軟弱地基上某高陡路堤處治方案研究

凌立鑫，邢福東，黃嘉鵬

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

廣東省江門市某高速公路沿線穿越平原區(qū)（Ⅰ）和構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)（Ⅱ），其中平原區(qū)又分為海陸交互相和沖洪積平原區(qū)（Ⅰa）和二級(jí)階地（Ⅰb）兩個(gè)亞區(qū)，構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)又分為丘間谷地（Ⅱa）和丘陵區(qū)（Ⅱb）兩個(gè)亞區(qū)。處于海陸交互相（Ⅰa）和丘間谷地（Ⅱa）接壤處的地基雖沒有海陸交互相（Ⅰa）深厚軟土性質(zhì)差但也遠(yuǎn)沒有丘陵區(qū)（Ⅱb）地基性質(zhì)好。本文通過(guò)海陸交互相（Ⅰa）和丘間谷地（Ⅱa）接壤區(qū)域內(nèi)的某一高陡路堤，從地勘布置、穩(wěn)定分析及方案研究等方面，對(duì)該高陡路堤的綜合處治技術(shù)進(jìn)行闡述。

1 工程概況

廣東省江門市某高速公路 LK78+254.4～LK78+400.0 路段為一傍山斜坡高陡路堤，坡腳處的地形平坦、開闊并有一魚塘。

設(shè)計(jì)階段在 LK78+254.4 附近斜坡低處有一處鉆孔，孔口高程 26.000，自上而下地層為殘積礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化花崗巖；施工階段魚塘挖淤排水并整平后在 LK78+280.0 附近坡腳魚塘補(bǔ)充一處鉆孔，孔口高程 18.170，自上而下地層為素填土（清淤回填土）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土及全風(fēng)化花崗巖［1］。設(shè)計(jì)階段鉆孔柱狀圖如圖 1 所示，施工階段鉆孔柱狀圖如圖 2 所示。

圖1 設(shè)計(jì)階段鉆孔柱狀圖

圖2 施工階段鉆孔柱狀圖

2 穩(wěn)定性分析

本段路堤三級(jí)放坡，最大坡高 23.59 m，地面斜坡 24°，陡于 1∶2.5，可定義為高陡路堤。根據(jù) JTG D30－2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，選取 LK78+280 斷面為典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，穩(wěn)定性分析內(nèi)容有路堤堤身穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性及路堤沿斜坡地基滑動(dòng)的穩(wěn)定性［2］。結(jié)合本工點(diǎn)的具體特點(diǎn)，路堤堤身穩(wěn)定性非主控因素，故本文主要基于正常工況著重對(duì)路堤和地基的整體穩(wěn)定性和路堤沿斜坡地基滑動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用簡(jiǎn)化 Bishop 法，路堤沿斜坡地基滑動(dòng)的穩(wěn)定性采用不平衡推力法，路堤沿斜坡地基的可能滑動(dòng)面有兩種情形，如圖 3 所示。

圖3 路堤沿斜坡地基的可能滑動(dòng)面（單位：m）

室內(nèi)試驗(yàn)表明，地基主要土層礫質(zhì)黏性土容重 17.6 kN/m3，直剪快剪凝聚力c=21.2 kPa；直剪快剪內(nèi)摩擦角φ=15.8°；路堤填料容重 18.0 kN/m3，直剪快剪凝聚力c=22.0 kPa，直剪快剪內(nèi)摩擦角φ=26.0°。

通過(guò)建模分析計(jì)算得到不同滑動(dòng)模式下的穩(wěn)定安全系數(shù)如表 1 所示。

從上表 1 可以看出，路堤和地基整體圓弧滑動(dòng)、路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng) 1 及路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng) 2 計(jì)算所得穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范的相應(yīng)要求，其中路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng) 2 計(jì)算所得穩(wěn)定安全系數(shù)與規(guī)范要求穩(wěn)定安全系數(shù)差值最大，可以認(rèn)為路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng) 2 為主控滑面，應(yīng)基于此最不利滑動(dòng)面研究設(shè)計(jì)方案。

表1 正常工況不同滑動(dòng)模式的穩(wěn)定系數(shù)

3 設(shè)計(jì)方案研究

為控制路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng) 2 的穩(wěn)定性，主要從增加抗滑力與減小滑動(dòng)力兩方面著手。從增加抗滑力方面，考慮山區(qū)常用的抗滑樁板墻支擋收坡方案；從減小滑動(dòng)力方面，考慮地基處理后路基減載方案。

