上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司合肥分公司 安徽合肥 230001
摘要：针对某软土地基工程滑塌实例做了分析，指出滑塌的主要原因，提出处理措施，并总结了软土路基稳定性特点，为类似工程问题的处理提供了参考价值。
关键词：软土地基；滑塌；稳定性分析
1.引言
我国地域辽阔，从沿海到内陆，由山区到平原，分布着各种各样的地基土，这些地基土中，不少为软弱土和不良土。其中，软粘土地基是在工程实践中遇到最多而需要进行人工处理的不良地基。
软土的基本物理力学特征是：天然含水量大、天然孔隙比大、渗透系数小、压缩性高、强度低，可呈灵敏性结构等。工程实践表明，在软土地区修建公路，稳定性问题是最基本的问题。在荷载作用下，地基承载力低，容易发生稳定事故，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，而且沉降稳定历时较长。本文针对某公路软基失稳原因进行了一定的分析，提出处理措施，对工程的施工起到了一定的指导作用。
2.工程实例
2.1工程概况及滑塌现场
某公路K13+044～K13+261软基段路堤设计填土高度4.4m，软基处理采用：砂垫层＋袋装砂井＋一层土工布＋一层土工格栅的超载预压方案，砂垫层厚80cm；袋装砂井间距1.1m，直径7cm、长度10.6m，超载填土高度2.0m（路基填土总高度6.4m），设计最终沉降量1.18m。
某日凌晨软土路基K13+044～K13+261地段突然坍塌，滑塌长度217m，路基沿中线方向向两侧滑出，其中滑塌深度最大处位于K13+180，深度达5.5m（与滑塌前路基相比）。滑塌深度最大处（K13+180）左侧路基滑出39.8m，右侧滑出42.8m（距离路基中心）。路基中心开裂宽度最大值240cm，横向开裂宽度最大值50cm。其它各断面的滑移面形状基本类似，在路堤坡脚附近为滑弧最深处，一般深度在标高-13m～-17m之间，滑弧宽度随滑弧深度逐渐变宽，变化范围在0.8m～3.0m之间。
2.2滑塌前沉降情况
滑塌段K13+044～K13+261软基处理段共设置了3个表面沉降观测断面，9个观测点，滑塌前累计沉降及沉降速率情况参见表1。
表1塌陷前累计沉降及沉降速率
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从观测情况来看，滑塌前累计沉降已超过设计沉降量，且沉降速率达12.0mm/d，可见填土过快导致沉降速率过大是引发失稳的直接原因。
2.3地质条件
根据地质勘察资料，反映该段土层分布情况为：4.88m～0.32m为素填土、0.32m～0.28m为耕植土、0.28m～-12.72m为淤泥、-12.72～-17.52m为粉砂，淤泥层厚13.0m。
表2路段软土层物理力学性质指标表
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3.稳定性计算
采用地质勘察资料的土体性质指标，稳定性计算采用偏于保守的瑞典条分法，其计算基本公式为：
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(1)
考虑孔隙应力的计算公式为：
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(2)
土工布的抗滑力矩分两种情况考虑：
1、土工格栅为柔性筋带，即在滑弧滑移处土工格栅生产与滑弧相适应的扭曲，拉力方向切于圆弧，其计算式为：
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(3)
2、假设土工格栅拉力与原铺设方向一致，在滑弧处拉力分解为两个方向，其抗剪力矩计算式为：
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(4)
式中，
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取土工格栅抗拉强度与所能提供生产最大摩擦阻力两者之小值；
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为圆弧心至土工布的距离；
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为圆弧半径；
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为圆弧切线与土工布之间的夹角。
当地基中设有竖向排水的袋装砂井时，在圆弧滑动计算中，可将滑动带上的淤泥土和排水体视为复合体。当排水体作为竖向加筋体考虑时，砂袋将作为能跟滑动体一起抗拉的筋带，而参与抗滑体生产抗力。砂袋生产的总抗滑力矩(包括砂袋中砂的摩擦抗滑作用)，可由下式计算：
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(5)
式中，
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表示第
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条砂袋的抗拉力，取砂袋抗拉力与其所受摩擦阻力两者之小值；
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表示第
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条砂袋中上半部分或下半部分的砂重；
