某下伏采空區公路滑坡變形機理分析及工程設計

覃 浩

（山西省公路局 臨汾分局勘察設計院，山西 臨汾 041000）

0 引言

采空區上邊坡穩定性有三種情況：產生滑坡或崩塌；雖然地表嚴重開裂但邊坡和山體仍長期保持穩定；雖處采空塌陷區外側，但因位于塌陷盆地外邊緣鼓張區而發生地面隆起[1]。在工程實踐中，公路穿過下伏采空區的實例越來越多，這中間遇到的一個重要問題就是路基邊坡的穩定問題及其治理對策。在資金充足的條件下，能夠完全采用《采空區公路設計與施工技術細則》[2]和《公路路基設計規范》[3]的相關要求進行勘察設計。然而，主要受項目投資額度和公路等級等多種因素的限制，下伏采空區的公路路基失穩問題可能需要采取新的工程措施來進行處理，達到既要考慮采空區影響，又要保證公路安全的目的。本文就是采用錨索微型樁擋墻對一處下伏采空區路基滑坡進行的工程治理，以期提供一個有用的工程設計實例，為類似地區公路滑坡的治理提供借鑒。

1 工程概況

某山區三級公路里程為K95+665—K95+805，該段路線以半填半挖路基形式通過，路基左側為填方，填方最寬處約20 m，厚度最大約13 m。據現場施工技術人員反映，該段路基自施工完成后就一直在緩慢下沉開裂，雖經多次簡易處理，路面弧形裂縫一直在變寬，最寬處為15 cm，左側路肩處下沉最多達60 cm，左側的填方路基坡面也出現多道弧形拉張裂縫，寬度約20 cm。該滑坡已經形成，正在緩慢變形發展中。

該段路基邊坡變形破壞嚴重，已危及該段公路的行車安全和順利交工，急需進行治理。

圖1 左側路緣石處下沉

2 工程地質特征

2.1 基本特征

該滑坡平面形態上呈“長椅”形，主滑方向71°，與新建公路正交。該滑坡位于一山前洼地中后部，滑坡前側為一寬緩平臺，最寬處約110 m，已種松樹。剪出口位于填方坡腳處，發育鼓脹裂縫，寬度約15 cm，長度較短?；潞缶墳樾陆ü分芯€附近，左半幅路面變形開裂嚴重，中后部裂縫已經貫通?；伦髠冗吔缜逦?，有縱向剪切裂縫，右側邊界不清晰，以基巖出露處小型沖溝為界?；w縱向長約75 m，橫向寬約 140 m，厚度平均 14 m，面積為8.6×103m2，體積約 12.0×104m3，為中型中層堆積層工程滑坡。

2.2 地層結構

經地質調繪及鉆探揭露，滑坡區附近分布的地層主要為第四系人工填土（Q4me）、第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）、第四系全新統滑坡堆積物（Q4del）和石炭系上統太原組（C3t）。

2.2.1 滑體

滑體主要為路基填方和覆蓋層的碎石、塊石，母巖巖性為粉砂巖和泥質砂巖，松散，粉質黏土充填，碎石粒徑2～20 cm占70%，塊石粒徑約30 cm，含量約15%，局部架空，稍濕。

2.2.2 滑帶

滑帶為巖土界面的軟弱粉質黏土，受地表水下滲后軟化形成滑帶。

2.2.3 滑床

滑床為強風化中砂巖?；疑?，長石、石英為主，鈣質膠結，薄層構造，節理裂隙發育，巖芯呈碎塊狀。

2.3 采空區

據附近煤礦提供資料顯示：該滑坡區正下方為煤礦運輸巷道，主要受到正在開采的五采區影響?；聟^位于目前五采區采空區外側，但屬于將來采空區范圍內。該煤礦開采煤層為2號、3號、8號3個煤層，多層開采相互影響，采動變形嚴重。采煤方法為綜采一次采全高，頂板自然塌落?；聟^地面高程1 000～1 048 m，采煤頂板高程680～740 m，采深為260～320 m，總計開采厚10～12 m，綜合回采率80%，采深采厚比為26～27，不穩定。按山西西山地區煤礦移動盆地的一般資料，移動角為69°～72°，目前五采區采空區影響周界距該滑坡最近處為65 m（如圖2中虛線范圍所示），但根據開采規劃，后期五采區的采空區將影響到該滑坡范圍內50%左右坡體的穩定（如圖2中粗線范圍所示），見滑坡區與采空區相對關系圖。并且，滑坡區所在場地區域巖體破碎，不利于采空區穩定。綜上所述，目前滑坡的形成與下伏采空區沒有直接關系，但后期進一步開采，將導致該段公路發生塌陷。因此，工程治理方案應考慮后期可能的采空區塌陷影響。

圖2 滑坡與采空區相對關系圖

3 滑坡的成因和穩定性評價

3.1 滑坡的成因分析

研究分析影響該段滑坡穩定的因素，目前主要為地形地質條件、大氣降水和綠化澆灌、路基填方等，具體分析如下。

3.1.1 地形地質條件

項目區原地形較陡，該段路基填方位于一洼地后部邊坡上，原坡面較陡，地質條件較為復雜，地層主要為路基填方的粉質黏土夾碎塊石、砂巖和泥巖，強度低，因此，巖土界面的粉質黏土為易滑地層，復雜的地形地質條件為坡體滑動提供了有利條件和地質背景。

