浅析气泡混合轻质土在山区高速公路滑坡路堤填筑中的应用

2012年第2期西南公路XINANGONGLU浅析气泡混合轻质土在山区高速公路滑坡路堤填筑中的应用李勇文丽娜张斌（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都610041）【摘要】通过对K198+890~K199+041段路堤滑坡工程的原设计和变更设计进行了分析研究，与假设采用气泡混合轻质土填筑方案进行了工程和经济的对比，得出了气泡混合轻质土在滑坡路堤填筑中，无论是安全性还是经济性方面都有较大的优势，对山区高速公路特殊路段的处治有着广泛的应用前景。【关键词】滑坡路堤；地层岩性；抗滑桩；气泡混合轻质土【中图分类号】U416.1+63【文献标识码】A1概述四川省雅安经石棉至泸沽高速公路C26合同段K198+880~K199+100段位于半填半挖斜坡路段，原施工图设计采用在路基左侧设衡重式挡墙的形式通过，最大墙高12m，垫基最大高度3m，其中K198+890~K199+041段墙高为8~12m，施工图设计按IX度地震烈度设防的尺寸、加设两排压力注浆锚杆处治，右图2K198+890～K199+041段路堤滑坡全貌照片图侧为挖方边坡，挖方边沟下有渗沟排水设计。2010年7月，对该段病害再次采用了大反压体、2009年完成了挡墙施工（锚杆尚未施工），并锚索抗滑桩、钢管桩、碎石桩、挡墙垫墩锚索和仰斜且路基填方已填至设计标高。2009年9月连降暴雨后式排水孔等措施进行综合处治，目前已取得了成功。发生沉降和外倾现象，路基上、下侧均产生裂缝，2场区工程地质条件设计变更处治措施为在K198+890~K199+076段紧邻挡墙左侧增设抗滑桩、挡墙上增设锚索、左侧边坡2.1地形地貌上增设仰斜排水孔和渗沟。2010年5月15日后，当地工程区总体属中山构造剥蚀堆积地貌区，由于再次连降大雨，K198+870~K199+050路基发生了开新构造运动的作用，扯羊河两岸形成了不对称的侵裂。监测资料表明挡墙和抗滑桩发生了位移，路基蚀台地，左岸台地被后期改造成缓坡地形，右岸台地左侧自然边坡多处出现变形开裂（见图1、图2）。相对完整，也被后期沟谷、河流冲刷和堆积大量物质。路线位于河谷右岸自北向南跨越斜坡，横坡坡度20°~35°，最高高程为2243m，最低高程为2063m，相对高差约180m，总体地形西高东低，向东倾斜。2.2地质构造区内大地构造处于扬子准台地与松潘甘孜地槽构造单元之接壤地带。区域构造以南北向断裂为主，地处安宁河断裂带。通过地面地质调查及地震安全性评价的高密度电法测试资料，安宁河东支断裂—铁寨子—曹古断裂位于工点西侧斜坡地带，距图1K198+890~K199+041段路堤滑坡工程地质平面图该桥位约350m，与安宁河主断裂平行，该断裂北起6 2012年第2期西南公路XINANGONGLU李勇，文丽娜，张斌：浅析气泡混合轻质土在山区高速公路滑坡路堤填筑中的应用栗子坪，经菩萨岗、拖乌、大盐井、曹古西后延至根据2010年8月份的监测资料分析可以得出，坡马尿河边与安宁河东支断裂交汇。断层破碎带规模体整体在滑动，选取K199+039横断面为典型断面将浅析气泡混合轻质土在山区高速公路较大，其出露宽度在百米以上，其它地段主要由糜坡体的横向变形及竖向变形随时间的变化关系绘制滑坡路堤填筑中的应用棱岩、碎裂岩和构造透镜体等组成。探槽揭示出断成图（见图3、图4）。图3中上曲线为路线左侧约裂已切穿全新世沉积物并通达地表，为全新世活动断87.078m横向位移，下曲线为路线左侧约12.75m横向李勇文丽娜张斌裂，未来具备发生强震及其地面位错的可能性。位移，虽然两者之间位移有差异，但具有同时位移（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都610041）2.3地层岩性及岩土类型增加的趋势，并且达到500mm以上，说明坡体已出根据区域地质资料，该地段为安宁河断裂带形现整体滑移。