江淮軟土地基高速公路穿越棄渣場(chǎng)地優(yōu)化處置

摘要 江淮地區(qū)高速公路沿線穿越尾礦棄渣場(chǎng)地，尾礦棄渣成分混雜，堆積松散，土質(zhì)常年受雨水及地下水浸泡而變得較軟，且棄渣場(chǎng)下層為軟土地基，使得路線穿越棄渣場(chǎng)地更加復(fù)雜。經(jīng)研究表明，路線設(shè)置為路塹通過，可減小地表荷載，而軟土對(duì)路基的穩(wěn)定性影響極小，因此路塹棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性成為道路建設(shè)的核心問題。文章通過對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡典型斷面進(jìn)行定性及定量分析，采取擋墻與土釘相結(jié)合的支護(hù)方案可有效保證邊坡安全，實(shí)現(xiàn)棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定控制，同時(shí)加強(qiáng)邊坡監(jiān)測(cè)，對(duì)提高工程運(yùn)行質(zhì)量、促進(jìn)工程技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

關(guān)鍵詞 江淮地區(qū)；高速公路；棄渣邊坡；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）22-0069-03

0 引言

為服務(wù)于長三角一體化國家戰(zhàn)略，加快構(gòu)建長三角地區(qū)現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系，南京、合肥等城市圈的迅速崛起對(duì)周邊交通建設(shè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)[1-2]。隨著長江沿線供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深入，公路建設(shè)的持續(xù)增長加劇了地、礦之間的矛盾，越來越多的公路改擴(kuò)建需穿越尾礦棄渣場(chǎng)。對(duì)于由尾礦棄渣填筑而成的人工邊坡，其坡體一般由雜填土、素填土及礦物廢料堆填而成，邊坡組成成分復(fù)雜[3-5]，堆填過程中難以密實(shí)，加之對(duì)大量的渣土邊坡并未采取相應(yīng)的加固措施，導(dǎo)致邊坡的巖土力學(xué)性能較差，特別是在雨水沖刷下，更容易產(chǎn)生滑坡[6-7]。此外，江淮地區(qū)軟土分布十分廣泛，具有強(qiáng)度低、流變性顯著等不良工程特性，工程建設(shè)同時(shí)面臨軟基和穿越尾礦棄渣的挑戰(zhàn)[8-9]，嚴(yán)重威脅公路建設(shè)的安全。因此，如何有效設(shè)計(jì)軟土地基高速公路穿越尾礦棄渣場(chǎng)至關(guān)重要。

該文以長江沿岸高速公路穿越棄渣場(chǎng)為研究對(duì)象，通過開展高速公路棄渣場(chǎng)路塹邊坡穩(wěn)定性研究，探明沿線高速公路地質(zhì)概況，選擇合適的道路形式，避開軟土地基建設(shè)難點(diǎn)，揭示路側(cè)棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定力學(xué)響應(yīng)機(jī)制，優(yōu)化邊坡控制技術(shù)，形成高速公路棄渣場(chǎng)邊坡防治的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

G4211寧蕪高速改擴(kuò)建工程全線采取“兩側(cè)加寬為主、部分路段單側(cè)加寬”的方式，將原雙向四車道高速公路擴(kuò)建為雙向八車道。路線樁號(hào)為YK59+626-YK60+430的通過地段原為河漫灘，地形平坦，標(biāo)高6 m左右。路線右側(cè)原為丘陵，地形起伏較大，因礦產(chǎn)開采，該路段形成標(biāo)高為?90 m的礦坑，后因礦區(qū)排土回填，形成頂標(biāo)高為60 m左右的臺(tái)階狀崗地，高速公路由臺(tái)階狀崗地東側(cè)坡腳處經(jīng)過，因此工程項(xiàng)目需穿過尾礦棄渣區(qū)。

2 工程地質(zhì)

勘察表明，在勘探所達(dá)深度范圍內(nèi)，工程地質(zhì)具體組成如下：填土主要由碎石、角礫和黏性土組成，碎石一般為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、硅化粗安巖、砂巖、鐵質(zhì)硅質(zhì)膠結(jié)巖塊等，呈棱角形～次棱角形，粒徑大小不等，呈現(xiàn)松散～中密狀態(tài)，層厚分布不均，厚度為2.9～51.5 m，局部未揭穿，屬于Ⅰ級(jí)松土；下層的粉質(zhì)黏土呈灰褐色、灰黃色，含鐵錳結(jié)核，層厚1.6～3.3 m；第三層粉砂呈灰色、灰褐色，含云母碎片，局部夾粉砂、黏性土薄層，摻雜腐殖質(zhì)、貝殼等，層厚不均，厚度分布在4.1～29.6 m；下伏軟土，呈軟塑～流塑狀，成分主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和粉土，含鐵錳質(zhì)，層厚約9.5 m。綜上，該段地質(zhì)比較復(fù)雜，上部為鐵礦棄渣，下部為粉砂或粉土，局部還有9 m厚的軟土。

