某高速公路斜坡高填路堤發(fā)生滑移病害，影響公路安全運營，文章結(jié)合地區(qū)氣候、地質(zhì)條件及監(jiān)測成果，分析其病害成因，指明微地形、巖土結(jié)構(gòu)、環(huán)境水三大影響因素；提出采用路基注漿+坡面樹根樁+埋入式抗滑樁及填土反壓+截排水措施+自動化監(jiān)測的綜合性治理方案；通過數(shù)值模擬，分析不同工況下本方案的處治效果。數(shù)值模擬結(jié)果及工程實踐均表明，治理方案可行，且經(jīng)過持續(xù)監(jiān)測，高填路堤整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

高填路堤；病害成因分析；抗滑樁；自動化監(jiān)測；數(shù)值模擬

U416.1+2A180553

作者簡介：

侯鵬飛（1993—），碩士，工程師，主要從事公路地質(zhì)勘察與巖土設(shè)計工作。

0" 引言

近年來，隨著公路的建設(shè)發(fā)展，高速公路不斷向山嶺重丘地區(qū)延伸。這些地區(qū)多山高坡陡、溝谷叢生，降雨后地表水會在短時間內(nèi)大量匯集并進(jìn)行集中排泄。山區(qū)高速公路受平、縱指標(biāo)及各方面因素限制，往往產(chǎn)生較多的斜坡高填路堤。在施工過程中或公路運營期內(nèi)，一些斜坡高填路堤受多因素影響易發(fā)生滑移病害，這類病害成因復(fù)雜，處治難度大、費用高，需認(rèn)真分析其成因，并采用針對性的綜合手段進(jìn)行治理。

一些學(xué)者對路堤病害的破壞成因和治理措施進(jìn)行了研究，如黃海［1］對路堤病害以及注漿加固機(jī)理進(jìn)行闡述，并對注漿加固施工技術(shù)要點進(jìn)行分析；陸地康等［2］以公路路堤沉陷病害處治為例，分析化學(xué)灌漿加固效果及其對于不穩(wěn)定路基處治的可行性；唐咸遠(yuǎn)等［3］以路堤開裂破壞處治為例，模擬不同降水歷時強(qiáng)降雨對膨脹土地基上路堤的穩(wěn)定性影響，有針對性地提出了組合式處治體系方案；王志福［4］以某路堤滑坡為研究對象，分析路基滑移原因，并利用有限元軟件分析反壓土體后路堤的穩(wěn)定性和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)；李敦仁［5］以岑溪至梧州公路的一段陡坡高填路堤病害處治為例，分析該病害成因，提出處治方案，并對方案實施的要點及效果進(jìn)行了闡述；陳全等［6］結(jié)合某高速公路高填路堤段開裂情況，分析開裂形成機(jī)理，并提出路堤綜合整治的建議；石明生［7］對公路路基的常見病害進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為排水系統(tǒng)的設(shè)置不合理是重要原因，并提出路基排水的具體設(shè)置方法；王松等［8］對自動化監(jiān)測系統(tǒng)在路基邊坡中的應(yīng)用進(jìn)行了分析；韋暢明等［9］以高速公路填方路基監(jiān)測為例，通過全自動化監(jiān)測措施，準(zhǔn)確判斷出路基的穩(wěn)定狀態(tài)及滑動面位置，為處治設(shè)計提供依據(jù)。

本文以賀州至巴馬高速公路（蒙山至象州段）一期工程（后文簡稱：蒙象路）某段斜坡高填路堤為研究對象，根據(jù)其滑移狀況，分析病害成因，提出“路基注漿+坡面樹根樁+埋入式抗滑樁及填土反壓”的綜合治理措施，并完善截排水設(shè)施及加強(qiáng)路基自動化監(jiān)測，為同類工程的應(yīng)用提供經(jīng)驗借鑒和技術(shù)支持。