图4中，竖向位移具有相同特征。并且【摘要】通过对K198+890~K199+041段路堤滑坡工程的原设计和变更设计进行了分析研究，成的断裂谷地，从第三系至今，沉积大量的湖积、从图4中可以看出，坡体横向位移是越向坡体外侧滑与假设采用气泡混合轻质土填筑方案进行了工程和经济的对比，得出了气泡混合轻质土在滑坡路堤填筑冲洪积物质，经后期外部环境的改造，在斜坡浅表移越大，而竖向位移是越向坡外侧滑移越小。说明中，无论是安全性还是经济性方面都有较大的优势，对山区高速公路特殊路段的处治有着广泛的应用前景。层及沟谷出口段堆积大量的坡洪积物。根据地调及坡体的外侧以水平位移为主，而坡体后缘以竖向位【关键词】滑坡路堤；地层岩性；抗滑桩；气泡混合轻质土【中图分类号】U416.1+63【文献标识码】A钻探揭露，滑坡区地层从上到下分布有：移为主，坡体的剪出口在坡体最前缘的河岸边。me（1）人工堆积层（Q）碎石土。10004高速公路的路基，为人工分层辗压形成，呈中）m800m1概述密~密实状，碎石成分为强～弱风化泥岩、砂岩，表（移600位层有约10cm厚的沥清路面，厚度0~7.7m。向四川省雅安经石棉至泸沽高速公路C26合同段横400dl+pl（2）坡洪积层（Q）场地岩性为含角砾低液K198+880~K199+100段位于半填半挖斜坡路段，原4L12.75200施工图设计采用在路基左侧设衡重式挡墙的形式通限黏土、粘土质角砾和碎石土交错堆积，厚2~13m。L87.078（3）冲洪积层（Qal+pl）。卵石土：灰、兰灰、日期过，最大墙高12m，垫基最大高度3m，其中K198+408月5日8月10日8月15日8月20日8月25日890~K199+041段墙高为8~12m，施工图设计按IX度灰绿色，松散，饱和，石质成份主要为砂岩，多呈图3K199+039断面横向变形随时间的变化图地震烈度设防的尺寸、加设两排压力注浆锚杆处治，右图2K198+890～K199+041段路堤滑坡全貌照片图次圆形，弱风化，岩质较硬，透水性好。厚度变化800相对稳定，厚2.0~3.0m。分布于河床。）侧为挖方边坡，挖方边沟下有渗沟排水设计。2010年7月，对该段病害再次采用了大反压体、mm600al+pl（2009年完成了挡墙施工（锚杆尚未施工），并锚索抗滑桩、钢管桩、碎石桩、挡墙垫墩锚索和仰斜（4）第四系上更新统冲洪积层（Q3）。为移位向400且路基填方已填至设计标高。2009年9月连降暴雨后式排水孔等措施进行综合处治，目前已取得了成功。（含砂）粉质粘土、粉土、粘土质角砾和小块石土竖L12.75发生沉降和外倾现象，路基上、下侧均产生裂缝，交错堆积。2场区工程地质条件200L87.078设计变更处治措施为在K198+890~K199+076段紧邻2.4水文地质0日期挡墙左侧增设抗滑桩、挡墙上增设锚索、左侧边坡2.1地形地貌工程区为扯羊河右岸谷坡下段，紧邻河床，中8月5日8月10日8月15日8月20日8月25日上增设仰斜排水孔和渗沟。2010年5月15日后，当地工程区总体属中山构造剥蚀堆积地貌区，由于部为一宽缓平台，后缘汇水面积较大，斜坡表以粗图4K199+039断面竖向变形随时间的变化图再次连降大雨，K198+870~K199+050路基发生了开新构造运动的作用，扯羊河两岸形成了不对称的侵粒土为主，夹有细粒土，含水介质为第四系坡洪、3.2滑坡体的形成机理裂。监测资料表明挡墙和抗滑桩发生了位移，路基蚀台地，左岸台地被后期改造成缓坡地形，右岸台地冲洪积层之碎石土、碎石夹土、粘土质角砾、粉由于整个坡体位于扯羊河的冲刷岸，其前缘抗左侧自然边坡多处出现变形开裂（见图1、图2）。相对完整，也被后期沟谷、河流冲刷和堆积大量物砂、粉土层、中粗砂、粉质粘土。地下水顺斜坡表滑段被不断冲蚀而缩小，使其对坡体的抗滑稳定作质。