理计算分析。对原设计方案进行计算，该段落的路堤稳定性安全系数＞1.3，表明此处复合地基采用整体稳定分析设计是不合理的，桩间土实际已发生绕流滑动。通过查阅施工记录及变更设计文件，K17+158～K17+440段路基填筑至4m高时，出现过纵向裂缝，临时反压治理后，经一段时间观测，裂缝未发展，此次路基及路面工程施工完成后，K17+160～K17+230段路基在短时间内出现沉降滑移破坏，推测原复合地基桩已破坏失效，综合两种破坏模式及实际情况建模反算，得出现状地基极限状态下淤泥质软土黏聚力c=8kPa、内摩擦角φ=2°。

4 治理方案设计

治理方案设计原则如下：（1）路基填筑在当前高度下发生沉陷、开裂破坏，在综合考虑稳定性、施工便捷性及工期要求的基础上确定变更设计方案；（2）根据现场勘察及地质雷达探测情况，发现路面结构层以下部位存在不密实现象，疑似裂缝类病害，且左幅疑似裂缝情况较右幅严重；（3）原加固管桩因路基产生绕流滑动破坏，且破坏过程短，因此反算时将管桩作为已完全失效考虑，不计入原加固管桩的作用；（4）不考虑原路基填筑中土工格栅等附加措施的作用。

基于以上原则，分别对K17+150～K17+345段滑塌破坏左幅全部挖除后填筑泡沫轻质土至路床标高，通过试算，右幅挖除保留至原路基2.5m高填土，卸载后填筑泡沫轻质土至路床标高，路基两侧在原征地范围内宽填20m（填土高度为2.5m）作为反压护道，以此为模型采用有限元计算分析，分析结果如图1所示，路堤整体滑动安全系数为1.372，路堤整体稳定性满足要求。最终拟订的治理方案如图2所示。

图1 变更稳定性分析计算结果

图2 变更设计治理方案（单位：m）

轻质土路堤需考虑抗浮稳定性，该段路基段设计中心填高7.1～8.9m，平均填高约8.1m，泡沫轻质土底部标高14.1m，最大内涝水位为19.88m。因此最大内涝时路基浸水深度为5.78m。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）进行抗浮稳定性计算，填土高度为7.1～8.9m，对应的抗浮稳定系数为1.09～1.27，抗浮稳定满足规范要求[5]。

软土路基需进行沉降计算，根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）进行沉降计算分析，工后沉降为0.167m，小于规范要求的容许工后沉降，即一般路段小于0.3m，涵洞通道处小于0.2m的要求[5]。

5 结论

（1）当桩间土的工程性质很差时，其承受路堤传递的荷载较大，因其流动性强的特性，刚性桩复合地基存在绕流滑动破坏失稳的可能性；（2）在软土性状很差且软基失稳的状况下，可采用轻质土进行治理；（3）软土路基在设计和施工过程中应明确其空间分布特征，治理措施应根据空间分布进行调整，并在施工过程中控制路基填筑速率，预留足够的固结沉降时间。