孔維偉

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610041)

山區(qū)公路建設(shè)由于空間跨度大、平面延展長，為滿足不同線形、 坡度及地形地質(zhì)條件，需穿越不同地質(zhì)類型和地貌單元。特別是高速公路在較高線形要求前提下，不可避免出現(xiàn)大量填方路堤工程[1]。通車運營后，隨巖土體流變性質(zhì)變化和車輛循環(huán)重載作用下，勢必影響路堤內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變和位移的時效特征，導(dǎo)致其長期穩(wěn)定性降低，常出現(xiàn)局部不均勻沉降、縱橫向路基開裂、填筑體中下部側(cè)向圓弧剪出，甚至整體失穩(wěn)滑移等現(xiàn)象，高填方路堤段、填挖交界處、陡斜坡路堤、橋涵臺背與路堤填方過渡段及軟弱下臥層時尤為突出。究其成因，設(shè)計時基底以下處理措施不當或處治效果較差，地基易壓縮沉降或擠壓變形；或銜接過渡段設(shè)計不合理，兩側(cè)材料彈性模量相差較大，沉降時變形協(xié)調(diào)不一致；亦或施工時材料選用劣質(zhì)、級配不合理或填筑、碾壓工序不當，或未分層壓實，甚至邊溝破損滲潤路堤等，均可導(dǎo)致塑性變形和沉陷破壞。

作為典型的路基病害，路堤滑坡具有明顯隱蔽性、突發(fā)性和環(huán)境依賴特征，其所賦存的地質(zhì)因素、人為影響，和所處的氣象水文環(huán)境，及在役高速車輛通行保通等應(yīng)急響應(yīng)、信息發(fā)布等要素，均是路堤滑坡處治方案選用、優(yōu)化乃至處治效果好壞與否的關(guān)鍵。常用的處治措施主要有換土復(fù)填、化學固化劑加固、反壓護道加寬、加筋土工材料、鋼花管注漿、路肩/坡腳支擋、基底粉噴樁、錨桿/土釘加固、砌體坡面封閉、截排水疏導(dǎo)等[2-4]，施工時大多采用提前導(dǎo)流的斷道形式，針對運營期高速公路路堤滑坡考慮保通條件下的應(yīng)急處治與加固防護則較少見。本文以四川省某已通車運營多年高速為例，在運營期地質(zhì)勘察揭露路堤填筑體及下覆基底巖土體情況的基礎(chǔ)上，分析強降雨致災(zāi)環(huán)境下路堤滑坡復(fù)雜成因，并考慮保通條件下的應(yīng)急措施和通行安全，以最優(yōu)措施保障處治方案的及時、高效和成功實施。

1 路堤滑坡概況

由于2018年6月26日～7月11日四川盆地連續(xù)強降雨天氣，已運營成綿復(fù)線高速公路(2012年5月10日通車)路基段K99+900滑坡于7月11日上午開始路面沉降，形成43 m長縱向貫通裂縫。滑坡沿南西方向沉降滑移，與路線走向呈135°的大角度斜交，平面上呈圈椅狀。該滑坡已嚴重影響高速通車安全，高速公路管理主體部門(建設(shè)方和省廳高速公路管理局等)第一時間采取交通管制，調(diào)整為半幅通行。該段路基原填方高度5～9 m，一級填方邊坡，坡比1∶1.50。

路堤滑體內(nèi)垂直主滑方向裂縫較少，主要在后緣及前緣發(fā)育，滑體兩側(cè)縱向裂縫較多。后緣寬約45 m，裂縫張開5～30 cm，形成高約0.5～1.5 m錯臺，兩側(cè)坡體發(fā)育沿主滑方向縱向裂縫，縫寬約2～7 cm，延伸0.5～5 m不等；滑體前緣裂縫水溝溝壁垮塌，局部田埂小裂縫，長度一般1～3 m，輕微隆起?；w縱向長度約96 m，寬度約45 m，平均厚度4.5 m，體積19 440 m3，為牽引式土質(zhì)滑坡，滑床為基巖(圖1)。

圖1 在役高速路堤滑坡現(xiàn)場

2 地質(zhì)環(huán)境與滑坡成因

2.1 地貌、地層

屬侵蝕堆積之高階地，典型紅層丘陵地形，總體地勢向南西側(cè)傾斜，地層平緩。優(yōu)勢地層產(chǎn)狀195°∠5°，或5°以下。海拔標高550.0～605.0 m，橫、縱向高差較小，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育坳溝，溝谷內(nèi)多農(nóng)田，植被較發(fā)育。場地距龍門山中央斷裂、龍門山前山斷裂的直線距離分別約35 km、30 km，受2008年05月12日強烈地震的波及和影響，場區(qū)建筑物墻面普遍開裂，部分圍墻及建筑年代較久遠的房屋倒塌。場區(qū)地震動峰值加速度0.10g，地震基本烈度Ⅶ度。