路线位于河谷右岸自北向南跨越斜坡，横坡坡度浅一定范围径流向下，场地中下部位于松散孔隙水用降低，同时在连续暴雨季节，坡体中的水不能及20°~35°，最高高程为2243m，最低高程为2063m，的径流排泄区内，地下水丰富。时排出，在饱水状态下，粉土及粘土的力学参数迅相对高差约180m，总体地形西高东低，向东倾斜。速降低，抗滑能力下降，因此坡体从下向上逐渐产3滑坡分析2.2地质构造生牵引式滑移导致滑坡。从坡体的变形形态来看，区内大地构造处于扬子准台地与松潘甘孜地槽3.1变形监测在坡体的中部的沉降变形量及横向变形量很大，两构造单元之接壤地带。区域构造以南北向断裂为变形Ⅲ区主要位于K198+870~K198＋950段左侧相对较小，中部主要位于前缘冲刷强烈段，受暴雨主，地处安宁河断裂带。通过地面地质调查及地震侧，该侧主要的表现为地表变形，局部地段水沟被入渗和前缘侧蚀影响最大，造成滑坡的变形差异。安全性评价的高密度电法测试资料，安宁河东支断挤压变形破坏，在坡体后缘的公路路基路面变形相在7月15日至8月9日降雨连续、频繁，当路面出裂—铁寨子—曹古断裂位于工点西侧斜坡地带，距对较小，裂缝1-3cm，沉降变形约20-40cm。该滑坡现裂缝后，设置观测点进行位移观测，随着降雨的图1K198+890~K199+041段路堤滑坡工程地质平面图该桥位约350m，与安宁河主断裂平行，该断裂北起区的变形主要受中部滑坡Ⅱ区的影响产生变形。进行，观测点变形持续不断（见图5）。当8月9日，67 西南公路降雨停止后，变形逐渐减小，并停止，当降雨开始气泡混合轻质土是一种能有效解决强度与变形后，变形又出现。而在8月9日至8月12日降雨停止，问题的新型轻质环保填筑材料，它由固化剂（主要但变形继续，主要是由于，连续暴雨入渗，雨水由是水泥）、水、气泡和其它外掺材料，按一定比例地表水变为地下水，其含水量降低具有一定的滞后经充分混合、搅拌后凝固而成。性。总体而言，降雨与位移具有直接的相关性。是气泡混合轻质土内均匀分布有大量的独立闭合坡体变形破坏的主要原因。气泡，从而使其容重比一般土建材料小，可减少自140120重和对下部地基荷载。根据工程需要，通过调整固降雨（mm）10080位移（mm）3化剂种类、用量和气泡含量，容重可在4~15kN/m范604020围内调节，强度可在0.5~35.0MPa范围内调节（工程059361479149711223月月月1112中，一般应用范围为0.5~1.5MPa）。月月月月月888月月月月777778888日期因气泡具有很好的保温隔热性，故以其为原材图5K199+003R17.5观测点降雨与位移关系图料制作的气泡混合轻质土亦具有良好的隔音隔热和经调查及钻探揭露，由于边坡土体多为可塑状抗冻融性能。粘土及粉土、松散—稍密的粘土质角砾、碎石土，气泡混合轻质土属无机质材料，无论用于地上滑坡前缘位于扯羊河侧蚀冲刷侧，侧蚀强烈，坡面或地下填筑工程，对环境均无污染。用于道路加略有起伏，斜坡的中前缘显现出圈椅状负地形，并宽、山区陡坡路段填筑时，可大量节省土地资源，堆积有颜色杂乱、成份各异的粗粒土，从地形条避免高填深挖等对环境的破坏。件、坡体物质组成及各岩性层的分布情况分析，该5.2气泡混合轻质土用于滑坡路堤填筑段斜坡曾经发生过变形。据访问，该坡体常发生小在滑坡路堤设计时，为防止山体滑动，需对可范围局部滑动，特别是大雨、暴雨之后，加之扯羊能滑动土体进行处理，常见方法有置换处理法、打抗河水流不断对坡脚的掏蚀，因些坡体稳定性差。在滑桩。对深层土体滑动，置换处理法是不现实的。不进行治理的条件下，滑坡区在诱发因素的作用下同时，由于路堤填土荷载并没有减轻，打抗滑将发生滑动破坏，因此该段坡体处于欠稳定状态。桩也达不到应有效果，导致路堤滑塌的质量事故时4方案的拟定有发生。