1" 路堤滑移病害狀況

1.1" 工程概況

蒙象路某段原設(shè)計為高填路堤，最大中心填高23.7 m，最大填方邊坡高度為37.8 m，邊坡分為四級，自上而下采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2、1∶2的坡率填筑；路堤采用路基強(qiáng)夯、沖擊碾壓進(jìn)行增強(qiáng)補壓，坡面設(shè)置“拱形骨架+植草綠化”進(jìn)行防護(hù)。

地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多雨、濕熱，是全區(qū)雨量豐富的地區(qū)之一。路基區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，斜坡自然坡度為13°～25°，分布三條沖溝，雨季匯水量較大。斜坡表層為殘坡積可-硬塑狀黏土，揭示厚度為4.8～14.3 m，近巖面的土層狀態(tài)偏軟；下伏泥盆系中統(tǒng)郁江階中風(fēng)化灰?guī)r，薄-中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，巖體較完整。

1.2" 病害狀況

公路通車運營后，于2022年6月在路面左幅、右幅發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，隨著持續(xù)降雨的不斷影響，路堤發(fā)生側(cè)向滑移變形，路面縱向裂縫逐漸加寬，并出現(xiàn)錯臺、隆起等特征，下邊坡急流槽、平臺硬化、拱形骨架均有不同程度的受損開裂，坡腳之外的地表產(chǎn)生隆起變形。

1.3" 監(jiān)測成果

根據(jù)路段內(nèi)路基穩(wěn)定性自動化監(jiān)測成果，該段高填路堤滑移病害為沿斜坡原地基土層發(fā)生滑移破壞，滑面后部位于路基填土中，中、前部基本處于巖土交界面處。位移監(jiān)測數(shù)據(jù)圖及斷面圖見下頁圖1、圖2。

2" 成因分析

根據(jù)現(xiàn)場病害特征，結(jié)合調(diào)繪、監(jiān)測、勘察及測量等成果資料進(jìn)行綜合分析，該高填路堤滑移病害的形成主要有微地形、地層結(jié)構(gòu)及環(huán)境水三大影響因素，分述如下：

（1）微地形：場地為斜坡地形且存在三條沖溝，斜坡地基為外傾結(jié)構(gòu)，對路堤整體穩(wěn)定不利；路基左側(cè)斜坡面積大，在雨季易形成較大匯水，同時沖溝成為集中排泄通道，方便地表水進(jìn)入路基內(nèi)部。

（2）地層結(jié)構(gòu)：地基為上土下巖的二元結(jié)構(gòu)，黏土層在近灰?guī)r面處狀態(tài)偏軟，強(qiáng)度較低，加之水下滲后，由于灰?guī)r為隔水層，水大量聚集于巖土交界面處，進(jìn)一步降低了土層的強(qiáng)度，使其發(fā)展為軟弱層。

（3）環(huán)境水：項目區(qū)降雨頻繁且降雨量大，雨水直接從路堤坡面下滲至路基內(nèi)部，左側(cè)山體匯水經(jīng)斜坡面、沖溝亦流入路堤，加重填土飽和，并降低填土及地基土強(qiáng)度，同時流動的水帶走部分細(xì)顆粒土體，使路堤內(nèi)部產(chǎn)生空隙。

綜上所述，在微地形、地層結(jié)構(gòu)及環(huán)境水三方面因素的共同作用下，由于較多水進(jìn)入填土及地基土體中，持續(xù)飽和、軟化土體，導(dǎo)致路堤沿斜坡近巖面處土層發(fā)生滑動破壞并產(chǎn)生裂縫，之后水沿裂縫進(jìn)一步滲入，加劇路堤滑移病害的發(fā)展。

