某高速公路EK1+542～EK1+705段路基开裂原因分析及治理措施

郭 彪

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

1 概述

1.1 工程概况

某高速公路互通式立交EK1+570～EK1+615 位置滑坡位于威宁县中水镇上寨村，距中水镇约4km。滑坡附近为省道，交通较便利。

1.2 原设计及现状概况

EK1+542～EK1+705 段填土高度约为8～16m，填方量约34480m3，共两级边坡，第一级边坡坡率为1∶1.5，第二级边坡坡率为1∶1.75，路基防护形式均为衬砌拱护坡；原地面坡度约10～20°，该段路基处于斜坡地形，坡脚为宽缓冲沟。

该段路基在施工前发生滑坡，故在坡脚位置设置抗滑桩处理，桩间设置桩间板。

后期，本段路基已施工完成的路面发生开裂，裂缝宽度约3～5cm，垂直高差约5cm，长度约80～100m，路基一级边坡平台位置出现轻微鼓胀，坡脚抗滑桩未发生位移。

现场踏勘后，结合过程中的变更设计和勘察资料，综合分析此处病害为降雨影响，填筑体采用高液限土[1]填筑不能保证路基长期处于稳定状态，路基基础受雨水浸泡后软化，降雨导致路基饱水后各项参数降低,进而失稳出现垮塌开裂。

分析原因后，立即安排对病害点进行详细地质勘查，采用工程地质调绘、钻探、试验等手段，用以验证地质勘查报告的准确性，为合理准确的治理方案提供真实有效的依据。

2 区域地质条件

2.1 气象、水文

项目区所处位置属亚热带季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，雨热同期，光能资源和风能资源丰富。多年平均气温10～12℃，1月平均气温1.5℃，极端最低气温-15.5℃，7月平均气温17.9℃，极端最高气温30.6℃，无霜期年平均179d，年平均日照时数1824h，年总辐射113.72kcal/cm2。降水量集中在5月至10月，11月至次年四月为旱季(5月中旬有霜，春旱严重；5月下旬进入雨季，小满后常有冰雹，端阳节后常大雨磅礴、平地起水，9月常连阴)，寒湿季节分明，年平均降雨量960mm。

路基处于山坳中部地带，该山坳内无水田、水塘及其他地表水系。地下水仅赋存于原近地表处的第四系松散堆积层中，以大气降水补给为主，大部分水体沿坡体松散层自高向低处流动，少部分水体下渗到第三系土体中。现松散层孔隙潜水赋存于填筑土与原近地表处的第四系松散堆积层中，其水位标高受降雨影响较大。据调绘：勘察阶段坡角持续有水流出，流量约1L/s。

2.2 地形地貌

项目区所处地貌单元为剥蚀中山山坳，原地形西高东低，坡顶为宽缓斜坡，坡脚发育宽缓冲沟，地形坡度15°左右，坡向77°左右，地面高程介于1820～1876m，相对高差56m，现已填筑修建公路。

2.3 地质构造

项目区所处区域地质构造属于威宁北西向构造变形区，位于六盘水断陷的东北部，在威宁-水城-六支的地带上呈长250km、宽40km的北西向长条形分布，东南端抵达黔南台陷，西北段延入云南境内。该构造变形区的威宁与水城之间主干构造为以下石炭统为核部的威水背斜，延长约50km，褶皱紧密，轴部为走向冲断层所破坏，两翼发育北东向和北北西向的一对扭性断裂。

路基区域地层连续分布，未发现有断裂构造，地质构造简单。

2.4 地震

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)、《建筑设计抗震规范》(GB 50011—2010)，项目区设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s，抗震设防烈度为Ⅶ度，抗震设计按《公路工程抗震设计规范》(JTG B02—2013)的有关规定执行。

2.5 水文地质条件

据调绘与钻探揭示，地下水主要为填筑土内松散层和第四系松散层孔隙潜水，大气降水是孔隙潜水的补给源，其径流受地表岩性(粘性土)控制，基本沿斜坡由高向低径流，在低洼处的坡脚处渗出。在勘察期发现坡角持续有水流出，流量约1L/s。

