高速公路斜坡填方路基失稳成因及治理研究——以重庆山区某段高速公路为例.pdf

第 卷 第 期 年 月资源环境与工程 .收稿日期:改回日期:责任编辑:肖飞资助项目:渝湘复线高速公路科研项目“复杂堆积体路基边坡支护新技术研究”()第一作者:赖国泉()男 高级工程师 硕士 道路与铁道工程专业 从事岩土工程、地质灾害治理勘察设计工作 :赖国泉.高速公路斜坡填方路基失稳成因及治理研究:以重庆山区某段高速公路为例.资源环境与工程():.:.():.高速公路斜坡填方路基失稳成因及治理研究 以重庆山区某段高速公路为例赖国泉(中铁西北科学研究院有限公司甘肃 兰州)摘 要:山区高速公路修建时 斜坡上填筑的高路堤经常产生滑动变形 以重庆山区某段高速公路为例采用变形监测、工程地质勘察等方法 查明该段斜坡填方路基发生地质灾害的成因 分析其变形破坏模式在此基础上开展工程治理 结果表明 斜坡填筑体宏观变形具有坡体后部拉张变形产生 中部及坡脚鼓胀挤压变形突出的特点 综合判断该斜坡填筑体处于挤压变形阶段 斜坡填筑体特殊的坡体结构是地质灾害发育的内因 地表水和地下水是斜坡变形的诱因 斜坡填筑体存在填土沿斜坡老地面整体滑动、填土沿基覆界线整体滑动、填土内发生圆弧滑动等 种破坏模式 基于此 提出采用抗滑桩支挡与仰斜排水孔疏排地下水相结合的治理措施 工后变形监测表明 治理工程是成功的关键词:斜坡填筑体 岩土工程 变形监测 变形模式 治理措施中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.在山区修建高速公路、铁路时受工程投资、使用功能、地形、地貌等因素的影响会产生大量斜坡填方路基工程 由于其具有成本低、施工周期短等优点已经成为山区高速公路或铁路路基工程的主要结构形式 斜坡填方路基工程一般结构为:上部是填土下部是斜坡地基 若下部斜坡地基强度较高在上部填土荷载作用下地基变形一般较小填方工程的稳定性主要考虑填土自身的稳定性及填土沿斜坡老地面滑动的可能性 若下部斜坡地基强度较低则填土工程的稳定性还要考虑在填方荷载作用下填土和地基土一起整体变形的问题 大量学者采用数值模拟和模型试验的方法对此问题进行了研究比如蒋鑫等 采用有限元模拟及土工离心模型试验探讨了斜坡路基的变形机理和稳定性冯文凯等采用底摩擦试验方法研究了基岩斜坡上填筑路堤时所产生的几种不均匀沉降模式以及对路面结构的影响等演变过程和力学机制王志斌等采用足尺模型试验研究了高填方路堤滑动破坏位置及形态罗强等采用离心模型试验研究了采用水泥土搅拌桩加固斜坡软弱土地基的相关机理以上研究均从理论和试验方面分析了斜坡填方路基相关问题但未涉及斜坡填方路基的现场治理实践本文针对重庆山区某高速公路一段斜坡填方路基产生变形的问题采用变形监测、工程地质勘察等方法查明其地质灾害成因分析其变形破坏模式提出合理的工程治理方案并通过工后位移变形监测评价其治理效果 工程概况研究区位于重庆市石柱县湖镇乡境内某高速公路在此以斜坡填土路堤形式通过 斜坡原始地面线坡度平均约左侧线路平均填方厚度为.右侧线路平均填方厚度为.发生地质灾害的路段处于右侧线路其外侧边坡为填方坡面坡度为 左右向下与老地面相交坡度变缓为左右下方老地面与其路肩外边缘高差达 缓坡地带分布有民房及水田右侧线路斜坡路基填筑前在距其外侧坡口线水平距离、下方 处采用仰斜式重力式挡土墙支挡挡墙高度为 地面以上约 挡墙顶宽 工程地质环境条件.地形地貌研究区位于齐耀山北西坡面呈 向展布南东高北西低 坡底河沟为龙河支流自南西向北东流过为季节性流水 研究区受影响线路长度约 其高程介于 斜坡后部山顶高程一般在 左右河谷底部高程一般在 相对高差 左右 斜坡后部可见基岩陡崖坡度陡峻 研究区属中低山剥蚀地貌.地层岩性据工程地质测绘及钻探揭露研究区上覆第四系残坡积层()及人工填土()岩性以碎石土、块石土为主碎石含量为 呈次棱角状粒径.原岩为粉砂质泥岩、泥岩充填物以亚黏土为主含少量角砾及砂 下伏基岩为侏罗系下中统自流井组()岩性为泥岩、粉砂质泥岩及砂岩其中泥岩分布最为广泛为下伏基岩的主要组成部分与砂岩、粉砂质泥岩形成互层 泥岩具泥质结构钙、泥质胶结其强风化层构造不明显岩心破碎呈碎块石土状中风化层节理裂隙不发育岩心呈短柱状.