泡沫混凝土在某滑坡災害治理中的應用

丁海軍，歐蘇北，俞紅光

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，杭州 310000）

1 引言

近年來，隨著經濟社會的快速發(fā)展，國家基礎設施建設的不斷推進，公路建設面臨的地形、地質條件越來越復雜，高填深挖路基也越來越多，其穩(wěn)定性對公路的運行安全有著很大的制約[1]。填方路基一般所處的環(huán)境錯綜復雜，長期暴露于野外環(huán)境中，填土的密實與自然固結都需要較長的時間才能完成，且常年受上部荷載作用，因此，在施工過程中和工程完工之后發(fā)生的病害較多，且治理難度大、費用高。對于填方邊坡病害的處置，目前主要有堆載反壓、削方減載、錨固加固、抗滑樁加固、截排水和注漿加固等[2]。

泡沫混凝土是采用物理方法將發(fā)泡劑水溶液與水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種帶有大量封閉氣孔的新型輕質材料[3]。其憑借較低的導熱系數(shù)，最早被廣泛運用于建筑節(jié)能領域，主要用于屋面的防水保溫隔熱和地面輻射供暖工程[4]。近年來，隨著土木工程的快速發(fā)展，泡沫輕質混凝土因具有輕質性、自立性、流動性、施工便捷等特點，在路基拼寬、軟土路堤填筑、路堤病害處理、橋頭跳車治理等交通建設領域也被廣泛應用[5-7]。

本文以某山區(qū)公路高填方路基滑坡處治為例，提出采用抗滑樁純支擋加固和基于泡沫混凝土減載的抗滑樁聯(lián)合加固方案，從安全穩(wěn)定、經濟便捷等方面綜合比選，為今后類似的高填方路基設計或病害治理提供參考。

2 工程概況

貴州某公路高填方路基位于山間谷地，該處山體陡峻，為中低山山地河谷地貌，原始地表內陡外緩，內側地表坡度10°～15°，外側坡腳區(qū)域地形平坦，種有果樹等作物。該高填方路基中心填高約18 m，分兩級填筑，坡面采用框格骨架植草防護。路堤填筑完后，受連續(xù)降雨影響，外側填方邊坡產生滑移，坡面裂縫幾天內迅速發(fā)展并基本貫通，坡面防護結構、涵洞、坡腳水渠、地方道路、圍墻等均出現(xiàn)不同程度的變形、破壞。

根據(jù)地質鉆孔（見圖1），該填方路基上覆約2～6 m 粉質黏土（坡腳農田區(qū)域土層較厚約5～6 m，靠近山體側覆土較薄，約2 m），下伏基巖為三疊系松子坎組泥灰?guī)r。整體來看，溝谷下游（即滑坡坡腳區(qū)域）土層厚，且由于其地形平坦、排水不暢，土體含水率較高，工程特性一般。在連續(xù)降雨影響下，溝谷上游雨水短期內大量匯聚于此，土體強度降低，不足以承載上覆高填路基荷載，致路基失穩(wěn)，產生滑移病害。

圖1 典型鉆孔芯樣圖

3 加固方案

由于路基基本填筑完成，挖除現(xiàn)狀路基，重新對地基進行加固，不僅影響項目進度，其代價也較高。本次治理，對在坡腳設抗滑樁純支擋的方案與采用泡沫混凝土換填減載的方案進行比選。根據(jù)治理費用、施工便利及工期等因素擇優(yōu)推薦。

目前，邊坡穩(wěn)定性定量分析方法中極限平衡法和有限單元法最為常用[8]。極限平衡法引入了一些簡化和假定，這雖使該方法的嚴密性受到損害，但對計算結果的精度影響并不大，且能給出物理意義明確的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)指標以及可能的滑動面，具有概念比較直觀、計算工作量小、計算精度滿足工程要求等優(yōu)點[9]。本工程路基邊坡穩(wěn)定性分析主要采用極限平衡法。首先，根據(jù)地勘資料進行反演分析，獲得土體參數(shù)如表1所示。