高速公路斜坡高填路堤滑移病害成因及處治研究/侯鵬飛，黎俊杰，李耀華，王" 穎

3" 治理方案

根據(jù)地區(qū)氣候、地形地質(zhì)條件、監(jiān)測成果及病害成因分析，對蒙象路本段高填路堤滑移病害擬采用“路基注漿+坡面樹根樁+埋入式抗滑樁及填土反壓+截排水措施+自動化監(jiān)測”的綜合治理方案。治理方案平面圖見圖3，斷面圖見圖4。

3.1" 路基注漿

對路面左幅、右幅及右幅加寬段進(jìn)行路基注漿，注漿孔垂直向下，按梅花形布置，間距為2.5 m，孔深進(jìn)入原狀穩(wěn)定巖土2 m控制。通過路基注漿，填充路基內(nèi)部因小顆粒流失形成的空隙，改善路基填土結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度，減少路基沉降，達(dá)到整體加固的效果。

3.2" 坡面樹根樁

在路堤坡面采用110 mm樹根樁加固，樁長分別為35 m、30 m，樁組縱向、垂向間距為3.0 m×4.0 m，每組布3根C28鋼筋作為主筋樁體，并采用C30鋼筋混凝土格梁連成整體，同時將樹根樁孔兼作壓力灌漿孔。通過坡面樹根樁及注漿，限制路堤坡面變形，并加固整個坡體。

3.3" 埋入式抗滑樁及填土反壓

為保證左側(cè)服務(wù)區(qū)匝道正常通行以及搶險施工安全，于坡腳設(shè)置反壓體，形成反壓互道，快速限制路堤變形。但由于征地原因，無法采用大規(guī)模反壓措施，為徹底處治路基病害以及提高路堤坡腳的抗滑能力，進(jìn)一步限制路堤變形，于坡腳設(shè)置抗滑樁進(jìn)行支擋，樁徑1.8 m，樁中心間距4 m，樁長為20 m、23 m，樁頂設(shè)置冠梁連成整體，施工完抗滑樁后填土反壓至第四級填方邊坡頂平臺。

3.4" 截排水措施

對于路基左側(cè)地表水及低洼處積水，通過改溝將其引至通道排泄；對于路基坡體內(nèi)積水，在第三、四級中下部各設(shè)置兩排90 mm深層排水管，管長16 m，水平間距4 m，并在富水地段加密一倍排水管。通過完善截排水措施，降低路基及地基內(nèi)部積水，并防止山體匯水直接流入路基。

3.5" 路堤自動化監(jiān)測

布設(shè)自動化監(jiān)測系統(tǒng)，采用自動化地表位移監(jiān)測及深層位移監(jiān)測設(shè)備，對路堤穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行實時連續(xù)監(jiān)測。施工期應(yīng)每天出具監(jiān)測報告，若變形速率加快則增加報告頻率，變形穩(wěn)定后可適當(dāng)降低報告頻率。

4" 穩(wěn)定性分析

4.1" 模型的建立

采用有限差分軟件通過數(shù)值模擬對該段路堤滑移病害初定治理方案進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計算考慮正常工況與非正常工況Ⅰ，正常工況為邊坡處于天然狀態(tài)下的工況，非正常工況Ⅰ為邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及室內(nèi)試驗，得到兩種工況下相應(yīng)各巖土材料的主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

根據(jù)典型斷面圖建立數(shù)值計算模型，如圖5所示，模型采用理想彈塑性本構(gòu)模型與Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則及非關(guān)聯(lián)流動法則，邊坡巖土體、格梁采用實體單元，樹根樁、抗滑樁采用結(jié)構(gòu)單元，坡體長225 m、寬4 m，坡體模型單元總數(shù)為31 708個，節(jié)點總數(shù)為8 719個。模型的合理性可由如圖6所示的坡體A-B剖面的自重應(yīng)力場與經(jīng)典理論計算值的一致性得到確定。

