高寒陰濕地區(qū)裝配式石籠對路基及邊坡的處理

趙雙喜

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

在我國高速公路建設(shè)規(guī)模與經(jīng)濟發(fā)展具有一定適應(yīng)性，隨著一帶一路及雙循環(huán)格局下西部大開發(fā)深度推進，西部高速公路普及范圍和總里程不斷提高，高速公路行業(yè)的發(fā)展重點也從追求路網(wǎng)規(guī)模擴張轉(zhuǎn)向質(zhì)量耐久、安全可靠的發(fā)展目標(biāo)。西部地區(qū)高寒陰濕等復(fù)雜的氣候環(huán)境，對高速公路路基、邊坡影響較大，對高速公路的建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，由于高寒陰濕地區(qū)土體含水量較大，對路基的影響主要表現(xiàn)在承載力較低，基底壓實困難，進而造成路基縱橫向不均勻沉降或路基整體或局部失穩(wěn)等病害。對邊坡的影響主要表現(xiàn)在，邊坡地下水出露，冬季產(chǎn)生涎流冰，邊坡抗剪強度低進而造成邊坡失穩(wěn)破壞。上述地基及邊坡問題多同時發(fā)生，對高速公路施工及運營安全影響巨大。因此本文針對具體工程，提出經(jīng)濟合理的處置方案，以期對未來相似工程提供指導(dǎo)借鑒作用[1-4]。

1 概述

1.1 工程概況

某高速公路路基及路塹邊坡位于渭源縣祁家廟，斜壩河右側(cè)金家山洼山體。地貌屬于低山丘陵地貌，海拔在2 314 m～2 440 m之間，平均坡度約13°。此處原設(shè)計邊坡開挖方式采用臺階式邊坡設(shè)計，邊坡坡率均為1∶0.75，每級邊坡高8 m，共兩級，邊坡分級平臺寬度及碎落臺寬度均為2 m。該段路塹邊坡開挖成型后，坡體為粉質(zhì)黏土層，主要表現(xiàn)坡面滲水[4]，路基標(biāo)高處泉水出露，并形成自流漫灌趨勢，在路基范圍形成積水，基底表層土體呈飽和、軟塑狀。邊坡由于滲水及開挖應(yīng)力松弛出現(xiàn)表層溜塌現(xiàn)象，其中YK125+230右側(cè)邊坡出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，影響范圍約116 m?，F(xiàn)狀概況圖見圖1。

1.2 工程水文特性

根據(jù)變更設(shè)計現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪及相關(guān)鉆孔、挖探成果，挖方路塹處地層主要以坡積粉質(zhì)黏土及古近系泥巖為主，工程地質(zhì)條件、質(zhì)量指標(biāo)及狀態(tài)特征描述如下：

2)泥巖(E)：紅棕色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)傾層狀構(gòu)造，為極軟巖，成巖性及抗風(fēng)化性差，具有膨脹性及軟化特性。上部直接臨水浸濕軟化層厚度約3 m～4 m。

工程區(qū)地表水為斜坡下方斜壩河河水，為常流水；斜坡含水率大，地下水位高，路基開挖后，邊坡坡腳及路基基底出現(xiàn)多處滲水點。主要為第四系孔隙水，上部粉質(zhì)黏土為主要含水層，泥巖為隔水層，主要通過降雨補給，下滲后通過泉眼宣泄。

主要巖土層工程物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 挖方邊坡主要巖土層物理力學(xué)參數(shù)推薦值表

1.3 路基巖土特性及評價

該段挖方段路基主要以全新世沖洪積粉質(zhì)黏土為主，夾有礫砂透鏡體，粉質(zhì)黏土厚度縱向和橫向變化大，縱向厚度在1.3 m～12.2 m之間，總體趨勢是往大樁號方向厚度逐漸增大；鉆孔揭露厚度25 m，該層土含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在16.1%～25.6%之間，均值大于塑限，表層土體因長時間浸水，土體軟弱，局部呈軟可塑～軟塑狀，壓縮模量為5.1 MPa～8.2 MPa之間，其力學(xué)性質(zhì)較差，壓縮性較高。此外該處地下水豐富，多處出現(xiàn)出水點，土體濕軟，其天然土層承載力小、抗剪強度低，宜產(chǎn)生不均勻沉降及邊坡失穩(wěn)等病害，必須采取有效地基處理及邊坡加固措施，以確保路基穩(wěn)定，保證項目施工及運營安全。

2 穩(wěn)定性分析及評價

2.1 邊坡穩(wěn)定性定量分析

根據(jù)邊坡地質(zhì)條件及相關(guān)實驗參數(shù)，依據(jù)規(guī)范要求，采用以圓弧滑動面的極限平衡的簡化Bishop法，根據(jù)邊坡失穩(wěn)區(qū)間結(jié)合現(xiàn)場踏勘，選取兩處路基橫斷面結(jié)合地質(zhì)資料進行穩(wěn)定性驗算，采用天然狀態(tài)下的正常工況、暴雨狀態(tài)下的非正常工況Ⅰ、地震作用下的非正常工況Ⅱ進行邊坡穩(wěn)定性分析計算，當(dāng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不滿足規(guī)范要求時，采用規(guī)范所要求的安全系數(shù)進行剩余下滑力計算。計算結(jié)果如表2所示。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算及剩余下滑力計算結(jié)果一覽表