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袋中砂的摩擦角，
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滑弧范围砂袋的数量，按每米长路堤计算，其数量由砂袋的间距和滑弧在砂井区所切的长度决定。
综上所述，在有砂井、土工布情况下的抗滑稳定性公式为：
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(6)
说明：计算中应考虑袋装砂井打设对强度的降低的影响，强度取施工扰动后的强度，本次计算取原强度的80％；渗流影响由替代容重法考虑；强度增长由土体平均固结度考虑。
具体稳定性计算采用海大学岩土力学科学研究所自行研制开发的稳定性程序包SLP，该稳定性程序包曾在沪宁高速公路、福泉高速公路、广珠高速公路、南京环城公路等软基稳定性问题的计算上得到应用，并取得了比较好的成绩。
表3稳定性计算结果
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计算结果显示在超载荷载下路堤的安全系数并不高，低于规范规定的1.25，存在一定的隐患。
4.失稳原因分析
经过对该路段地质条件、设计施工情况的分析，可以得出失稳为以下几个方面原因：
（1）该段地质条件复杂，设计淤泥层厚度与实际情况相差较大(初勘淤泥层厚度为9.8m，补勘为12～14m)，设计砂井长度偏短(设计长度为10.6m),袋装砂井未打穿淤泥层，在地基底部存在一个薄弱层，当路堤荷载超过临界状态时，薄弱层承载能力不足是产生路堤地基失稳的原因之一。
（2）路堤两侧鱼塘水位的变化、路堤表面冲击压实处理对地基土体的扰动等也是引起引起路堤地基失稳的潜在原因。
（3）路堤周围约束条件较差(两侧为鱼塘)，抗滑能力弱也是引起路堤地基失稳的原因之一。
（4）K13+160～K13+200段的填土是诱发塌陷的外部原因，根据现场察看，塌陷从K13+180附近开始，由于整段路基薄弱层处在临界状态附近，K13+180附近的塌陷引发相邻断面的塌陷，不断相互影响使塌陷区域扩大，最终在两端结构物台背粉喷桩处理区域停止，其表现为袋装砂井处理区域路堤表面存在横向阶梯现象；粉喷桩处理区域路堤表面出现横向裂缝。
5.处理方案选择
根据现场条件、施工工期等方面情况，K13+044～KI3+261段塌陷后有3种处理方案可询，即：
（1）将卸载土方做反压护道，路堤地基采用复合地基处理方法，如打设紧密砂桩等。该方案费用较省，但需要较长的预压时间，在目前施工时间紧迫的情况下不宜采用。
（2）重新铺设砂垫层、打设袋装砂井，采用真空一堆载联合预压方法处理。该方案较1方案费用为高，但能较好地解决软土地基的稳定问题，且能实现快速填土，可以满足施工时间的要求。
（3）路改桥处理。该处理方案能彻底地解决稳定和沉降问题，但费用巨大，工程经济效益差。
在综合多方面因素后，决定采用真空一堆载联合预压处理方案，具体处理方案为：砂垫层＋一层土工布＋两层土工格栅的真空－堆载联合预压方案，砂垫层厚80cm，袋装砂井间距1.0m，直径7cm，设计长度20.0m，联合预压期不少于3个月。
6.软基稳定性特点
软基路堤的稳定性特点由于软土的特性，主要具有几大特点。一是，在荷载作用下，地基土的强度随固结而增长，相应地安全系数也随之提高。二是，滑动面一般呈典型的圆弧形，利用极限平衡原理的圆弧法分析。三是，软土的固结大部分在施工过程中完成，这期间施工干扰等不安全因素也最多，因而施工期间的稳定事故出现得最频繁。所以施工中的稳定性最值得关注。一般情况下引起公路软基在施工过程中失稳的原因有以下几种可能:
（1）填土速度过快，地基土体固结强度的增长不足以承担填土增加的荷载，导致路堤地基失稳。
（2）地基排水体系不畅，土体固结速度慢，影响土体抗剪强度提高，当填土超过极限高度后，引起路堤地基失稳。
（3）地基内存在明显的薄弱层，如袋装砂井未打穿淤泥层、地基内有涵穴孔洞等，局部强度不足导致路堤地基失稳。
（4）地基外部条件的变化，如水位降低、连续大雨等，使得滑动力大大增加，导致路堤地基失稳。
（5）地基受强扰动，如施工、重载机械走动等，土体抗剪强度降低，当路堤荷载超过临界值时，引起路堤地基失稳。
（1）~（3）是引起路堤地基失稳的内在原因，（4）~（5）是引起路堤地基失稳的外在原因，填土、大雨和水位骤降等是诱发路堤地基失稳的原因。
7.结语及建议
软土地基的稳定性受多种因素的影响与制约,本文根据对工程实例的分析,认为在进行稳定分析中应该注意以下问题：
（1）由于公路线路长，造成地质勘察不够，所以设计中往往须应用对比设计法，这就难免使设计情况与工程实际情况不符，所以应认真做好设计前的地质勘察工作，制定完善施工方案，以杜绝路堤地基失稳隐患。
（2）公路的稳定安全系数在填土开始后逐渐递减，在填土结束后达到最小值。路基滑塌往往发生在最后一级填土加载以后，这一阶段的稳定控制就显得极为重要。
（3）稳定计算中软土的固结度未计袋装砂井的时效问题，袋装砂井在施工初期的排水功能较强，随着时间的推移排水功能逐渐减小，因而在稳定分析中须考虑这一问题，制定更合理的加载计划。
参考文献
[1]中华人民共和国交通运输部.JTG/TD31-02-2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].北京:人民交通出版社,2013.
[2]中华人民共和国交通运输部.JTGD30-2015公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社,2015.
作者简介
周邦艮（1983-），男，安徽无为人，硕士，从事市政道桥工程设计。