地層為第四系全新統(tǒng)人工填筑土(Q4me)、滑坡堆積層(Q4del)，中更新統(tǒng)冰水堆積層(Q2fgl)及零星出露白堊系下統(tǒng)劍閣組(K1jn)。其中成綿高速復(fù)線路基填筑土為中-強風化砂、卵石及少量塊、碎石構(gòu)成，稍密-中密，潮濕，滲透性較好，在滑坡范圍內(nèi)厚5～7m；滑坡堆積層(Q4del)分布于右幅路基及下邊坡，由路基填筑體及Q2fgl層上部粉質(zhì)粘土構(gòu)成。鉆孔ZK5揭露厚度為9.40 m[5]。冰水堆積層(Q2fgl)廣泛分布于路基兩側(cè)，由表部薄層粉質(zhì)粘土和卵石組成。下伏基巖白堊系下統(tǒng)劍閣組(K1jn)為暗紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，粉泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層-中厚層狀構(gòu)造(圖2)。

圖2 路堤滑坡工程地質(zhì)平面圖

2.2 路堤滑坡成因分析

場地附近無大的地表水體，剛大雨過后，坳溝涵洞溝渠內(nèi)有流水，流量隨雨量變化而變化，場地分布一些農(nóng)用灌溉水塘，距滑坡較遠。人工填土(Q4me)卵石透水性好，賦存條件較差，補給源有限，富水性一般。中更新統(tǒng)冰水堆積層(Q2fgl)透水性及富水性差，地下水較貧乏；卵石厚度小，多呈透鏡狀，富水性總體不強。裂隙水則賦存于K1jn地層全-強風化帶裂隙含水層中，粉砂質(zhì)泥巖相對完整，結(jié)構(gòu)致密，形成有效隔水層。

成綿復(fù)線在該段以NE66°方向近垂直丘坡而行，路基段處于丘間坳溝內(nèi)，為場地原地表水排泄通道。路基中線處填方高度7.5 m，右側(cè)邊緣最大填方高度9 m。滑塌前，場地斜坡坡度為5°～15°淺丘緩坡，路基填筑段稍陡，坡表填筑體砂、卵石具大孔隙、易沖蝕等特性，為大氣降水和地表匯水提供較好下滲通道。路基外斜坡多被墾為旱地或水田，果木茂密，自然狀態(tài)下穩(wěn)定性好。

加載后原地基粘土層產(chǎn)生壓密作用，改變原有地下水排泄通道，在原地基中形成富水盆地。特別是場區(qū)6月底至7月中旬連續(xù)暴雨導(dǎo)致路基兩側(cè)邊溝水毀嚴重，地表徑流遇阻、路堤坡腳水位抬升疊加填土結(jié)構(gòu)疏松，大量地表水滲入路基填筑體，含水量自上而下逐漸增大，近原地面則呈飽水狀態(tài)。導(dǎo)致填方土體荷重增加，下部路堤坡腳所匯集的地表水與地下水排泄不暢，場地內(nèi)深部厚約3～6 m的基底下Q2fgl層粘土趨于飽和、軟化，土體以軟塑-可塑狀為主，降低其抗剪強度。在抗剪強度降低及荷載增加影響下，導(dǎo)致K99+870～K99+915段右側(cè)Q2fgl層粘土層沿基巖面產(chǎn)生側(cè)向蠕動，進而牽引右幅路堤沉降變形、滑移，形成現(xiàn)有路堤滑坡的變形特征，裂縫亦表現(xiàn)為順路線走向張拉形式。

3 應(yīng)急保通方案

現(xiàn)有資料和成果中應(yīng)急保通、搶通方案大多為水毀、崩滑災(zāi)害等造成通行道路中斷或“5·12”汶川地震后為搶險生命通道所采取的措施，以確保后續(xù)搶險救災(zāi)工作的快速開展。多采用重快速響應(yīng)、重指揮體系、重多部門協(xié)作、重交通組織、重機械設(shè)備等方式[6-9]，或改移道路等，才能保證整個過程有序、高效與安全實施。但針對在役高速保通條件下的路堤滑坡處治技術(shù)及復(fù)雜運營環(huán)境下安全施工與防控方案研究則較少。