水文地质研究区地表水补给来源主要是降雨 当地降雨充沛年平均降雨量为 .年最大降雨量.出现在 年 连阴雨时间长以季节性流水为主 由于地表为块碎石土层地表汇水大部分渗入坡体内形成基岩裂隙水 区内地下水为堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水两大类 孔隙潜水主要赋存于碎石土层中并汇集于基岩顶面附近补给来源受降雨、地表泉水等影响较大其与地表水转化频繁 研究区宏观变形及变形监测分析.宏观变形分析研究区高速公路于 年 月通车据 年 月现场工程地质调查表明地质灾害区变形主要表现为右侧线路的路面开裂变形、外侧挡墙变形及外侧坡脚水沟错断(表 图)由表 和图 可知斜坡填筑体上部路面、坡体中部挡墙、坡体下部水沟均出现变形破坏现象由此判断斜坡填筑体不仅产生了顶部路面沉降变形而且产生了向临空方向的水平位移据现场调查及工程地质勘察表明坡体下部损毁水沟处出现大量渗水现象坡体地下水丰富挡墙基础位于强风化层长期处于地下水浸泡状态岩土体物理力学强度衰减很快导致挡墙基础下沉外移而整体变形表 坡体各部位变形特征 序号变形部位变形特征描述右侧线路路面开裂变形裂缝张开宽度为 延伸长度约 延伸方向为 右侧线路外侧挡墙发生多处开裂变形挡墙伸缩缝张开 整体错动 右侧线路外侧坡脚水沟破坏严重大部分被错断错动 错断位置出露泉水其宏观变形特点为:坡体后部拉张变形产生中部及坡脚鼓胀挤压变形突出 因此综合判断该斜坡填筑体处于挤压变形阶段.变形监测分析该高速公路通车 年后养护部门巡检时发现路面有变形迹象遂于 年 月实施了地表变形监测 具体采用大地坐标系统布控三角观测网运用高精度全站仪进行水平位移及沉降监测 此次在坡体中部挡墙顶布设了 个监测点在右侧线路路肩边缘线也布设了 个监测点各监测点时间累计水平位移时程曲线、时间累计沉降时程曲线见图、图 如图、图 所示自 年 月 日开始监测至 年 月初变形无明显发展 年 月进入雨季后受短期强降雨影响水平位移和沉降在 月份图 地表宏观变形现象 资源环境与工程 年 图 各监测点时间累计水平位移时程曲线图 图 各监测点时间累计沉降时程曲线图 均突然增大之后沉降及水平位移均变缓和呈缓慢增加态势 由此可以看出此段斜坡填筑体变形对降雨响应敏感受地下水影响较大 地质灾害成因分析地质灾害成功治理的前提首先是查明其发生的原因 该段路基地质灾害产生后通过宏观地质调查和工程地质钻探并结合变形监测综合分析其地质灾害成因其主要有以下 个方面:()特殊的坡体结构是斜坡变形的内因 据工程地质勘察表明该段为一典型斜坡填筑体 填筑体主要由第四系黏土及碎块石土组成碎石含量 原岩为粉砂质泥岩、泥岩充填物以亚黏土为主平均填方厚度为.填筑体以下第四系崩坡积层较厚最大厚约 主要以碎石土为主 斜坡原始地表横坡陡于 坡度约 其具体工程地质断面图见图 由于斜坡填筑体具有特殊的坡体结构在自重荷载作用下其存在沿老地面或基覆界线下滑的可能性是地质灾害发育的内因()地表水和地下水是斜坡变形的诱因 据工程地质钻探表明研究区坡体中地下水含量丰富其分布特点是左侧线路地下水位浅钻探揭露其稳定水位为.右侧线路路基附近地下水位深钻探揭露其稳定水位为.向下水位又逐步抬升 由图 可知稳定水位基本在岩土风化界面附近研究区路基左侧汇水面积大且坡体组成物质松散降雨极易下渗成为地下水施工和勘察期间均表明该段地下水位高 丰富的地下水软化路基地基降低了岩土体的强度致使其沿软弱面产生滑动 研究区路基左侧地下水位较右侧高存在一定的静水压力加之地下水从路基左侧向右侧临空一侧渗流形成了较大的动水压力 在动水压力及静水压力作用下坡体极易沿软弱面向临空方向产生滑动变形第 期赖国泉:高速公路斜坡填方路基失稳成因及治理研究 以重庆山区某段高速公路为例 变形模式探讨及治理措施.变形模式探讨由于斜坡填筑体特殊的结构特征即斜坡填土厚度大、斜坡老地面坡度 、填筑体下方崩坡积层较厚该段斜坡路基存在以下 种破坏模式:填土沿斜坡老地面整体滑动填土沿基覆界线整体滑动填土内发生圆弧滑动图 标示出了 种破坏模式的潜在滑动面 由分析可知填土沿基覆界面滑动的深度最大又因为坡体地下稳定水位基本接近基覆界线长期软化基覆界线附近的岩土体导致岩土体强度减弱容易使坡体在自重荷载作用下沿基覆界线滑动的可能性增大综上所述本次治理工程考虑填土沿基覆界线滑动的破坏模式来计算坡体剩余下滑力并布设治理工程.