3 路基开裂区岩土体特征及开裂机理分析

3.1 岩土体分布及特征

3.1.1路基开裂前勘察揭露地层

路基开裂前，根据地质勘查钻孔揭露：勘查区内主要地层为第四系残坡积层，主要为粉质黏土。勘查区内滑坡体及其所处山坡岩土体由新到老依次为：

钻探揭示该层最大厚度2.20m。

本次勘察钻探揭示该层最大厚度7.00m。

③粉砂土(Nz)：土黄色，主要由石英、长石云母等矿物组成，呈稍密状，湿。

本次勘察最大揭露层厚5.10m。

④黏土(Nz)：灰黄-青灰色，土质较均匀，结构中密。含少量腐殖质斑点和20%～30%砾石颗粒，饱和，硬塑。

本次勘察最大揭露层厚20.90m，未揭穿。

⑤圆砾土(Nz)：灰褐色，圆砾成分主要为强风化玄武岩，圆砾粒径约1～2cm，含量约60%～70%，中密，湿。

本次勘察钻探揭示该层最大厚度4.90m。

3.1.2路基开裂后勘察揭露地层

路基开裂后，根据地质勘查钻孔揭露：勘查区内原地面以下主要地层为第四系残坡积层，主要为粉质黏土。本次钻孔直接沿已填筑的路基顶面钻入,填筑体及其所处山坡岩土体由新到老依次为：

本次勘察钻探揭示该层最大厚度11m。

本次勘察钻探揭示该层最大厚度3.40m。

③黏土(Nz)：灰黄-青灰色，土质较均匀，结构中密。含少量砾石颗粒，硬塑，岩芯局部呈可塑状。

本次勘察最大揭露层厚13.00m，未揭穿。

④圆砾土(Nz)：灰褐色，圆砾成分主要为强风化玄武岩，圆砾粒径约10～30mm，含量约60%～70%，中密，湿。

本次勘察钻探揭示该层最大厚度0.60m。

3.1.3路基开裂前后地层对比

3.2 路基开裂形成机理分析

路基开裂垮塌可能形成的机理为：填筑路基抗剪强度[2]较低，自身稳定性较差，经调查该路段区域降雨量集中在5月至10月，雨水沿路基右侧填平区下渗进入路基后进一步降低路基抗剪强度，导致失稳发生垮塌。

4 路基开裂的危害

E匝道EK1+542～EK1+705 段路基开裂直接影响本段路基运营过程中的行车安全，若病害继续发展造成路基垮塌将导致路基下游农田损坏，故必须治理。

5 治理措施

根据路基开裂前后勘察情况确定本段路基基础位置不存在软弱地基，故根据两次地质勘查及现场情况提出治理措施，路基治理典型断面图。

方案一：清除填筑体后采用石渣填筑路基，基础换填2m厚碎石土。

方案二：清除填筑体后采用石渣填筑路基，基础设置5m厚碎石土。

经对比分析，并考虑安全因素，确定方案二作为路基开裂治理措施，路基治理典型断面图见图1。

图1 路基治理典型断面图

具体治理措施：清除填筑体后采用石渣填筑路基，基础设置5m厚石渣。

(1)清除填筑土：自上而下分层清除开裂填筑土方及路基右侧填平区，土方可临时堆放于省界收费站左场区或弃土场。

(2)基础换填：对EK1+542～EK1+705段路基基底分台阶超挖5m后，对路基基础采用石渣进行换填,换填时在开挖后的基础最低点位置设置2m 厚的碎石滤水层，用以排出路基基底汇水。

(3)设置涵洞：挖除路基右侧填平区，在EK1+590 位置设置D=2m 钢波纹管涵，波纹管涵长度49m，与路线法线交角60°，将路基右侧汇水引至EK1+590涵洞后排出。

(4)路基回填：对本段路堤采用石渣进行填筑。

(5)按照原设计要求恢复路基、防护、排水、路面、护栏等设施。