一類淺埋軟土夾層路基的處理措施研究

陳芳平　吳貴艷

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽(yáng)　550081)

一類淺埋軟土夾層路基的處理措施研究

陳芳平吳貴艷

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)

摘要在高速公路填方邊坡路段中，遇到軟土路基時(shí)，為提高路基邊坡的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生不均勻沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象，一般采用換土填石、CFG樁等施工工藝對(duì)邊坡填方路段進(jìn)行加固處理。文中結(jié)合工程實(shí)例，通過采用不同的處理措施，分別分析計(jì)算其受力情況及邊坡的穩(wěn)定性，從不同角度對(duì)軟土路基的處理進(jìn)行比選，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的加固軟土路基邊坡的效果。

關(guān)鍵詞軟土夾層抗滑樁邊坡穩(wěn)定受力分析

軟土主要存在于中國(guó)的沿海地區(qū)及內(nèi)地地勢(shì)低洼地帶，因其天然含水量高、透水性小及強(qiáng)度低、壓縮性高等特點(diǎn)[1]，在工程中常作為不良地質(zhì)問題進(jìn)行處理分析。軟土因其形成原因不同，相關(guān)的力學(xué)物理參數(shù)也存在很大的差異，通常根據(jù)不同的軟土特性采用不同的處理方法。工程中常見的處理措施有換填、排水固結(jié)、膠結(jié)、CFG樁及加筋等，以提高地基的抗剪強(qiáng)度、降低地基的沉降、改善地基的透水特性、動(dòng)力特性、改善特殊土的不良地質(zhì)特性等，從而改善軟土路基的工程特性。

1軟土勘察及參數(shù)

本次勘察為某高速公路K12+450～K12+616段填方路基施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察。綜合地質(zhì)調(diào)繪、鉆探，場(chǎng)地巖土構(gòu)成自上而下分述如下。

(1) 殘坡積層(Qel+dl)。含碎石粘土，灰黃～褐黃色，可塑狀，碎石成分為玄武巖，粒徑20～150mm，含量10%～30%，為坡積及沖積物。該層位于山間溝谷內(nèi)，在山間溝谷內(nèi)自上而下(高至低)，厚度由薄變厚,厚度3～10m，軸線處厚約6m。

(2) 沖洪積層(Qal+pl)。淤泥質(zhì)土，灰黑色，飽水呈軟塑狀。主要分布于沖溝出口地勢(shì)平緩地段，ZK1揭露埋深5.9m，軟土厚度3.9m，ZK2揭露埋深10m，軟土厚度5.0m。

根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)繪、鉆探資料綜合分析，參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2004)，各巖土體物理力學(xué)指標(biāo)如下。

含碎石粘土(可塑狀)：[fa0]=180kPa，γ=18kN/m3，φ=14°，c=16kPa；淤泥質(zhì)土(軟塑狀)：[fa0]=80kPa，γ=16kN/m3，φ=3°，c=10kPa。路基填方采用填石路基時(shí)，各參數(shù)根據(jù)勘察資料值取：γ=24kN/m3，φ=28°，c=80kPa；基巖強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r取：γ=26kN/m3，φ=46°，c=160kPa。

本段填方路基長(zhǎng)200m。軸線填高0～25.3m，右側(cè)填方體高度約48.76m，為5級(jí)填方邊坡。路線位于山麓斜坡上，填方路段位于山間溝谷。填方區(qū)山間沖溝谷內(nèi)含碎石粘土厚度3～6.5m，呈可塑狀；溝前緩坡地段上覆含碎石粘土1～10m，淤泥質(zhì)土2～5m。地質(zhì)勘察見圖1。

圖1　邊坡工程地質(zhì)橫斷面圖(尺寸單位：m)