治理工程措施该段斜坡地质灾害具有滑面深度大、地下水丰富等特点治理工程采用支挡工程与排水工程并重的思路 支挡工程采用钢筋砼抗滑桩排水工程采取修复完善地表排水系统与仰斜排水孔疏排地下水相结合的措施(图)图 典型工程地质及治理断面图 坡体剩余下滑力采用传递系数法进行计算计算方法见公式()()分别计算其 种破坏模式在天然工况及暴雨工况条件下剩余下滑力取计算值最大者为控制滑坡推力计算结果如表 所示 由表 可知控制滑坡推力取天然工况下基覆界线控制时的计算值 ()()()()()()()式中:为稳定系数为作用于第 条块滑动面上的滑动分力为作用于第 条块的抗滑力(/)为作用于最后 个条块滑动面上的滑动分力为作用在最后 个条块的抗滑力(/)为第 条块滑动面与水平面的夹角()为滑带土内摩擦角()为第 条块的剩余下滑力 传递给第 条块的传递系数为第 条块处的剩余下滑力(/)表 坡体剩余下滑力计算结果 滑面位置天然工况暴雨工况安全系数 推力/()安全系数 推力/()基覆界线.老地面.搜索滑面.资源环境与工程 年.治理后效果评价本次研究及时对治理工程实施过程中及竣工后的坡体动态变形趋势进行了监测分析(图)如图 所示 年 月 年 月抗滑桩工程实施过程中累计水平位移及累计沉降均呈增大态势 年 月之后随着抗滑桩工程逐渐完工累计水平位移及累计沉降呈收敛态势逐渐趋于稳定状态 由此可见抗滑桩工程的实施对限制坡体的变形起到了明显作用治理工程是完全成功的图 工后变形监测成果 结论()斜坡填筑体宏观变形特点为坡体后部拉张变形产生中部及坡脚鼓胀挤压变形突出综合判断其处于挤压变形阶段()变形监测表明斜坡填筑体变形表现为暴雨时变形大雨后变形趋于稳定受降雨影响显著()斜坡填筑体特殊的坡体结构是地质灾害发育的内因地表水和地下水是斜坡变形的诱因()斜坡填筑体存在 种破坏模式:填土沿斜坡老地面整体滑动、填土沿基覆界线整体滑动、填土内发生圆弧滑动()治理工程采用抗滑桩支挡与仰斜排水孔疏排地下水相结合的措施 工程治理过程中及竣工后的变形监测表明治理工程是完全成功的参考文献:孙乔宝刘涌江李华昆等.安楚高速公路红层软岩公路路堤病害处治方法.公路交通科技():.冯玉涛牟海峰周小平等.堆积体陡斜坡路基滑坡机制及其处治对策.灾害学():.冯玉涛王全才刘军.山区高速公路富水陡坡高路堤病害原因及其处治技术.灾害学():.张华游宏黄晚清.山区高速公路高填斜坡路堤工后稳定性评估的实例分析.成都大学学报(自然科学版)():.杜衍庆王新岐冯炜等.微型桩群锚索地梁体系加固斜坡路基原位试验研究.公路():.姚裕春魏永幸袁碧玉.高速铁路斜坡路堤变形控制探讨.铁道工程学报():.魏永幸罗强邱延峻.斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术研究.铁道工程学报():.刘晋南蒋鑫邱延峻.软弱层特性对斜坡软弱地基路堤变形的影响.西南交通大学学报():.蒋鑫梁多伟刘晋南等.碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析.铁道学报():.蒋鑫高小峰邱延峻.斜坡软弱地基路堤复式滑面的极限平衡法判识.铁道学报():.蒋鑫魏永幸邱延峻.斜坡软弱地基路堤填筑全过程稳定性.交通运输工程学报():.冯文凯石豫川柴贺军.斜坡填筑路堤变形破坏物理模拟研究.岩石力学与工程学报(增):.王志斌李亮杨小礼等.水平条分法在贴坡高填方路堤稳定性分析中的应用.中国公路学报():.罗强胡勇刚张良等.水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基的土工离心模型试验研究.中国铁道科学():.第 期赖国泉:高速公路斜坡填方路基失稳成因及治理研究 以重庆山区某段高速公路为例 :(.):.:(上接第 页)(.():.“”.:资源环境与工程 年