泡沫輕質(zhì)土+微型樁在高速公路高填陡坡路基拼寬中的應(yīng)用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

1 引言

隨著公路交通運輸?shù)拇蠓仍黾樱絹碓蕉嗟母咚俟芬蚪煌咳遮咃柡筒荒軡M足運輸?shù)男枨蠖酱臄U建，作為關(guān)鍵節(jié)點的路基改擴建必然受到充分關(guān)注。目前，高速公路路基改擴建主要有新建和拼寬（單側(cè)、雙側(cè)）兩種形式。對位于高填陡坡上的路基 （常設(shè)計為加筋路基）拼寬時，為保證新舊路基的整體銜接和保持既有高速公路安全運營，對原高速公路路基邊坡的挖除寬度有更為嚴(yán)格的要求，同時也勢必對原路基產(chǎn)生破壞，影響原路基邊坡的穩(wěn)定。

為此，本文以福建廈蓉高速公路改擴建工程龍巖段K126+310～+430段左側(cè)路基工程為工程背景，介紹泡沫輕質(zhì)土和微型樁方案在高速公路高填陡坡路基拼寬中的應(yīng)用，并采用簡化Bishop法對拼寬后的路基邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析。

2 工程概況

福建廈蓉高速公路改擴建工程K126+310～430段左側(cè)路基是在原漳龍高速公路下行線填方路基進(jìn)行左側(cè)拼寬為四車道，拼寬寬度為6.0m～9.2m，拼寬數(shù)據(jù)見表1。該段原漳龍高速公路路基為6階加筋陡坡路基，最大填高45.65m，如圖1所示。

表1 老漳龍高速公路挖除拼寬數(shù)據(jù)表

圖1 原漳龍高速公路路基斷面圖

3 拼寬方案

由于扶壁式擋墻、懸臂式等輕型擋土墻方案對原有高速公路路基開挖較大，為減少對該段原漳龍高速公路加筋陡坡路基的開挖，保證邊坡穩(wěn)定，本文提出了現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土[1-3]和微型樁[4]設(shè)計的拼寬方案，具體見圖2。

圖2 泡沫輕質(zhì)土+微型樁斷面設(shè)計圖

（1）該段拼寬路基現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填深度為3.0m～6.0m，在施做泡沫輕質(zhì)土擋墻時，先對原漳龍高速公路行車側(cè)路基按1∶0.75坡度進(jìn)行開挖，并采用20cm厚素噴混凝土進(jìn)行封閉。老路開挖后坡面采用Φ50×5mm、長6.0m小導(dǎo)管+掛網(wǎng)錨噴砼15cm防護(hù)，小導(dǎo)管間距1.0m×1.0m呈梅花形布置，并下傾角10°伸入泡沫輕質(zhì)土體1m。

(2)該段路基拼寬處于原漳龍高路高填陡坡路基段落，為確保填土路基的穩(wěn)定，基底設(shè)計微型樁對地基進(jìn)行加強處理，微型樁設(shè)計鉆孔孔徑150mm，孔內(nèi)采用孔底返漿法灌注C30水泥漿，注漿壓力0.5MPa；樁長10m，間距1m（內(nèi)側(cè)三排），擋墻中部加密設(shè)計，間距0.5m（外側(cè)三排），呈梅花型布置；樁身施工至基底底部以上50cm后樁身焊接4根Φ20鋼筋與土體中設(shè)置的鋼筋網(wǎng)連接，將泡沫輕質(zhì)土與原漳龍高路公路路基連為整體，上部采用泡沫輕質(zhì)土回填。

(3)為提高泡沫輕質(zhì)土的整體性和抗裂能力，在基底和外側(cè)墻面分別設(shè)置20cmC20混凝土底板和側(cè)板，內(nèi)加設(shè)Φ8@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。側(cè)板設(shè)L=1.5m、Φ12@100cm×100cm拉桿鋼筋伸入泡沫輕質(zhì)土，基底以上0.5m及2m處設(shè)置一道Φ8@10cm×10cm鋼筋網(wǎng)，并與樁身外露鋼筋幫焊相連，在泡沫輕質(zhì)土底板下設(shè)30cm級配碎石排水層。

(4)泡沫輕質(zhì)土性能的設(shè)計，根據(jù)《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》CJJ/T 177-2012[5]規(guī)定，該段路基拼寬各填筑部位采用表2所示最小容重等級、最小強度等級指標(biāo)，取最不利斷面進(jìn)行分析和考慮一定的安全儲備，計算路基填筑體抗壓強度和自立穩(wěn)定性的抗壓強度，得出該段路基拼寬泡沫輕質(zhì)土抗壓強度為1.5MPa。