2.2 邊坡穩(wěn)定性綜合評價

由于目前邊坡整體上未出現(xiàn)拉裂縫等明顯的變形特征，僅在小樁號一側(cè)緩坡處出現(xiàn)橫向范圍2 m左右，縱向13 m左右的小范圍錯動，尤其是A-A′剖面附近僅表現(xiàn)為前緣的溜塌破壞。其潛在破壞計算表明：

A-A′剖面以及B-B′剖面后緣裂縫距坡口3 m～4 m范圍的潛在破裂面各種工況下穩(wěn)定性均不能滿足規(guī)范要求，并且在暴雨等不利工況下最易失穩(wěn)。A-A′剖面潛在破裂面2，在天然下穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，但在暴雨工況以及地震+暴雨工況下，穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，并可能隨著潛在滑面1破壞后牽引而引起變形或失穩(wěn)。鑒于目前整體坡體處于初期變形前期，土體具有一定抗剪強度，建議立即進行該段邊坡支擋治理，設(shè)計時支擋結(jié)構(gòu)的最大抗力參考A-A′剖面潛在滑裂面2最終下滑力，并考慮一定安全度，必須與排水結(jié)合進行綜合治理。治理工程平面圖見圖2。

3 治理措施及分項設(shè)計

3.1 治理原則

安全第一，以人為本。設(shè)計方案需考慮地形地貌、降水、施工方案等不利影響，結(jié)合公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保工程施工及運營安全，一次根治不留隱患。同時在工程施工期間，采取完善的安保措施，確保施工人員及過往車輛、行人安全。

3.2 邊坡防護處理

放緩原設(shè)計邊坡至1∶1.25，保證邊坡整體穩(wěn)定，坡腳采用總高度4 m的裝配式鋼筋石籠防護，以適應(yīng)濕軟地基不均勻沉降，單片石籠尺寸為長2 m×寬1.2 m×高1 m。石籠內(nèi)采用水洗卵石、片塊石填塞，直徑為10 cm～25 cm。石籠網(wǎng)采用φ6 mm鋅鋁合金絲焊接而成，合金鋼絲抗拉強度采用高強度等級，抗拉強度大于400 MPa。坡面采用拱形骨架+噴播植草綠化防護。治理工程斷面圖見圖3。

3.3 排水處理

邊坡每隔10 m設(shè)支撐滲溝一道，疏導(dǎo)坡體積水，滲溝位于坡腳處設(shè)置漿砌片石石垛，滲溝寬2 m，高度宜深入滑動面以下，滲溝內(nèi)采用干砌片石碼砌，底部設(shè)置φ200 mm透水管，為防止地表水灌入，滲溝位于坡面采用50 cm厚黏土進行封閉，挖方邊坡坡口線5 m外設(shè)置現(xiàn)澆直角梯形截水溝，攔截邊坡外圍地表匯水。邊溝及截水溝底部均設(shè)置排水盲溝以降低地下水位高度，降低邊坡含水率，增加邊坡安全儲備。

3.4 軟弱地基處理

為加快施工進度，確保施工質(zhì)量，并保持既有地下水系的聯(lián)系，位于路床底部碼砌兩層鋼筋石籠，總換填深度1.6 m，石籠鋼筋及填充材料同石籠防護要求，為降低不均勻沉降增加石籠整體性，位于兩層石籠之間全斷面鋪設(shè)土工格柵。搭接寬度不小于30 cm，路床全斷面采用天然砂礫換填，壓實度不小于96%，以滿足路面工程所需的回彈模量及彎沉值。

3.5 處治后邊坡穩(wěn)定性綜合評價

經(jīng)放緩邊坡+支撐滲溝處理，A-A′剖面以及B-B′剖面正常工況穩(wěn)定系數(shù)分別提高至1.54和1.62，非正常工況(地震+暴雨工況)安全系數(shù)提高至1.15和1.22，穩(wěn)定性滿足路基規(guī)范要求,處治效果顯著。邊坡坡面未見滲流點。該段路基處治狀況如圖4所示。

4 結(jié)語

高寒陰濕地區(qū)濕軟邊坡及地基病害普遍存在，嚴(yán)重影響高速公路施工及運營安全，采用成套快速的治理措施對消除隱患、加快工期和減少經(jīng)濟損失起到了積極作用。同時裝配化格賓石籠防護，具有較好的透水性、生態(tài)景觀性，減小了混凝土圬工，便于標(biāo)準(zhǔn)化施工，從而達(dá)到質(zhì)量可控、綠色環(huán)保的目標(biāo)。