楊欽富 王章云

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

山高路陡，貴州省內(nèi)多是復(fù)雜的山地和丘陵地貌，高速公路修建過程中無可避免地存在大規(guī)模地填方挖方地段。在高速公路的后期運(yùn)營中，路基滑移沉陷等病害時(shí)常發(fā)生，多數(shù)受單純地路基滑移或采空塌陷影響，有時(shí)處于多重因素交錯(cuò)造成的路基病害，其病害原因分析勘察就更為復(fù)雜。

本文以貴州省某運(yùn)營高速發(fā)生的病害處治綜合勘察過程為例，對(duì)于滑坡和采空影響分別進(jìn)行分析論證明確病害真正成因，并針對(duì)性地提出處治建議，為相關(guān)工程處治勘察設(shè)計(jì)提供工程實(shí)例借鑒。

1 工程概況

貴州省某高速運(yùn)營過程中，其中一段路基為半挖半填段，2017 年6 月27 日，受持續(xù)強(qiáng)降雨作用，該段路面出現(xiàn)裂縫，6 月29 日至30 日路面裂縫持續(xù)擴(kuò)展，路基發(fā)生路面沉降，下沉最大約0.6m，裂縫寬度最大約0.3m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 自然地理?xiàng)l件

項(xiàng)目場區(qū)地處于貴州黔北高原，交通方便，區(qū)內(nèi)地勢起伏大，為侵蝕型低山地貌。場區(qū)附近海拔835.0～875.0m，相對(duì)高差最大可達(dá)40.0m，路基位于緩斜坡上。路基軸線高程在853.0～854.0m 之間，相對(duì)高差1.0m。場區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度較大，地表局部基巖出露。

2.2 巖土體組成

場區(qū)巖土體主要為上部人工填筑土（Qme）及第四系殘坡積層（Qel+dl）粘土組成的覆蓋層，基巖主要為二迭系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）薄至中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、煤層。

2.3 水文地質(zhì)及地下水

場區(qū)屬長江流域?yàn)踅?，路基北?cè)分布一河流(大燕塘)，河流寬約40m，高程比路基低約17.9m，為場區(qū)地表水排泄通道，場區(qū)地下水主要有基巖裂隙水、巖溶裂隙水及第四系土層裂隙孔隙水三種類型，地下水補(bǔ)給主要是靠大氣降雨沿巖層層面及裂隙滲透。

3 項(xiàng)目區(qū)不良地質(zhì)及特殊性巖土

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)既有勘察設(shè)計(jì)資料、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪、物探及鉆探成果，路基場區(qū)不良地質(zhì)主要有滑坡、采空區(qū)及巖溶。

3.1 滑坡

3.1.1 滑坡區(qū)環(huán)境特征

場區(qū)原始地貌為一平緩單斜坡，公路路基整體半挖半填的形式通過該段，滑坡區(qū)主要位于路基填方區(qū)，總體地勢南高北低，坡體下端為一水域（大燕塘），自西南往東北流向。

3.1.2 滑坡形態(tài)、邊界及規(guī)模

滑坡體的主滑方向?yàn)?25°，近似于垂直于路基的走向，其平面形態(tài)為“圈椅型”?；潞缶壱曰卤跒榻?，位于K23+847～K23+940 段路面，自右幅路邊線向左幅路面擴(kuò)展至超過路面中線6m；滑坡體的前緣即為路基右側(cè)坡體鼓脹處。滑坡體平面尺寸約90m×50m，平均厚度約6m，面積為4500m2，體積約27000m3。

3.1.3 滑坡物質(zhì)組成及滑帶特征

填筑土及粘土是該滑坡體的主要組成物質(zhì)，其中填筑土主要為碎石土，其下為殘坡積層粘土。路基區(qū)地下水位較高，主要位于巖土分界面以上，粘土下部分布有黑褐色全風(fēng)化層，其形成隔水層，強(qiáng)降雨作用下大量地表水下滲易于全風(fēng)化層上部富集形成上層滯水，使土體長期處于軟化過程中，進(jìn)而形成軟弱滑帶。

