填方路堤边坡病害机理及稳定性分析

摘 要：利用钻探、重型动力触探等多种手段，结合宏观变形迹象，对填方路堤边坡的稳定性进行了综合分析，对其破坏机理进行了判断；然后利用反算取得了边坡填土抗剪强度参数，对填方路堤尚未变形或变形不明显的地段进行了稳定性的定量计算；为路堤病害整治提供了充分的依据。

关键词：填方路堤；边坡；稳定性分析

1 引言

高填方路堤常见的病害有三类：

①路基整体沉降或局部沉降；

②路基不均匀沉降导致路基纵向和横向开裂；

③路基或边坡出现滑动，多沿岩土界面的折线形滑动或填土内部的圓弧形滑动。

对于竣工后出现明显变形迹象的填方路堤，其稳定性分析及变形机理的判断十分重要，这是路堤病害整治的主要依据。但填方路堤稳定性分析及变形机理的判断存在以下主要困难：

①填土均匀性差，物质组成较复杂；

②填土抗剪强度参数变异性大，通过室内测试和现场测试均难以取得准确的参数，特别是前期填筑时对填料成分和压实标准控制不严的路堤，要取得其准确参数更加困难。

本文结合工程实例，利用钻探、重型动力触探等多种手段，结合宏观变形迹象，对填方路堤边坡的稳定性进行了综合分析，对其破坏机理进行了判断；然后利用反算取得了边坡填土抗剪强度参数，对填方路堤尚未变形或变形不明显的地段进行了稳定性的定量计算；为路堤病害整治提供了充分的依据。可为类似工程提供借鉴。

2 工程概况及地质条件

2.1 工程概况

本项目属重庆保税港区某建设项目，于2010年3月正式动工，于2011年年底竣工验收。填方高度达30m，分三阶放坡，坡率1：1.5，混凝土拱形骨架护坡。2016年5月，经现场踏勘发现，道路局部路段出现路基整体断裂、下沉现象，已导致车辆无法通行，同时该路段管网破坏严重，无法正常使用，病害路段长160m。

2.2 地形地貌

线路区属于构造剥蚀浅丘地貌。场地内现状地势平缓，地形起伏小，围网道路和货运西路之间为填土边坡，采用混凝土拱形骨架支护，由于货运西路的修建，坡脚处形成了0-3m高近直立状陡坎，拱形骨架遭到破坏。场地勘察范围内高程在321-349.7m之间，相对高差约28.7m。

2.3 地层岩性

根据地表调查及邻近场地资料，线路区主要出露地层为第四系人工堆积层、残坡积层、侏罗系的沙溪庙组（J2s）、基岩，其岩性按新至老分述如下：

2.3.1 第四系全新统

①人工素填土层（Q4ml）：成份主要为泥岩、砂岩碎、块石夹少量粉质粘土，碎、块石含量45～70%，粒径1～35cm，孤石直径1m以上。堆填时间约5年。结构松散～稍密，以稍密为主，由于回填时间较长，深厚填土区下部可达到中密状态。钻探过程中孔壁不坍塌，无卡钻现象。该层在拟建场地内大面积分布，为场地内的主要覆盖层。根据钻探揭露，该层厚度2.1～30.8m。

②残坡积粉质粘土层（Q4el+dl）：红褐、褐色，可塑状，切韧性中等，干强度中等，无摇震反应。该层主要分布在填土下方，为场平前的原始覆盖层，根据钻探揭露，该层厚度1.1～4.5m。

2.3.2 侏罗系中统上沙溪庙组

泥岩（J2s-Ms）：红褐色、紫色、红色，泥质结构，中厚层状构造，主要由粘土矿物组成，局部见砂质条纹，层间裂隙较发育。泥岩（J2s-Ss）为本地区的主要地层，但本次勘察钻探范围内未揭露有砂岩，仅局部砂含量较重。

3 填方路堤变形迹象

本次项目的主要工程地质问题为填土路基不均匀沉降和填土边坡的稳定性问题。根据现场实际调查，该段路基本身为填土路基，路面纵向及横向裂缝均有分布，但裂缝宽度一般小于1cm，存在不均匀沉降的现象；由于货运西路施工时，对该段路基外侧的填土边坡坡脚进行了切坡，切坡位置刚好位于原平台部位，平台以外坡脚被全部挖除，切坡高度0-3.2m，切坡达到3m左右的地段，边坡中部出现了明显的张拉裂缝，坡顶（即病害道路路面）的纵向裂缝宽度明显大于场地内的其他区域，路基靠边坡一侧也出现了更加剧烈的沉降。由于路基本身的不均匀沉降和填土边坡的变形的复合作用，病害段路面变形迹象较复杂。