3.1 抗滑樁板墻支擋收坡方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地貌與地質(zhì)情況，抗滑樁無(wú)法采用人工施工的矩形樁，只能采用機(jī)械施工的圓形樁，而西南山區(qū)大量的工程實(shí)踐表明，三個(gè)圓形樁的受力基本等同于一個(gè)矩形樁，則采用機(jī)械施工的圓形樁造價(jià)規(guī)模明顯上升；另外從技術(shù)角度講，根據(jù)鉆孔勘探地質(zhì)資料并結(jié)合規(guī)范對(duì)于抗滑樁懸臂段與錨固段的長(zhǎng)度比例關(guān)系，抗滑樁的樁長(zhǎng)遠(yuǎn)超 35 m。綜合來(lái)講，山區(qū)常用的抗滑樁板墻支擋收坡方案在廣東這種軟弱地基高陡路堤上應(yīng)用不太適宜。

3.2 地基處理后路基減載方案

從表 1 正常工況下不同滑動(dòng)模式穩(wěn)定性計(jì)算情況及抗滑樁板墻支擋收坡方案的論證研究發(fā)現(xiàn)，本工點(diǎn)的高陡路堤處治的關(guān)鍵是下覆軟弱地基，需采取措施減小下覆地基的沉降同時(shí)提升抗滑抗剪性能；另外該高陡路堤的處治仍要重視采取措施對(duì)上部三級(jí)填土荷載進(jìn)行適當(dāng)減載優(yōu)化。圍繞這一思路，本文先采用管樁對(duì)地基進(jìn)行處理，再在填筑路堤時(shí)采用開挖臺(tái)階鋪設(shè)土工格室以增強(qiáng)結(jié)合面的抗滑性能，最后在最上一級(jí)邊坡路床以下采用現(xiàn)澆輕質(zhì)泡沫土減載的綜合方案［3］?，F(xiàn)以圖 4 高陡路堤 LK78+280 斷面詳述設(shè)計(jì)方案。

圖4 高陡路堤 LK78+280 斷面設(shè)計(jì)圖（單位：m）

3.2.1 地基管樁處理

表 1 中路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng)的穩(wěn)定安全系數(shù)與規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)有一定差距，尤以路堤沿斜坡地基平面滑動(dòng)的情形 2 相差最大；另該高陡路堤較高、自重較大，易引起地基沉降過(guò)大而導(dǎo)致邊坡表層溜塌或深層失穩(wěn)。本著減少地基沉降及增強(qiáng)地基的抗剪能力，結(jié)合下覆地基礫質(zhì)黏性土 15 m 厚以及該標(biāo)段內(nèi)軟土處治已有方案，選擇 PHC 管樁進(jìn)行處理。管樁以斜坡坡腳為中心左右側(cè)按 3 m 間距沿路線方向共布置 6 排樁，管樁直徑為 300 mm、壁厚≥ 70 mm，平均樁長(zhǎng) 18 m。管樁頂部采用樁帽加系梁的連接方案，以增強(qiáng)整體抗側(cè)移能力并能協(xié)調(diào)豎向變形。

3.2.2 斜坡開挖臺(tái)階并加筋

自斜坡坡腳向上按≥2 m 寬、內(nèi)傾坡度 ≥3 % 開挖臺(tái)階，自斜坡底平行于魚塘整平面按 2 m 間距向上至第二級(jí)邊坡頂面（第一邊坡輕質(zhì)泡沫土的底面）鋪筑土工格室進(jìn)行拉筋加強(qiáng)。

此外，為保證第一級(jí)邊坡路床一般土填筑的整體性，從上路床底按 50 cm 間距設(shè) 2 層土工格室（見圖 4）。

3.2.3 首級(jí)邊坡減載

因該高陡路堤下覆地基性質(zhì)一般并結(jié)合上表穩(wěn)定分析的相關(guān)情況，將第一級(jí)邊坡路床采用一般土填筑后，路床底以下采用輕質(zhì)泡沫土填筑以上部減載，輕質(zhì)泡沫土邊部采用 2 m 寬的黏土包邊且其頂部與邊部均設(shè)置 HDPE 防滲土工膜以防滲。

4 監(jiān)測(cè)方案

LK78+254.4～LK78+400.0 段高陡路堤長(zhǎng) 145.6 m，在 LK78+255 及 LK78+300 處各布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；結(jié)合本工點(diǎn)的具體特點(diǎn)及施工安排，監(jiān)測(cè)工作包括地表沉降及位移、邊坡體深部位移及路基頂部沉降。

因該段小樁號(hào)處接橋梁且橋梁樁基先與路基施工完成，故在該段高陡路堤施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)臨近樁基影響的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)工作包括樁基坐標(biāo)、標(biāo)高、垂直度及水平位移等。上述監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理及分析等詳見相關(guān)規(guī)范。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以廣東省江門市某高速公路LK78+254.4～LK78+400.0 段高陡路堤為例，在認(rèn)真分析穩(wěn)定性后有針對(duì)性地采用了管樁加固地基與路堤上部減載的方案。該方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)高陡路堤的成功處治，可為后續(xù)松軟地層上的高陡路堤設(shè)計(jì)提供參考。Q