3.1.4 滑坡變形破壞特征

滑坡坡體變形破壞特征：2017 年6 月27 日受持續(xù)強(qiáng)降雨作用，K23+847～K23+940 段路面出現(xiàn)裂縫。6 月29 日至30 日路面裂縫持續(xù)擴(kuò)展，路基發(fā)生路面沉降，裂縫寬度最大約0.3m，路面下沉最大約0.6m，路基中央分隔帶縱向排水溝、右幅路基邊溝等結(jié)構(gòu)破壞?，F(xiàn)場明顯可見滑坡后緣存在裂縫整體呈弧形貫通的情況，形成0.5～1.5m 錯(cuò)臺(tái)。

滑坡右邊界形成裂縫長約25m，寬約0.1～0.2m，左邊界裂縫不連續(xù)，共4 條，長約4m，寬約0.1-0.2m。中前部形成3 條鼓脹裂縫，長約15-30m，同時(shí)K23+900 右45m可見一明顯前緣鼓脹，坡體上既有樹木傾倒。坡體裂縫位移方向呈垂直于路基方向發(fā)展。

3.2 采空區(qū)

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)既有勘察設(shè)計(jì)資料及調(diào)訪，K23+800～K24+140 段路基以下分布多處采空區(qū)，本次路基病害范圍內(nèi)采空區(qū)深度位于路基以下60～70m，該沿線均已采空，高約2m 左右，經(jīng)20 多年的沉降后目前高度不到2m。約30 年前為公社煤礦，開采時(shí)保留有煤柱，后為當(dāng)?shù)鼐用袼饺碎_采，煤柱多已挖掘，使用塊石、樹木臨時(shí)支撐?，F(xiàn)已停采二十年以上，在K24+050～K24+210（運(yùn)營樁號(hào)K28+000～K28+260 段）發(fā)生過小型塌陷、地面開裂等，鉆孔揭露洞室因沉降后高度變小。依據(jù)《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT D31-03-2011），對(duì)該采空區(qū)分析如下：

從時(shí)間上：該采空區(qū)停采超過20 年，屬于老采空區(qū)。

從結(jié)構(gòu)上，該采空區(qū)為南方小窯采空區(qū)，屬于單一巷道式采空區(qū)。

從深度上，該采空區(qū)距路基距離60-70m，屬于中深層采空區(qū)。

從上覆巖層性質(zhì)上，該采空區(qū)上覆巖石飽和抗壓強(qiáng)度為16.7-34.6MPa，屬于軟弱覆層- 中硬覆層。

采用極限平衡分析方法對(duì)維持巷道頂板穩(wěn)定的臨界深度Hcr進(jìn)行計(jì)算：

當(dāng)覆蓋層為非松散巖體時(shí)，Hcr為：

式中，B 指的是采空區(qū)巷道寬度（m）；p0為公路路基基底壓力（kPa）；γ、φ 和μ 分別是上覆巖層的加權(quán)平均重度（kN/m3）和加權(quán)平均內(nèi)摩擦角（°）以及加權(quán)平均泊松比。

結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪及巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)，確定各計(jì)算參數(shù)并計(jì)算：B=3m，p0=60kPa，γ=25kN/m3，φ=30°，μ=0.3，計(jì)算得Hcr=14.18m。

按附錄式D.0.5-3 求得采空區(qū)頂板的穩(wěn)定系數(shù)Fs后按表4.2.1-5 評(píng)價(jià)小窯采空區(qū)場地的穩(wěn)定性。

式中，H 為巷道頂板的實(shí)際深度（m），取H=60m；取Hcr=14.18m，計(jì)算得Fs=4.23>2，故該采空區(qū)頂板穩(wěn)定。

圖1 滑坡形成機(jī)理分析圖

根據(jù)路基設(shè)計(jì)資料，該段路基采空區(qū)已于2010 年對(duì)采空區(qū)進(jìn)行相關(guān)處治施工。同時(shí)坡體裂縫擴(kuò)展方向呈垂直于路基方向，坡體前緣鼓脹推移明顯，坡體變形破壞特征中無明顯的凹陷特征，綜合評(píng)價(jià)既有采空區(qū)對(duì)此次路基病害無影響。

