王志福

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030006）

引言

由于斜坡地形的特殊性，斜坡路基往往容易出现开裂、滑移等病害，影响道路的正常使用，因此受到了越来越多的关注和研究。张暮晨[1]以阜新市南环路路基滑坡为对象，分析了削方减载和抗滑桩支挡方案治理路基滑坡的优劣，并对抗滑桩方案进行了详细计算，得到了抗滑桩的设计参数，为路基滑坡的治理提供了较好地参考。赵强[2]以贵阳至遵义的某条高速公路路基滑坡为对象，详细介绍了抗滑桩地施工要点、工艺流程和质量检测，为抗滑桩在高速公路滑坡的施工提供了重要的参考。顿志元和龙万学[3]以某湿软填方路基为研究对象，指出地下水下渗是降低地基强度是引起滑坡的重要因素，并在综合考虑技术、经济和施工等方面的因素后，提出了采用花管注浆、抗滑桩等治理方案，供设计施工人员参考。张永清等[4-5]分析了山区公路滑坡的稳定性，并提出了相应的治理措施。

1 工程概况

1.1 工程地质概况

根据勘察报告显示，该区域分布广泛的含钙质结合黏土，具有一定的膨胀性。根据钻孔揭露的地质情况：（1）0～1.5 m 深度范围内为素填土，褐黄色，稍湿，以粉质黏土为主，含5%～10%碎块石。在该地区零星分布。（2）2.0～4.5 m 深度范围内为典型的膨胀土，其主要成分为含钙质结核黏土，硬塑状，伴生钙质结核，膨胀率为65%，为中等膨胀土。（3）4.5～6.0 m 范围内为强风化泥质砂岩，暗红色，含泥质，层状结构，风化裂隙发育，结构面不清晰，岩体完整程度为破碎，岩石结构已大部分破坏，构造层理不清晰，岩体被节理、裂隙分割成碎块状。（4）6.0 m 以下深度为中等风化泥质砂岩，紫红、暗红色，节理裂隙一般发育，呈短柱状或长柱状，部分岩石被节理、裂隙分割，呈块状。主要力学岩土体参数见表1。

表1 岩土物理力学指标

1.2 设计方案概况

拟建公路为城市次干路，红线宽度25 m，填方高度约为10 m。根据地质勘查情况和道路设计标高，此处的路基采取如下设计方案：清除1.5 m 厚的原状素填土，并挖设宽度不小于2 m、高度不小于0.5 m的错台，对填方路基进行冲击碾压，在左侧设置截水边沟，用于排除左侧坡面流水，填方坡面采用菱形骨架护坡。

2 路基滑移原因分析及治理措施

2.1 滑坡原因分析

该段填方路堤在经历了一次暴雨之后，道路出现了变形。道路路面形成了圈椅状的拉裂缝，裂缝贯通至道路人行道位置。坡脚处的填土已经产生了明显的隆起鼓胀裂隙。

经过现状踏勘取样，分析其路基变形的原因主要与这次暴雨有关。由于连续时间的强降雨，路堤两侧的坡面流水下渗进入到路基土体中，长时间浸泡土体，导致下部膨胀土抗剪强度急剧降低，从而在原状膨胀土附近形成软弱滑动面，路堤发生水平位移，并在坡脚应力释放，产生隆起变形。

根据勘察报告，软化后的含钙质结核黏土的抗剪强度指标为11 kPa 和17°。基于强度折减法，利用Midas GTS NX 有限元软件建立现状下的填方路堤模型，计算结果见图1。

图1 现状路堤的滑移变形

可以看出，沿含钙质结核黏土层界面形成了潜在的滑动带，并向上延伸至填方土体内，坡脚形成了明显的隆起，路面人行道位置附近有明显的沉降变形，这与现场的变形情况吻合，可见膨胀土层的强度降低是引起滑移的原因。

2.2 处治方案分析

根据现场变形情况，拟采用回填反压进行加固治理。回填反压宽度为8 m，反压高度为5 m，反压土体坡率调整为1 ∶2，分5 次填筑，每次填筑高度1 m。

为了模拟施工过程中路堤稳定性的变化规律，软件中模拟：自应力平衡→路堤填筑→反压 1 m →反压2 m →反压3 m →反压4 m →反压5 m，有限元模型见图2。