成綿高速復(fù)線項目本路段路堤滑坡發(fā)生后，考慮線路為成都平原經(jīng)濟區(qū)兩大城市成都、綿陽間重要城際直達高速，同時鑒于路基病害現(xiàn)狀變形特征，中央分隔帶另一側(cè)尚未裂縫出現(xiàn)，暫可小型客車通行，并基于過程控制的動態(tài)設(shè)計理念，采用應(yīng)急保通措施+永久處治工程分步實施。于當天第一時間即給出應(yīng)急保通方案，并由建設(shè)方和主管部門進行信息報送、新聞網(wǎng)和新媒體公眾號發(fā)布，及廣播電臺滾動播報等，并緊急調(diào)運多臺挖土機和裝載機等以備待用。

首先對路面開裂處灌漿封閉，并用防水彩條布及時路表覆蓋，以防雨水滲入既有裂縫進一步侵襲填筑坡體，進而沖刷帶走充填的細顆粒物質(zhì)，造成路堤沉降和變形加劇。同時在K99+870～K99+915路基病害段坡腳反壓并作為施工平臺，采用3排φ300 mm C80預(yù)制管樁應(yīng)急加固(圖3)，縱橫間距1 m，梅花形布設(shè)，以免滑體進一步擴大甚至整體滑出，影響對側(cè)運營車道行駛安全。預(yù)制管樁施工完畢后，經(jīng)現(xiàn)場觀測，路堤滑移段已趨于穩(wěn)定，并截除反壓平臺以上露出樁體。但因預(yù)制管樁不能有效打入基巖內(nèi)，僅起到臨時坡腳加固作用。

圖3 坡腳預(yù)制管樁施工現(xiàn)場圖

為保證后續(xù)永久處治施工安全和開挖擾動影響左幅通行車道，增設(shè)滑坡后緣處微型鋼管灌注樁。通過φ180 mm潛孔錘形成垂直小型鉆孔，并φ140 mm×6.5 mm無縫鋼管管壁鉆孔及連接備制，而后鋼管下孔就位，再孔底注漿法進行壓力注漿(灌注材料M30水泥砂漿，注漿壓力0.2～0.4 MPa)。作為新型抗滑措施，在快速搶險中具快捷、高效、場地要求低、無需大型機械等諸多優(yōu)勢，“鋼管+內(nèi)注水泥砂漿+周側(cè)注漿加固體”所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，嵌入穩(wěn)定巖土層一定深度，樁周和樁間土體注漿填充、滲透等方式固結(jié)成“結(jié)石體”，樁土間黏聚力和抗剪強度得到較大提高，增強土體自穩(wěn)能力，協(xié)同鋼管自身剛度及其巖土體內(nèi)豎向“加筋”作用，共同承受較大剪力和彎曲應(yīng)力，并地表澆注框架系梁，把多排鋼管樁整體聯(lián)結(jié)，以類似復(fù)合擋土墻形式充分發(fā)揮鋼管灌注樁的整體抗滑性能。

鋼管灌注樁采用群樁形式，呈空間剛架體系形成統(tǒng)一整體。處治范圍K99+864～K99+896段，橫斷面方向兩排，橫向間距1.5 m，縱向間距2.0 m，樁頂C25混凝土框架梁，梁截面尺寸0.3 m×0.5 m。為減小鉆孔和鋼管下孔過程中對路基的擾動和鄰孔干擾，采用跳孔施工方法，框架梁開挖盡量減少對路堤破壞。鉆孔為干作業(yè)法成孔，禁止沖水鉆進?；趫龅夭煌馏w滲透性質(zhì)，注漿需先現(xiàn)場試驗，確定水灰比、灌漿壓力、漿液粘度及漿液擴散半徑、單孔注漿量等，保證一定流動性和注漿效果。每段地梁節(jié)點必須一次澆注成型，砼中加早強劑，以爭取工期。整個應(yīng)急保通施工過程中，密切監(jiān)測路面及路堤邊坡變形情況，無新增裂縫及裂縫擴大趨勢，沉降未見加劇，對側(cè)單向雙車道通行路況好，起到了很好的保通作用。