3.3 巖溶

據(jù)鉆探和地表調(diào)查所知: 項(xiàng)目區(qū)地層巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，為非可溶巖，僅局部含泥質(zhì)灰?guī)r本次鉆探未揭露溶洞。綜合確定為項(xiàng)目區(qū)為巖溶微發(fā)育場地。

4 滑坡穩(wěn)定性分析及計(jì)算

4.1 滑坡形成機(jī)理分析

綜合分析影響路基穩(wěn)定性的主要外在因素為降雨，滑坡區(qū)自上而下巖土組成為路基填筑土、粘土、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層，項(xiàng)目區(qū)地下水水位較高（項(xiàng)目區(qū)地下水水位標(biāo)高多位于滑面上部），其中全風(fēng)化層為隔水層，持續(xù)強(qiáng)降雨作用下大量地表水下滲，地下水于全風(fēng)化層上部富集致使粘土層飽水，呈軟塑～流塑狀，抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低、穩(wěn)定性下降、下滑力不斷增大，同時(shí)高速公路運(yùn)營產(chǎn)生的車輛荷載增大了坡體的下滑力，坡體整體沿巖土界面發(fā)生沉降、滑移破壞，該滑坡屬推移式滑坡。

4.2 滑帶巖土物理力學(xué)指標(biāo)反演分析

選取典型主滑方向斷面，綜合考慮路面車輛荷載30kPa，恢復(fù)到原始地面線后，取穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.98 進(jìn)行反演分析以確定暴雨工況下各計(jì)算斷面的滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如表1 所示。

表1 典型斷面滑動(dòng)面參數(shù)反算表

綜合各斷面反算結(jié)果，并結(jié)合試驗(yàn)資料及工程類比，確定暴雨工況下滑動(dòng)面綜合抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值為c=12.6kPa、φ=3.5°。

4.3 巖土物理力學(xué)參數(shù)及滑坡推力計(jì)算

4.3.1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

通過工程地質(zhì)類比、反算及室內(nèi)試驗(yàn)等方法綜合分析得到場區(qū)巖土參數(shù)如表2。

表2 巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

4.3.2 滑坡推力計(jì)算

以滑坡主滑方向上典型斷面計(jì)算滑坡推力?？紤]高速公路路基的重要性，滑坡危害程度嚴(yán)重，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)取規(guī)范規(guī)定大值，正常工況、暴雨工況下分別取安全系數(shù)K=1.30、K=1.20。計(jì)算得到各典型斷面在正常工況及暴雨工況下的剩余下滑力水平分力如表3 所示。

表3 典型斷面滑坡推力計(jì)算表

4.4 推薦處治措施

根據(jù)滑坡變形破壞特征，結(jié)合現(xiàn)場地形及工期要求等情況，建議采用以下措施對(duì)該滑坡進(jìn)行處治。

4.4.1 于路基右側(cè)設(shè)置抗滑樁對(duì)路基進(jìn)行抗滑支擋，對(duì)變形破壞路基進(jìn)行開挖換填后修復(fù)。

4.4.2 恢復(fù)路基排水系統(tǒng)，加強(qiáng)滑坡區(qū)截排水措施。

4.4.3 建議加強(qiáng)坡體變形監(jiān)測，包括路面位移監(jiān)測、路面裂縫監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測等，建議對(duì)路基右側(cè)下部坡體進(jìn)行深部位移監(jiān)測。

5 結(jié)論

本段路基位于采空區(qū)上部，路基病害可能受采空區(qū)，也可能受滑坡影響，也可能受采空區(qū)和滑坡等因?yàn)楣餐绊懀刭|(zhì)情況復(fù)雜，重難點(diǎn)在于如何定量確定采空區(qū)對(duì)路基穩(wěn)定性的影響。結(jié)合規(guī)范通過勘察分析，計(jì)算明確了采空區(qū)對(duì)路基無影響，確定了滑坡形成機(jī)理、反算了巖土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)和不同工況下的滑坡推力，為工程處治設(shè)計(jì)服務(wù)。