气泡混合轻质土填筑滑坡路堤，从减轻填土荷根据该滑坡的性质、形成机理和推力计算等，载角度出发，其优势如下：需要对该滑坡采用大反压体和锚索抗滑桩进行处（1）降低填土荷载，减少土体滑动力矩，提高治，对原挡墙和路堤采用钢管桩、碎石桩、垫墩锚路堤的抗滑稳定性；索和仰斜式排水孔等措施进行综合处治。滑坡处治（2）可大大简化抗滑处理方案，甚至不进行抗横断面设计（见图6）。钢管柱长25m滑处理；K199+040145碎石桩仰斜排水孔锚索桩（3）减少挖填工程量，避免原有地形、地貌的破坏；1根3束预应力锚索35m长，倾角5°（4）降低工程造价，缩短施工工期。反压体实体护坡工程实例照见图7。2根5束预应力锚索钢筋笼挡墙35m长，倾角15°图6K198+890~K199+041段滑坡处治断面设计图该处治方案对路堤滑坡体进行了彻底处治，但由于措施多，工程规模大，施工繁琐，工程造价约1915万。5气泡混合轻质土日本某高速公路滑坡路段轻质土路堤施工5.1气泡混合轻质土简介图7气泡混合轻质土填筑滑坡路堤实例8 西南公路李勇，文丽娜，张斌：浅析气泡混合轻质土在山区高速公路滑坡路堤填筑中的应用降雨停止后，变形逐渐减小，并停止，当降雨开始气泡混合轻质土是一种能有效解决强度与变形5.3气泡混合轻质土与原路堤挡墙方案的对比邻挡墙左侧增设抗滑桩、挡墙上增设锚索、左侧边后，变形又出现。而在8月9日至8月12日降雨停止，问题的新型轻质环保填筑材料，它由固化剂（主要原施工图设计采用在路基左侧设衡重式挡墙的坡上增设仰斜排水孔和渗沟（见图8）。但变形继续，主要是由于，连续暴雨入渗，雨水由是水泥）、水、气泡和其它外掺材料，按一定比例形式通过，最大墙高12m，垫基最大高度3m，（其根据该段地勘报告，崩坡积体整体处于欠稳定地表水变为地下水，其含水量降低具有一定的滞后经充分混合、搅拌后凝固而成。中K198+890~K199+041段墙高为8~12m，施工图设计状态，局部稳定性较差，可考虑在坡体后缘挖除部性。总体而言，降雨与位移具有直接的相关性。是气泡混合轻质土内均匀分布有大量的独立闭合采用Ⅸ度地震烈度的尺寸、加设两排压力注浆锚杆处分，采用轻质土填筑回填和填筑路堤，相当于对崩坡体变形破坏的主要原因。气泡，从而使其容重比一般土建材料小，可减少自治），右侧为挖方边坡，挖方边沟下有渗沟排水设计。坡积体进行清方减载，经过计算可使崩坡积体上部140120重和对下部地基荷载。根据工程需要，通过调整固2009年，完成了挡墙施工（锚杆尚未施工），推测滑面的安全系数>1.25（见图9），在不设支挡降雨（mm）10080位移（mm）3并且路基填方已填至设计标高。2009年9月连降暴雨防护的情况下可满足规范要求。原防护措施和轻质化剂种类、用量和气泡含量，容重可在4~15kN/m范604020围内调节，强度可在0.5~35.0MPa范围内调节（工程后发生沉降和外倾现象，路基上、下侧均产生裂土填筑的对比（见表1）。059361479149711223月月月1112中，一般应用范围为0.5~1.5MPa）。缝,设计变更处治措施为在K198+890~K199+076段紧从表1可以看出，用轻质土填筑该段路堤，不但月月月月月888月月月月777778888日期因气泡具有很好的保温隔热性，故以其为原材K199+050断面K199+050断面图5K199+003R17.5观测点降雨与位移关系图料制作的气泡混合轻质土亦具有良好的隔音隔热和抗滑桩立柱与挡墙原挡墙填筑轻质土填筑之间用卵石砼浇筑经调查及钻探揭露，由于边坡土体多为可塑状路2122.086.00%抗冻融性能。2121.16906.00%粘土及粉土、松散—稍密的粘土质角砾、碎石土，路锚换填气泡混合轻质土气泡混合轻质土属无机质材料，无论用于地上索长度319m，倾气泡混合轻质土5kN/m仰斜式排水孔角1中滑坡前缘位于扯羊河侧蚀冲刷侧，侧蚀强烈，坡面5°或地下填筑工程，对环境均无污染。