4 滑坡綜合治理

考慮到場地路堤滑體自穩(wěn)性差，滑動面埋深大，且7處鉆探孔揭露滑坡滑體范圍明晰，但仍處于緩慢蠕變期，ZK3、ZK4、ZK5孔(滑面上部約1 m)粘土試樣殘剪強度較低(C=23 kPa、φ=6°，液性指數(shù)為0.35)，并結(jié)合滑坡穩(wěn)定性反演計算，得暴雨工況滑帶土強度參數(shù)C=8 kPa、φ=6°，驗算滑坡推力也較大。路基填筑土體成分雖明確，但結(jié)構(gòu)松散，加上雨水多，填筑體遇水浸泡，粗顆粒間細砂多、粒間膠結(jié)程度差，并含水量大、地下水位亦偏高(先期鋼管灌注樁鉆孔時孔內(nèi)積水較多且易塌孔)，同時搶險項目施工工期要求緊，并基于單純?nèi)斯ね诳资┕に俣嚷掖嬖谳^大安全風險等多因素考慮，需采用機械旋挖成孔，故確定圓截面抗滑樁擋防路堤。

相較于滑坡治理中常用的矩形抗滑樁，圓形抗滑樁受整體截面限制，雖存在有效慣性矩和剛度相對較小、樁間土易擠出、樁后土拱效應(yīng)難以形成、整體受力性能較差、配筋空間有限等缺陷。但不少文獻對圓形抗滑樁的計算模式、土拱效應(yīng)、受力性狀、配筋方式及應(yīng)用范圍等進行了探討、研究[10-14]，并已在市政工程、滑坡治理和地下工程中有較多應(yīng)用，特別是土壓力或滑坡推力不是十分較大的情況下，選用圓形抗滑樁亦可有效發(fā)揮支擋作用。該方式相對于人工挖孔樁施工具有不需泥漿護壁、環(huán)境污染小、成孔速度快、開挖安全性高、能較好適應(yīng)地下水豐富及場地復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)點。以上所述，在路堤滑坡巖土層次和滑動方向已明確的條件下，針對本工點水文、地質(zhì)環(huán)境條件和施工安全性及搶險保通要求等，經(jīng)分別驗算天然、暴雨、地震等多工況條件下樁位處最大滑坡推力為421.5 kN/m，圓形抗滑樁具有很好的合理性和適宜性(圖4)。

圖4 樁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析圖(18 m樁長)

因本工點為在役高速應(yīng)急搶險工程，及時采取單向通行方式，除采用主體防護措施外，施工過程中涉及到現(xiàn)場臨時或永久占用土地、交通組織、交安工程等其它問題或調(diào)整、變化，故采用動態(tài)設(shè)計。

具體處治措施和施工工序如下：

(1) 跳槽施工路堤圓形抗滑樁。 直徑2.0 mC30混凝土圓截面樁體，路堤樁板墻形式，錨固段為穩(wěn)固強-中風化層粉砂質(zhì)泥巖地層，受荷段以下采用水下混凝土，樁間距5 m，以非均布配筋方式(圓截面梁受壓區(qū) 180°范圍與受拉局部 145°范圍)改善其樁體正截面承載力受力性狀。樁型分3種，計19根。其中樁長14 m 6根，樁長18 m 7根，樁長16 m6根?，F(xiàn)澆內(nèi)掛擋土板形式，厚0.4 m(圖5)。

圖5 綜合治理典型橫斷面圖

(2) 自上而下開挖樁后路堤部分土體，并開挖寬大臺階，開挖后至回填前對側(cè)運營車道禁大貨車通行。

(3) 因工點附近砂礫石料較易獲取，運距短，且透水性好，待路堤樁板墻樁體到達設(shè)計強度后及時回填樁后砂礫石。路面結(jié)構(gòu)層以下增設(shè)土工格柵形成加筋路堤，柔性筋材受拉材料可有效約束側(cè)向變形，以防新老路堤填筑銜接處固結(jié)期無法保證而產(chǎn)生不均勻沉降與開裂變形。

(4) 鋪筑碎石墊層及路面結(jié)構(gòu)層。因附近水穩(wěn)層較難找到，且工點用量少，用40 cm厚素混凝土替代，但需提前拉毛并刷涂粘層油后再行施工路面面層。此外，路面結(jié)構(gòu)層應(yīng)與兩側(cè)原有路面植筋搭接，并縱向鋸縫采用瀝青充填。

(5) 最后疏通區(qū)域范圍內(nèi)排水體系，對道路兩側(cè)已損毀截、排水溝進行修補、恢復(fù)。在填方路堤邊坡施作菱形網(wǎng)格護坡，并植草防護，同時恢復(fù)相應(yīng)標志、標牌、標線等交安工程。