4.2" 正常工況數(shù)值模擬

該路堤在初定治理方案正常工況下的數(shù)值模擬結(jié)果見圖7～9，計算得到在正常工況下的穩(wěn)定系數(shù)為1.32，滿足規(guī)范要求的1.30，最危險滑面仍為原滑帶處，邊坡最大收斂位移發(fā)生在原滑體后緣處，最大收斂位移為9.1 cm，在靠近反壓體與抗滑樁位置，滑體位移趨于0。樹根樁最大受力為77 kN，抗滑樁最大彎矩為2 381 kN·m，由此可見所增設(shè)的支擋結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好，說明增設(shè)的支擋措施起到了較好的防治效果。

4.3" 非正常工況Ⅰ數(shù)值模擬

該路堤在初定治理方案非正常工況Ⅰ下的數(shù)值模擬結(jié)果見后頁圖10～12，計算得到在非正常工況Ⅰ下的穩(wěn)定系數(shù)為1.21，滿足規(guī)范要求的1.20，最危險滑面同樣仍為原滑帶處，邊坡最大收斂位移仍發(fā)生在原滑體后緣處，最大收斂位移為14.7 cm，同樣表現(xiàn)為越靠近反壓體與抗滑樁，坡體位移越小，但相較于正常工況而言，非正常工況Ⅰ下坡體位移有所增大。樹根樁最大受力為100 kN，所設(shè)置的樹根樁幾乎都發(fā)揮了積極作用，抗滑樁最大彎矩為5 261 kN·m，說明在非正常工況Ⅰ下，抗滑樁成為主要受力結(jié)構(gòu)，但總體上而言各結(jié)構(gòu)受力情況仍較為良好，且充分發(fā)揮了作用。

5" 治理結(jié)果

根據(jù)上述分析驗算結(jié)果，初定治理方案可行性較強(qiáng)，隨后施工方按該方案進(jìn)行治理施工，于2022年底完成施工并通車。至今，已通車運營一年并經(jīng)過一個完整的雨季檢驗，路面及路基保持穩(wěn)定，未見新生病害，表明治理方案較為成功。

6" 結(jié)語

本案例的斜坡高填路堤在運營期出現(xiàn)滑移病害，總結(jié)原因及治理措施如下：

（1）場區(qū)微地形為斜坡及沖溝，地層具有上土下巖的二元結(jié)構(gòu)，同時雨季有豐富的環(huán)境水，在這些不利因素的疊加下，斜坡高填路堤較易出現(xiàn)滑移、開裂等病害。

（2）在進(jìn)行山區(qū)高速公路設(shè)計時，斜坡高填路堤應(yīng)加強(qiáng)勘察，并與橋梁方案作對比，充分論證方案的穩(wěn)定性及合理性，盡量避免大規(guī)模的斜坡高填路堤；當(dāng)填方下原地面土層不厚時，建議直接清除土層，在基巖面上開挖臺階，加鋪土工格柵等加筋材料，保證填方體與原坡體形成整體，土層較厚時應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)加固設(shè)計，保證路堤整體穩(wěn)定；加強(qiáng)防排水措施，在迎水面設(shè)置截水溝，截流引排地表水，在填方底部可設(shè)置硬質(zhì)巖盲溝排水層，或在坡面設(shè)置深層排水管，快速引排路堤內(nèi)部水；加強(qiáng)高填路堤自動化監(jiān)測工作，通過自動化監(jiān)測設(shè)備，對路堤地表位移及深層位移進(jìn)行連續(xù)實時監(jiān)測，有異常可及時反饋相關(guān)方，并可通過分析監(jiān)測成果確定病害規(guī)模及其發(fā)展規(guī)律，指導(dǎo)方案設(shè)計及施工。

（3）本文中采用的“路基注漿+坡面樹根樁+埋入式抗滑樁及填土反壓+截排水措施+自動化監(jiān)測”的綜合治理措施，能快速有效地處治路堤滑移病害，處治全面徹底且施工方便，能為同類工程提供經(jīng)驗借鑒。

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20240413