表1 路基穩(wěn)定分析參數(shù)表

3.1 抗滑樁方案

該方案在填方坡腳設抗滑樁純支擋，加強滑體前緣阻滑力以提高路基穩(wěn)定性，樁位的設置應使?jié)撛诨娌粡臉俄敿舫?。根?jù)Slope 邊坡穩(wěn)定分析，本工程在抗滑樁縱向間距5 m，單樁抗剪承載力3 750 kN 下，路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.305（見圖2）。進一步通過理正抗滑樁分析模塊計算該滑面對應樁后滑體剩余下滑力為1 260 kN/m，樁前滑體抗力500 kN/m，確定采用1.5m×2.5m 的方樁支擋，樁長20 m，嵌固段10 m。

圖2 抗滑樁加固路堤整體穩(wěn)定安全系數(shù)

3.2 泡沫混凝土-抗滑樁聯(lián)合加固方案

從滑坡形態(tài)來看，后緣裂縫位于填方坡面，滑體主要位于右側填方邊坡。該區(qū)域覆土層較厚，地基較為薄弱。若能減少該區(qū)域的填土荷載，對提高路基整體穩(wěn)定性具有極大的作用。

泡沫混凝土因具有自立、輕質等工程特性，一方面可降低放坡填筑高度，減少填土荷載；另一方面，其重度約路堤填料的1/3，可進一步減輕填土荷載，而且泡沫混凝土的價格也相對較低?；诖耍竟こ烫岢隽嘶谂菽炷?抗滑樁的聯(lián)合加固方案，如圖3 所示。

圖3 泡沫混凝土-抗滑樁聯(lián)合加固方案設計圖

經分析，該填方路基采用泡沫混凝土減載后整體穩(wěn)定安全系數(shù)提升顯著（達1.202），路基基本穩(wěn)定[10]?？紤]到路基下方房屋密集，在填方坡腳增設一排支護圓樁，進一步提高路基穩(wěn)定系數(shù)，控制變形。

根據(jù)分析，圓樁單樁抗剪承載力1 500 kN 下，泡沫混凝土-抗滑樁聯(lián)合加固路堤的整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.304（見圖4）。此時樁后滑體剩余下滑力為350 kN/m（對比看出，減載后剩余下滑力顯著減小，由純支擋方案下的1 260 kN/m 減小至350 kN/m，大大降低了對支擋結構的要求），樁前滑體抗力90 kN/m，采用直徑1.5 m 的圓樁支擋即可。

圖4 泡沫混凝土-抗滑樁聯(lián)合加固路堤穩(wěn)定安全系數(shù)

4 方案比選

針對K70+405～K70+455 段填方滑坡病害，提出了在坡腳設抗滑樁純支擋的強加固方案和基于泡沫混凝土減載的抗滑樁聯(lián)合加固方案。

1）強加固方案：坡腳設1.5 m×2.5 m（沿滑坡推力方向長度為2.5 m）方樁支擋，抗滑樁縱向間距5 m，樁長20 m，嵌固段長10m，共設置抗滑樁11 根。

2）減載-支擋聯(lián)合加固方案：采用輕質泡沫混凝土換填路基，泡沫混凝土填筑高度15 m。并在坡腳區(qū)域設直徑1.5 m 圓樁支擋，支護樁縱向間距5 m，樁長15 m，嵌固段長7 m，共設置支護樁11 根。

根據(jù)表2 方案對比分析，該填方路基采用輕質泡沫混凝土換填后，滑體上方減載效應顯著，坡腳可設圓樁支擋。其施工簡單、安全，且造價更具優(yōu)勢，推薦選用泡沫混凝土-抗滑樁聯(lián)合加固方案。

表2 方案比選一覽表

5 結語

本文以貴州某公路高填方路基滑坡治理為例，對采用抗滑樁純支擋加固和基于泡沫混凝土減載的抗滑樁聯(lián)合加固方案進行分析、比選，結果表明：泡沫混凝土由于其輕質、自立的工程特性，能大幅降低填方荷載；同時，由于其流動性良好，泵送速度快、充實度高，施工較為便利，在地基承載力不足、路基穩(wěn)定性不足、用地受限路段具有廣闊的應用前景，為今后類似的工程設計提供了經驗借鑒。