圓形抗滑樁施工僅用一個月即恢復(fù)高速雙向正常通行，時效性較強。經(jīng)完工后兩年多時間，特別是2020年場區(qū)內(nèi)大范圍、高強度降雨過程考驗，路堤現(xiàn)狀穩(wěn)定，未見變形位移和不均勻沉降現(xiàn)象，坡體未出現(xiàn)隆起和裂縫，圓形抗滑樁支擋穩(wěn)固，表明所采取的工程措施合理可靠，社會效益較好，為類似在役高速路堤滑坡綜合治理提供參考借鑒。

5 路堤滑坡應(yīng)急保通與處治理論框架

以上所述，與一般滑坡治理不同，成綿復(fù)線高速路堤滑坡?lián)岆U過程中需全過程考慮通車運營和復(fù)雜水文條件、施工環(huán)境與施工工藝等，基于此，對在役高速保通條件下的路堤滑坡病害應(yīng)急保通和處治思路與理論框架加以提煉、探討和總結(jié)，形成基于過程控制的動態(tài)設(shè)計方法和防控體系(圖6)，使工程設(shè)計更具合理性和最優(yōu)化，以期為工程決策和統(tǒng)籌管理提供科學有效的服務(wù)。

圖6 在役高速病害應(yīng)急處治框架與決策支持系統(tǒng)模型圖

地質(zhì)病害體形成和外在表現(xiàn)形式受多種復(fù)雜要素影響，具有明顯“地質(zhì)過程控制”特性，其數(shù)學-力學穩(wěn)定分析歸根結(jié)底也是“變形穩(wěn)定體”問題，多表現(xiàn)出動態(tài)演化的時空效應(yīng)。以邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和變形破壞跡象精細描述等為基礎(chǔ)的災(zāi)害場景體系為地質(zhì)病害體分析的關(guān)鍵內(nèi)因，也是災(zāi)害成生機理、設(shè)計參數(shù)選取、地質(zhì)計算模型建構(gòu)及量化評價結(jié)果準確與否的基礎(chǔ)支撐，特別對已經(jīng)過人工劇烈改造的在役高速公路項目。工程施工擾動下，巖土體發(fā)生被動適應(yīng)性調(diào)整變化，常表現(xiàn)滯后破壞特征，施工機具與施工工藝、工序等亦是工程搶險方案選擇和適宜性評價的重要考慮因素。

不同于以往主要依靠施工現(xiàn)場查看和經(jīng)驗判斷，施工過程是動態(tài)的，地質(zhì)改造和力學狀態(tài)動態(tài)調(diào)整過程的內(nèi)外應(yīng)力環(huán)境和位移變化等實時監(jiān)控量測，應(yīng)力強度理論和變形監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，其多源信息獲取和感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及大數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，直接影響到治理效果評析的精準和針對性，故監(jiān)控信息反饋的實時性、可靠性和準確性既是工程場地地質(zhì)體與工程結(jié)構(gòu)相互作用“原位模型試驗”的真實體現(xiàn)，更是基于過程控制動態(tài)設(shè)計方法和安全防控理論體系的核心。而及時有效、合理的早期預(yù)警機制和防災(zāi)備災(zāi)系統(tǒng)則是病害搶險工程的物資和組織、后勤保障。

6 結(jié)論

(1) 以強降雨引發(fā)典型紅層丘陵區(qū)已通車6 a多高速路堤滑坡為項目背景，分析其成因機制，兩側(cè)邊溝水毀嚴重滲入填筑坡體，疊加路堤加載后形成富水盆地，基底下深層粘土飽水軟化、沉降，牽引路堤滑移。

(2) 在保通條件評估基礎(chǔ)上，用反壓平臺+預(yù)制管樁對滑坡前緣支擋，滑坡后緣則用輕型支擋結(jié)構(gòu)微型鋼管樁防護，后續(xù)全過程路堤滑坡主體開挖施工期間坡體穩(wěn)固，未見新增裂縫和變形沉降。

(3) 考慮路堤土體松散、飽水程度高、易塌孔、施工風險高等因素，用旋挖機械成孔圓截面抗滑樁發(fā)揮有效支擋作用，保證整個過程有序、高效與安全實施。

(4) 提出一套操作性強的在役高速保通條件下路堤病害應(yīng)急保通與加固處治理論框架，使工程設(shè)計更具合理性和最優(yōu)化，可為類似病害工程提供技術(shù)參考。