图2 回填反压治理路堤滑坡有限元模型

2.2.1 稳定性

为了分析回填反压的效果，利用强度折减法分析了每个阶段下的路堤稳定性。提取不同回填高度下的路堤稳定性系数，得到稳定性系数变化见图3。

图3 不同反压高度下的路堤稳定性系数变化规律

可以看出，随着回填反压的施工，路堤的整体稳定性呈现出逐渐增大的趋势，稳定性系数从原始的1.12 增加到1.53，增幅达到36.6%。从稳定性系数的整体变化规律看出，随着回填反压土体高度的增加，路堤的稳定性系数提升幅度越来越小。当反压高度超过2 m 之后，路堤的整体稳定性系数提升不大，说明并不是回填高度越高越好。当路堤处于极限平衡状态时，反压5 m 时路堤的有效塑性应变云图，见图4。

图4 反压高度5 m 时路堤的潜在滑动面云图

从图4 可以看出，当反压5 m 时，路堤自身的稳定性得到了一定的改善，但是反压土体却产生了新的滑移破坏，引发填方路基产生新的牵引式滑动，导致反压失败，进一步印证了反压土体并非越高越好。选取反压高度为2 m 和3 m 的路堤有效塑性应变云图，见图5、图6。

图5 反压高度为2 m 时的路堤潜在滑动面云图

图6 反压高度为3 m 时的路堤潜在滑动面云图

（1）通过图5 可以看出，当路堤处于极限平衡时，反压土体出现了较大的塑性应变区。说明当反压土体高度是2 m 时，反压土体提供的抗滑力不足以抵挡路堤填土的下滑力，反压土体容易被填方土体推移产生滑动，导致路堤失稳。（2）从图6 可以看出，当反压土体高度为3 m 时，潜在的最危险滑动面沿反压土体底部扩展至反压土体外边界。说明反压土体产生的抗滑力大于原有路堤的下滑力，反压起到了良好的效果。从图5 也可以看出，反压3 m时，路堤的稳定性系数为1.5 左右，满足规范要求。

2.2.2 剪应力

提取原始状态和反压高度3 m 时路堤的最大剪应力云图，见图7。

图7 路堤最大剪应力分布云图

（1）从图7 可以看出，在未进行反压之前，路堤的最大剪应力曲线基本平行，越到路堤顶面剪应力越小，但在路堤坡脚处剪应力曲线形成了一个明显的凸起，产生了剪应力集中现象，最大剪应力为14 kPa，这也是路堤产生滑移的主要表现之一。（2）当施工了高度3 m 的反压土体之后，坡面处的最大剪应力等值线出现了向土体内部偏转的现象，剪应力曲线从填方路堤、反压土体到原状地表西线呈现出三级阶梯状变化。原坡脚处的剪应力值降低为11.6 kPa，比原来降低了17%。这说明反压土体有效地改善了土体的内力分布，减小了坡脚处的应力集中，对治理该路堤滑移起到了重要的作用。

2.2.3 塑性应变

提取原始状态下的路堤填土状态和反压3 m 时的土体塑性状态，见图8。（1）从图8（a）可以看出，塑性应变区从路堤中部一直贯通到边坡坡脚。从塑性应变的模拟结果可以看出，该路堤的塑性应变主要是集中在坡体前缘，当土体塑性应变大于土体的抗剪强度之后，即产生水平向的蠕滑，背部土体产生空隙，因此，也向填方土体右侧产生剪切变形，形成牵引式路基滑动变形。（2）从图8（b）可以看出，当反压3 m 之后，土体的塑性应变位置未发生明显的变化，仍然集中在路堤坡脚位置，说明反压之后路堤的最危险位置仍为坡脚。但从路堤的有效塑性应变分布可以看出，反压土体并未产生塑性应变。这说明反压土体阻断了路堤的变形路径，有效地提高了路堤的稳定性。

图8 反压前后的有效塑性应变云图

对比图8（a）和图8（b）可以看出，反压前后填方路堤的有限塑性应变主要集中在填方路堤与原状地面的交界面处。在未进行反压之前，填方路堤的最大有效塑性应变为1.94×10-2，位于坡脚处。当采用反压土体治理路堤变形之后，填方路堤的最大有效塑性应变为1.48×10-2，减小了9.6×10-3，减小幅度达23.7%。可见，反压土体在阻断路堤滑移路径的同时，还降低了路堤内的塑性应变，有效地减小了路堤滑移破坏的风险。

3 结语

（1）连续强降雨导致路基下部含钙质结核黏土重度增大，抗剪强度降低是导致路堤变形的主要因素。（2）分析了反压高度从1 m 到5 m 的路堤稳定性，结果说明反压高度并非越大越好，反压高度超过3 m后路堤的稳定性系数变化不大。（3）反压土体有效降低了坡脚处的剪应力，改善了剪应力的分布特征，对治理该路堤滑动具有重要的作用。（4）反压土体还降低了路堤的有效塑性应变，阻断了路堤的滑移路径，降低了路堤破坏的风险。