郑少高速高填方路堤滑坡判定及处治研究

费月英 李建国 韩富疆 柴 智 惠 嘉 李钦栋

(1甘肃交通职业技术学院，甘肃 兰州 730070；2新疆交通建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830049；3交通运输部科学研究院，北京 100029；4安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230000）

高填方路堤滑坡是公路常见病害之一，特别对处于软弱土地基上的路堤，发生滑坡的概率更大。路堤滑坡往往损失巨大，严重影响正常公路交通，因此，研究高填方路堤滑坡成因机制、相关应对处治措施及处治效果，具有重要的现实意义[1-3]。

以河南郑少高速路郑州-新密段一个出现裂缝的高填方路堤为研究对象，研判其边坡稳定状况，分析边坡滑动的可能性，提出滑坡的处治措施，并研究处治效果，为相似公路病害处治提出可行方案。

1 路堤概况

郑少高速路连接郑州与登封少林寺，线路所经地区地形地貌、地质条件较为复杂，土质分布多为第四系全新统及上更新统冲积黄土状粘土，存在湿陷性、膨胀性等问题。

图1 K11+280段现场裂缝及边坡情况

公路K11+280段高填方路堤位于郑州市—新密市之间山前冲沟地段，为二级深填方路段，路基底部为第四系冲洪积亚粘土。现场调研发现，K11+280段一级路堤顶部已出现明显长裂缝，裂缝弧顶距离路缘约6m，路堤边坡外鼓，坡面浆砌片挤碎破裂，出现可辨识的滑坡边界。路段现场边坡形态及裂缝情况如图1，路段地质剖面图见图2，路堤软弱段特征值见表1。

图2 K11+280段地质剖面图

2 路堤稳定性计算分析

基于强度缩小理论的有限元法，采用MIDAS系列软件中的GTS对路堤边坡进行稳定计算分析[2]。将路堤边坡土体实际强度参数с0，φ0同时除以折减系数F，得到折减后新的с，φ值，然后将折减后的с1，φ1值作为新的材料参数代入有限元试算，计算公式如式(1)和式(2)。如果计算结果为收敛，则增大F值取值，采用前述相同方式再试算，直到有限元计算结果不收敛为止。当由于强度参数缩小而造成有限元计算结果不收敛，说明此时土体已达临界极限状态，边坡将发生剪切破坏。通过上述计算分析，可得到路堤边坡土体的临界滑动面位置，路堤边坡的剪切变形曲线，边坡应力位移情况和边坡安全系数值[2,4]。

表1 K11+280段勘探相对软弱带特征一览表

参照实际路堤填土的土工参数，以K11+280右段路堤边坡已有滑坡体滑动面上下位置为已知条件进行建模，模型边界采用铰支约束，且允许表面及内部所有单元产生变形，具体有限元模型如图3 (a)所示。建模后，将土工参数代入有限元进行计算，得到边坡的剪切变形图。计算得到，当边坡稳定安全系数为0.875时，c=25kPa，φ=22°，所得最大剪应变处滑移面与现场实际情况基本吻合，如图3 (b)所示。

图3 K11+280右段路堤边坡稳定性模拟分析

由模拟计算结果可见，K11＋280高填方路堤第一级边坡稳定安全系数小于1，安全系数值已低于规范要求，在图2中已出现可能的滑移带，该路堤可能已出现边坡内部滑动。

3 路堤现场地质勘查

通过现场地质调查与工程钻探，化工部郑州地质工程勘察院对K11＋280高填方路堤进行勘查，提交《郑少高速公路K11＋280高路堤路面裂缝工程地质勘察报告》，给出具体地勘软弱带数据，如表1。

根据现场勘探结果，路堤填土层中存在明显软弱带①-1。该软弱带c，φ值分别为c=19.6kPa，φ=24.2°，与上述用有限元计算得到的边坡c，φ值接近，地勘结果进一步印证了有限元模拟结果，K11＋280路堤内出现滑移带，滑移带土体松软。