表2 用于路基填筑的性能指標(biāo)

(5)為保證該段路基拼寬擋墻的美觀，對素噴混凝土體外側(cè)采用城墻式拉槽處理；每10m設(shè)伸縮縫一道，伸縮縫采用瀝青麻絮填塞，深入墻體內(nèi)20cm，縫寬2cm。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 分析方法

目前邊坡穩(wěn)定性計算主要采用傳遞系數(shù)法 （或不平衡推力法）， 近年來 Janbu法、Bishop法和 Morgensten&Price法等嚴(yán)格的剛體極限平衡分析法也在邊坡或滑坡穩(wěn)定性分析計算中被廣泛應(yīng)用并漸趨成熟和完善。通過大量的對比計算工作表明，無論是不平衡推力法，還是嚴(yán)格的剛體極限平衡法，其邊坡推力計算或邊坡穩(wěn)定性預(yù)測結(jié)果基本一致。該段路基拼寬利用當(dāng)前國際上廣泛運用的巖土軟件Geo-Studio中的Slope/W模塊進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算，具體選用較為嚴(yán)格的剛體極限平衡方法——簡化Bishop法。

4.2 參數(shù)選取

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)[6]第3.6.8條，高路堤和陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析的強度參數(shù)應(yīng)根據(jù)填料來源、場地情況及分析工況的需要，選擇有代表性的土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗，并結(jié)合現(xiàn)場情況確定。該段拼寬路基高填路堤的正常工況及非正常工況Ⅰ穩(wěn)定系數(shù)不得小于表3所列數(shù)據(jù)，正常工況是指路基投入運營后經(jīng)常發(fā)生或持續(xù)時間長的工況，非正常工況Ⅰ是指路基處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況。其中，非正常工況Ⅰ按照降雨影響處于有限深度范圍來考慮，則上部4m路基抗剪強度降低5kPa，摩擦角降低5°。

表3 高填路堤穩(wěn)定安全系數(shù)

泡沫輕質(zhì)土+微型樁方案計算分析分選取以下工況：（1）正常工況下，路堤和地基的整體穩(wěn)定性計算，地層指標(biāo)為快剪指標(biāo)；（2）非正常工況Ⅰ下路堤和地基的整體穩(wěn)定性計算，表層填土指標(biāo)降低，其余地層指標(biāo)同正常工況。

4.3 計算結(jié)果

根據(jù)規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)，通過正常工況確定泡沫輕質(zhì)砼換填深度，然后驗算非正常工況Ⅰ是否滿足規(guī)范要求，綜合正常工況、非正常工況Ⅰ確定該段路基拼寬現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填厚度為3.0m～6.0m，見表4。

表4 泡沫輕質(zhì)土換填厚度

結(jié)合該段路基拼寬邊坡的調(diào)查分析，對場區(qū)進(jìn)行了分區(qū)，并結(jié)合深孔位移監(jiān)測及地質(zhì)勘察成果對潛在滑動面進(jìn)行推測，并基于GEO-SLOPE計算軟件進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，計算結(jié)果見表5和圖3。

表5 坡體穩(wěn)定性計算結(jié)果

圖3 K126+360穩(wěn)定性計算模型

通過分析計算表明，采用泡沫輕質(zhì)土方案開挖6m，輕質(zhì)土容重取8.0kN/m3，坡體穩(wěn)定性可滿足規(guī)范要求。

5 方案實施情況

方案施工過程中，通過嚴(yán)格按照“完善交通布控設(shè)施布置→分段分級進(jìn)行老路基開挖（分段不大于5m，開挖深度按2m進(jìn)尺控制）及坡面小導(dǎo)管與噴射砼預(yù)支護(hù)防護(hù)→基底微型樁施工→基底防水、排水施工→鋼筋綁扎、立模→分層分段澆筑泡沫輕質(zhì)土至設(shè)計標(biāo)高”的工序進(jìn)行各步施工，確保了廈蓉高速公路改擴建工程的 “邊施工、邊通車”。

6 結(jié)語

經(jīng)對福建廈蓉高速公路改擴建工程K126+310～+430段左側(cè)路基需在原漳龍高速公路高填陡坡路基上進(jìn)行拼寬的工后跟蹤，設(shè)計采用泡沫輕質(zhì)土和微型樁方案和采用簡化Bishop法對技術(shù)方案進(jìn)行的穩(wěn)定性計算分析，該段路基拼寬改擴建工程路基邊坡穩(wěn)定、安全性好、變形小，能解決高速公路改擴建工程施工場地狹窄和 “邊施工、邊通車”等問題，可為類似改擴建工程路基拼寬提供參考。