3.1.2 大氣降水和綠化澆灌

項目區氣候屬溫帶半干旱大陸性氣候，年均降水量500 mm左右，降雨主要集中在7—8月，雨季時降雨集中，降雨強度和降水量大。降雨以及森林公園綠化澆灌用水入滲到坡體內，一方面增加坡體重度，另一方面粉質黏土軟弱層遇水軟化、解體，大大降低了坡體的抗剪強度。

3.1.3 路基填方

西山農村旅游及防火通道公路路基填方加載，改變了自然坡體的平衡狀態，為滑坡的形成提供了滑動空間，使坡體的穩定性降低，導致坡體沿不利的軟弱地層產生變形和滑動。

如上所述，復雜的地形地質條件是滑坡形成的主要內因，人工填方改變自然坡體的平衡狀態、大氣降水和綠化澆灌是滑坡形成的主要外因。在內外因共同作用下，形成滑坡災害。

3.2 滑坡的穩定性分析與評價

根據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011），按滑體厚度、體積和滑體組成物質分別對滑塊進行分類，該滑坡為中層中型堆積層滑坡。

結合類似滑坡治理工程經驗及滑坡反算成果，選取如下參數對該滑體主滑斷面的穩定性進行了計算：根據野外大重度試驗測定滑坡體容重為19 kN/m3，計算中碎塊石天然容重取19.0 kN/m3，飽和容重為19.6 kN/m3。取穩定系數K=0.99，滑面內黏聚力c=14 kPa，φ=18°，主體斷面上該滑體的穩定性計算結果見表1[4]。

采用不平衡推力法進行計算，滑坡計算條分圖見圖3，滑坡穩定性計算結果見表1。

表1 滑坡穩定性計算一覽表

圖3 滑坡主斷面條分圖

經綜合分析，判定該段滑坡在天然狀態下處于欠穩定狀態，在暴雨或持續降雨狀態下以及地震狀態均處于不穩定狀態。

4 滑坡的治理設計

4.1 滑坡下滑推力計算

經計算，在設計支擋工程位置的下滑推力計算結果如下，并以3種工況下的最大值作為設計滑坡推力。

表2 滑坡剩余下滑推力計算結果一覽表

4.2 滑坡治理工程設計

根據勘察報告可知，該段滑坡滑體松散，其物質成分主要為粉質黏土夾碎石，在區內降雨及綠化澆灌等不利因素影響下，后部變形嚴重，且一直在緩慢發展中。附近煤礦五采區的下一步開采將影響到該滑坡約50%的坡體穩定。

為了保證該段公路安全穩定，需要對該段滑坡進行加固支擋。受本項目投資額度限制，沒有條件對該段下伏采空區進行工程治理。之所以擬定錨索微型樁擋墻進行滑坡治理，是考慮該種結構能將路基形成一個整體，即使將來下伏采空區發生塌陷，該段路基只可能出現因采空區區域沉陷導致的整體下沉，而不會出現局部塌陷而威脅到公路安全。

因此，該滑坡治理采用微型樁擋墻對該段路基進行抗滑支擋，同時采用嵌入式水工磚對該段進行鋪砌，待采空區穩定后再鋪筑瀝青混凝土路面。

4.2.1 抗滑支擋工程

在左側路肩外側設置一道微型樁擋墻進行抗滑支擋，墻高3.0 m，埋深3.0 m，頂寬1.5 m，面坡坡率1∶0.25，背坡直立。擋墻墻身配筋，采用C30混凝土澆筑。距墻頂1.0 m的位置設一排錨索進行加固，錨索孔橫向間距6 m，錨索長18 m，錨固段10 m，孔徑130 mm，孔內設6根φs15.2無黏結鋼絞線，采用M30純水泥漿壓力注漿。擋墻基礎內設置微型樁，微型樁共3排，采用梅花型布置，行距0.75 m，排距1.0 m，微型樁長18 m，其中1.5 m伸入到擋墻內。微型樁樁徑為130 mm，內設3束φ28鋼筋，注漿采用M30水泥砂漿灌注，注漿終止壓力0.3 MPa。微型樁擋墻共計135 m。

4.2.2 路面修復工程

清除填方范圍內現有的瀝青路面，重新平整基層，上方鋪設10 cm厚的砂石墊層，最后鋪砌嵌入式水工磚。鋪砌水工磚路面長度約140 m。

該段滑坡治理工程已于2013年10月順利完工。根據竣工后的定期監測資料，坡體已經穩定，治理工程取得了圓滿成功。

5 結語

本文在分析某下伏采空區路基滑坡變形機理的基礎上，主要采用了錨索微型樁擋墻對下伏采空區滑坡進行加固支擋。這種錨索微型樁擋墻能將路基形成一個整體，即使將來下伏采空區發生塌陷，該段路基只可能出現因采空區區域沉陷導致的整體下沉，而不會出現局部塌陷而威脅到公路安全。這一工程實例可以在兼顧采空區后期塌陷影響的基礎上保證新建公路的穩定安全，可為采空區地區公路的勘察、設計和施工技術的完善提供詳實的實踐資料。