如圖1，軟土層下臥10m，層厚5.0m。此類軟土夾層的特點(diǎn)是埋伏較淺，厚度較厚，處于路基的部分邊坡坡腳路段，處理范圍小。

2不同處理措施的對(duì)比分析

處理軟土夾層的依據(jù)主要是改善軟土的物理力學(xué)參數(shù)，減輕路基的填料重度及將路基荷載傳遞至下臥持力層等。一方面需控制路基的沉降問題；另一方面則是處理路基邊坡的穩(wěn)定性問題[2]。此次路基處理中，基于軟土夾層的埋藏深度及其厚度，假定邊坡以圓弧滑動(dòng)失穩(wěn)破壞，如圖2為邊坡沿軟土夾層滑移的最不利滑面。從圖中可知圓弧前段土條產(chǎn)生水平抗滑力，而后段土條主要受力為自重及土壓力引起的下滑力，采用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行分析計(jì)算，路基穩(wěn)定性系數(shù)表達(dá)式可表示為

式中：P1為滑坡體前段產(chǎn)生的水平抗滑力；P2為滑塊體后段產(chǎn)生的水平下滑力；Tf為滑坡前端滑塊體產(chǎn)生的水平阻力。

由何廣訥等[3]對(duì)軟土夾層地基上土堤的穩(wěn)定性分析可知，從軟土夾層地面滑出的滑面安全系數(shù)最小，實(shí)際工程處理時(shí)也是以此種情況作為工程穩(wěn)定的控制條件。通過簡(jiǎn)單的模型模擬計(jì)算可知(見圖2)，此時(shí)路堤從軟土夾層底面滑出，安全系數(shù)為0.668。

圖2　條分法最不利滑面圖

2.1采用收坡避讓軟土夾層

因原坡比按1∶1.5～1∶2放坡，且軟土夾層處在路堤坡腳一定范圍內(nèi)，通過分析可考慮選用更陡的邊坡坡比放坡以避讓軟土夾層。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2004)相關(guān)規(guī)定，一般硬質(zhì)巖石填方路基坡率上部8m不陡于1∶1，8m以下邊坡不陡于1∶1.3，且需設(shè)置1～3m寬平臺(tái)。根據(jù)實(shí)際情況，本方案一采用上部一級(jí)8m，1∶1.1放坡，以下各邊坡采用10m，1∶1.3放坡，中間設(shè)置2m寬平臺(tái)，見圖3。

圖3　收坡后最不利滑面示意圖

收坡后，滑面上移從覆蓋層底界滑出，此時(shí)計(jì)算得安全系數(shù)為0.714，剩余下滑力為1 814.4kN，計(jì)算不穩(wěn)定。采用加抗滑樁處理，抗滑樁截面采用2m×3m，抗滑樁軸線間距為4m，見圖4。經(jīng)驗(yàn)算最不利滑面在加抗滑樁后安全系數(shù)為1.29，基本滿足穩(wěn)定性要求。坡腳采用擋墻支擋收坡。

圖4　加抗滑樁示意圖

2.2采用CFG樁處理軟土夾層

挖除填方路基基底覆蓋層，并在基底設(shè)置大臺(tái)階，臺(tái)階寬度不小于4m；對(duì)右側(cè)路基坡腳軟土處采用CFG樁處理,在軟硬交界處采用5～10m長(zhǎng)CFG樁加強(qiáng)處理，同時(shí)在坡腳外增設(shè)3排CFG樁,CFG樁樁徑為0.5m，梅花形布置，間距為1.5m，CFG樁樁頂設(shè)置0.3m厚的砂石褥墊層，褥墊層中部設(shè)置土工格柵一層，見圖5。

圖5　加CFG樁處理示意圖

穿透軟土層的CFG樁必須伸入基巖50cm，采用水泥、粉煤灰、碎石、中粗砂配合而成，單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力大于360kPa后方可進(jìn)行路基填筑施工。

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)及以往資料參考，軟土層經(jīng)CFG樁處理后，內(nèi)摩擦角為20°～30°[4]。采用

收稿日期：2014-10-05

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.020