用于道路加纵向片石排水沟中线略有起伏，斜坡的中前缘显现出圈椅状负地形，并换填气泡混合轻质土宽、山区陡坡路段填筑时，可大量节省土地资源，块碎石土、粘土质角砾堆积有颜色杂乱、成份各异的粗粒土，从地形条避免高填深挖等对环境的破坏。线件、坡体物质组成及各岩性层的分布情况分析，该滑面测5.2气泡混合轻质土用于滑坡路堤填筑推段斜坡曾经发生过变形。据访问，该坡体常发生小在滑坡路堤设计时，为防止山体滑动，需对可范围局部滑动，特别是大雨、暴雨之后，加之扯羊能滑动土体进行处理，常见方法有置换处理法、打抗图8原路堤填筑和第一次变更后典型断面设计图图9采用气泡混合轻质土填筑典型断面设计图河水流不断对坡脚的掏蚀，因些坡体稳定性差。在滑桩。对深层土体滑动，置换处理法是不现实的。不进行治理的条件下，滑坡区在诱发因素的作用下表1两种方案挡墙对比表同时，由于路堤填土荷载并没有减轻，打抗滑将发生滑动破坏，因此该段坡体处于欠稳定状态。容重加载挡墙抗滑桩普通填挖除换填挡墙轻质土每延米桩也达不到应有效果，导致路堤滑塌的质量事故时项目体积体积料体积轻质土填锚索填筑体积造价3333333(kN/m)(kN)(m)(m)(m)(m)(m)(m)(万元)4方案的拟定有发生。每延米原设计方案工程量（不含第二次变更）221140208.252172.4气泡混合轻质土填筑滑坡路堤，从减轻填土荷根据该滑坡的性质、形成机理和推力计算等，每延米轻质土填筑方案工程量5-1611928.61.5载角度出发，其优势如下：需要对该滑坡采用大反压体和锚索抗滑桩进行处（1）降低填土荷载，减少土体滑动力矩，提高可以节约造价，还相当于对原崩坡积体进行了减用，在我国沿海也逐渐开始在使用。对西部山区高治，对原挡墙和路堤采用钢管桩、碎石桩、垫墩锚路堤的抗滑稳定性；载，增加了路堤稳定性，简化了支挡防护的措施。速公路来说还是一种新材料新技术。本文通过对索和仰斜式排水孔等措施进行综合处治。滑坡处治（2）可大大简化抗滑处理方案，甚至不进行抗由于该段填方体位于潜在不稳定的崩坡积体K198+890~K199+041段路堤滑坡工程的原设计和变横断面设计（见图6）。钢管柱长25m滑处理；上，原设计方案在坡体后缘加载，挡墙基底承载力更设计进行了分析研究，与假设采用气泡混合轻质K199+040145碎石桩仰斜排水孔锚索桩（3）减少挖填工程量，避免原有地形、地貌的破坏；较差、暴雨和地下水等因素下诱发了坡体滑动，进土填筑方案进行了工程和经济的对比，得出了气泡1根3束预应力锚索35m长，倾角5°（4）降低工程造价，缩短施工工期。行了两次变更处治设计，变更金额超过2000万元混合轻质土在滑坡路堤填筑中无论是安全性还是经反压体实体护坡工程实例照见图7。（每沿米总造价约13.5万）。若采用新型的气泡混济性方面都有较大的优势，对山区高速公路特殊路2根5束预应力锚索钢筋笼挡墙35m长，倾角15°合轻质土进行路堤填筑，不仅不会增加崩坡积体后段的处治有着广泛的应用前景。图6K198+890~K199+041段滑坡处治断面设计图缘荷载，还可以有效减少荷载，提高路堤安全系参考文献该处治方案对路堤滑坡体进行了彻底处治，但数，大大节约工程造价。[1]铁道部第二勘察设计院主编.铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-200由于措施多，工程规模大，施工繁琐，工程造价约1)[S].北京:中国铁道出版社.20011915万。6结论[2]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[S].北京:人民交通出版社.2003[3]广东省建设厅.气泡混合轻质土填筑工程技术规程(DBJ15-58-2008)[S].广5气泡混合轻质土气泡混合轻质土在国外工程上有着广泛的应东:2008日本某高速公路滑坡路段轻质土路堤施工5.1气泡混合轻质土简介图7气泡混合轻质土填筑滑坡路堤实例89