4 填方路堤病害机理分析

4.1 路基不均匀沉降

该段路基在道路横向及纵向上均存在不均匀沉降的现象。横向上的不均匀沉降主要变现为道路路面的纵向裂缝，宽度一般小于1cm；纵向上的不均匀沉降主要变现为路面纵向上有起伏和横向裂缝，路面隆起变形的部位由于纵向上的挤压作用，路面出现措动裂缝。根据重型动力触探试验统计结果，拟建场地内素填土实测击数平均值为8.29～11.95，变异系数0.23～0.5，说明拟建场地内素填土结构均匀性较差，总体呈稍密状。上部3m以内均匀性较好，该部分为路基填料；3m以下重型动力触探试验较困难，主要是由于该路堤填筑时并未按道路标准对填料成分和压实标准进行控制，而是先进行大范围平场再进行道路设计，导致整个填方区填土均匀性极差，最大粒径可达2m以上。

该段路堤变形十分严重，且具有明显的边坡滑动特征，从其余未变形地段的路面调查结果可知，不均匀沉降并不是该段路堤变形的主要原因。

4.2 边坡稳定性分析

4.2.1 边坡概况

该病害路段外侧的填土边坡，原设计方案为1：1.5放坡处理，坡面采用钢筋混凝土拱形骨架防护，原设计为三级边坡，上部及中部一级高度均为8m，坡脚一级根据原地形情况，高度一般5-10m，原路堤边坡中级、下级坡率均采用1：1.5与《公路路基设计规范》规定不符（中级1：1.75，下级为1：1.20），存安全隐患。货运西路位于填土边坡的坡脚位置，根据货运西路的设计方案，路面将在原地面上填高1.5-8.8m，这对填土边坡的整体稳定是有利的，但由于货运西路设计位置和路幅宽度的问题，货运西路的人行道内侧边缘刚好位于边坡最低一级的平台位置处，而货运西路施工时没有考虑到对边坡的保护，直接从该平台位置直立切坡，拱形骨架被破坏，在填土边坡坡脚形成了一个高度0-3.2m的直立状陡坎，现状无任何防护措施。

4.2.2 变形迹象

按照切坡高度的不同，将切坡位置分为在平面上分为AB、BC和CD三段，其中AB段长约69.4m，切坡高度0-2m；BC段长约60.6m，切坡高度2.5-3.2m；CD段长约114.5m，切坡高度1.8-2.5m。目前，AB和CD段邊坡上未发现变形迹象，对应的病害段路基变形也相对较小；而BC段边坡中部平台已出现明显的张拉裂缝，裂缝位置位于平台内侧，为一组平行的张拉裂隙，编号为裂缝1，裂缝宽度1-42cm，最大可见深度约49cm，裂隙发育深度较浅，最大延伸长度约68m；BC段边坡对应的病害路基变形十分剧烈，表面存在两条主要的裂缝，编号为裂缝2和裂缝3，裂缝2位于道路中线位置，裂缝延伸长度约92m，张拉宽度2-28cm，可见深度约60cm；裂缝3位于道路内侧边缘，可见深度30cm。裂缝2靠边坡一侧，沉降十分明显，最大沉降高度约36cm。综合分析，裂缝1、裂缝2和裂缝3均为与边坡开挖相关的主要裂隙，但发育深度均较浅。

边坡变形的直接原因为坡体填土压实度不足，坡脚切坡造成坡脚应力释放，坡体土体松弛，边坡一直处于蠕变状态，如不及时治理可能发展为滑坡。边坡的滑裂面呈圆弧形。

4.2.3 稳定性分析

采用圆弧滑裂面搜索确定边坡各剖面最危险滑移面，同时计算各个剖面的稳定系数，计算方法为简化Bishop法，边坡安全等级为一级，安全系数1.35。填土边坡抗剪强度根据变形迹象明显的2-2和3-3剖面进行反算，粘聚力取3kPa，反算时的稳定系数取1.05，根据计算结果，填土内摩擦角为24.2°-24.9°。由于4-4～6-6剖面尚未发现明显的变形迹象，其内摩擦角适当增大，采用27°。从计算结果可知边坡整体处于欠稳定-基本稳定状态。

5 结论

①填方路堤边坡坡脚开挖是导致路堤变形的主要原因，不均匀沉降为次要原因；

②尚未发现明显的变形迹象的地段，经稳定性计算，处于基本稳定状态。建议对切坡地段整体进行桩板墙支挡；

③本项目经验可供今后类似工程借鉴。

参考文献：

[1] GB50330-2013.建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[2]郑颖人，陈祖煜等.边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2010.

作者简介：

雷云佩（1986- ），男，重庆市开州区人，注册岩土工程师，从事岩土工程勘察设计。

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