综合前述现场情况、模拟分析及地勘结果，K11＋280高填方路堤边坡已部分失稳，可能已发生内部滑移，造成路堤顶部产生裂缝、坡面破裂外鼓，该情况如果不及时处理，极有可能造成路堤边坡的整体失稳破坏，发生整体边坡滑塌。因此，有必要尽快采取有效措施，防止路堤整体滑塌。

4 路堤加固方案及稳定性评价

基于有限元分析结果和勘察报告，结合《建筑基坑支护技术规程》，研究提出压密注浆加土钉的路堤加固方案。首先在松软路堤土中注入水泥浆液，使水泥浆充分分散于路堤土中，待其胶凝固结包裹土体后，与土体形成固结的整体，水泥固化土整体性、抗变形能力和抗剪切能力显著增强；之后再用土钉将路堤内部已滑动体与水泥固化土紧密相连，形成整个路堤完整一体，路堤强度与整体性显著提高，有效提高其拉剪性能[5-8]。具体方案和相关参数如下：

1)注浆扩散半径及深度：注浆扩散半径为1m，注浆有效深度为15m。

2)布孔方式：各注浆孔采用梅花桩布孔方式，各孔间距均为1m。

3)注浆压力：起始注浆压力约0.2MPa，稳压后约1.0MPa，稳压时间需持续30分钟。

4)注浆用料及注浆量：注浆胶结料采用425普硅水泥，水灰比0.25，单孔注浆量约2167L。

5)土钉长度及锚固角：土钉长度为15m，锚固角20°。

6)土钉孔径及间距：土钉孔径100mm，横向间距1.7m，竖向间2m。

7)土钉主筋类型及直径：二级螺纹钢，直径30mm。

8)土钉用料：采用425#早强普硅水泥制浆，水灰比值0.25，掺高效减水剂、早强剂和适量膨胀剂。

K11＋280路堤压密注浆加土钉加固处治剖面示意图见图4。

仍运用MIDAS有限元软件对K11+280压密注浆加土钉加固处治段路堤进行稳定性分析，考虑车载与地震力的影响，土钉单元按钢筋混凝土选取，有限元建模和稳定分析结果如图5。

图4 K11+280段压密注浆加土钉加固处治示意图

图5 K11+280加固处治后边坡稳定性模拟分析

由上述有限元稳定性分析可见，K11＋280段加固处治后，边坡稳定安全系数大于1，边坡稳定可靠，满足《公路工程抗震设计规范》和《公路路基设计规范》的要求。说明加固处治后，路堤边坡稳定性增强，边坡滑坡滑移问题解决，道路可正常使用。

5 结 语

1)通过郑少高速K11＋280路面裂缝及路基滑动情况的分析认为，高填方路堤边坡已部分失稳，可能已发生内部滑移，路堤顶部产生裂缝、坡面破裂外鼓，路堤填土边坡已处于极度危险不稳定状态；

2)采用压密注浆加土钉方案对路堤进行加固，通过有限元分析后得知加固后路堤边坡稳定性增强，边坡滑移危险解除，加固效果良好。

[1]成永刚,吴六政,赵晓彦,高速公路路堤滑坡成因及治理方案研究[J].铁道工程学报,2015,204(9):25-29.

[2]郭晔,黄新,朱宝林,用有限元强度折减法分析路堤滑坡[J].路基工程,2008,,141(6):74-75.

[3]陈渊召,抗滑桩处治高填方路堤滑坡技术研究[D].长安大学,2008.

[4]郑颖人,赵尚毅,张鲁渝.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J].中国工程科学,2002,4(10):57-61.

[5] Dun can JM, State of the Art: Limit Equilibrium and Finite Element Analysis of Slopes[J].Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1996, 122 (7):577-596.

[6]杨天亮,彭建兵,公路滑坡成因与防治及预报方法研究[J].西部探矿工程,2005,23(5):216-217.

[7]龚文惠,公路膨胀土路基的沉降和边坡稳定性研究[D].华中科技大学 ,2004.

[8]龚文惠,王元汉,郑俊杰,膨胀土高填方路堤稳定性的有限元分析[J].公路,2008.