由于沿線穿越尾礦棄渣，地質(zhì)成分雜亂，性質(zhì)不均，且層厚變化大。若采用路堤方案，尾礦棄渣難以作為填料利用，軟土地基也存在沉降風(fēng)險(xiǎn)，并且尾礦棄渣作為路側(cè)邊坡在路堤施工時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生滑坡，使得路側(cè)尾礦邊坡加固也成為設(shè)計(jì)難點(diǎn)。因此，路線建議為路塹通過，該邊坡區(qū)雖分布有軟土，但上覆人工填土層及第四系沖積層粉砂、中砂、粉質(zhì)黏土和粉土，軟土埋深較大，采用路塹方式可減小地表荷載，消除軟土對(duì)路基的穩(wěn)定性影響，僅需考慮路側(cè)尾礦棄渣邊坡的穩(wěn)定性即可。通過對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做進(jìn)一步的計(jì)算，加強(qiáng)優(yōu)化邊坡的防護(hù)。

3 棄渣場(chǎng)邊坡現(xiàn)狀分析

工程區(qū)路側(cè)邊坡主要由鐵礦棄土堆積而成，邊坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，局部有坡面溜坍，如圖1所示：

其中，Y6K60+270為典型斷面，坡頂高程為48.8 m，設(shè)計(jì)挖方邊坡綜合坡率約1∶2，一級(jí)坡高約15.77 m，綜合坡率為1∶1.5；一級(jí)平臺(tái)寬8 m（水泥路面）；二級(jí)坡約15.19 m，綜合坡率為1∶3.5。對(duì)于采用邊坡強(qiáng)支護(hù)方案的路段，其支護(hù)體懸浮于棄渣堆中，需重點(diǎn)分析工程區(qū)的邊坡穩(wěn)定性。

4 高速公路軟基處置設(shè)計(jì)

在既有棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性定性評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡開挖后可能產(chǎn)生的滑坡進(jìn)行綜合分析。根據(jù)現(xiàn)有各方面地質(zhì)資料，通過采用Geo5等相關(guān)計(jì)算軟件進(jìn)行滑動(dòng)面的搜索，對(duì)綜合坡體巖性組成、巖土體強(qiáng)度與邊坡臨空面的空間關(guān)系、地下水等地質(zhì)特征進(jìn)行定量的穩(wěn)定性分析，確定邊坡的安全系數(shù)。

根據(jù)典型斷面（Y6K60+270）分析，該段采用坡腳強(qiáng)支護(hù)方案，收縮開挖面，垂直開挖高度達(dá)5.3 m。采用坡率為1∶1.5、分級(jí)坡高8 m放坡的開挖方案，如圖2所示。巖體力學(xué)參數(shù)根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），并參照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）的相關(guān)規(guī)定，根據(jù)工點(diǎn)邊坡的實(shí)際勘察資料綜合分析進(jìn)行確定。邊坡巖土計(jì)算參數(shù)如表1所示：

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性應(yīng)計(jì)算邊坡處于天然狀態(tài)下的工況、邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況，以及邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況。該項(xiàng)目區(qū)域?yàn)榭拐鹪O(shè)防烈度Ⅵ度區(qū)，不再考慮地震工況的計(jì)算。該次計(jì)算主要進(jìn)行正常工況及暴雨工況下的計(jì)算。地下水的影響主要體現(xiàn)在增加坡體自重、產(chǎn)生靜水壓力、降低軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度等方面，在邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度予以折減，并考慮靜水壓力及坡體自重的增加。采用重力式擋土墻的支護(hù)形式，擋墻高7.0 m，斷面方為27.32 m3，擋墻施工期間需采用土釘墻進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，土釘長9～12 m，開挖一級(jí)、支護(hù)一級(jí)，直徑28 mm鋼筋，間距為1.2 m。單孔土釘拉力設(shè)計(jì)值為100 kN。

經(jīng)計(jì)算，棄渣場(chǎng)工程段邊坡現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，特別在暴雨工況下，邊坡穩(wěn)定性僅為1.04，當(dāng)僅采用土釘支護(hù)時(shí)，邊坡穩(wěn)定性反而有所降低，因此進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用擋墻+土釘?shù)闹ёo(hù)方案，典型斷面在正常工況下的邊坡穩(wěn)定性為1.3，暴雨工況下的邊坡穩(wěn)定性為1.2，邊坡整體穩(wěn)定。計(jì)算結(jié)果如圖3和表2所示。由于棄渣場(chǎng)邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，棄渣邊坡組成物質(zhì)松散，坡體隨著環(huán)境條件變化而發(fā)生變化，特別是受強(qiáng)降雨沖刷影響，坡體組成物黏結(jié)性降低，且坡面滲流深度可能加大，使得邊坡出現(xiàn)大范圍滑塌的可能性提高。為保證高邊坡的穩(wěn)定及施工安全，邊坡必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。

5 施工要點(diǎn)與動(dòng)態(tài)觀測(cè)

綜合上述分析，棄渣場(chǎng)工程段采用擋墻+土釘?shù)闹ёo(hù)方案。土釘長度須穿越潛在的滑動(dòng)面。該段土釘長度一般為9～12 m，等邊三角形間距按照1.2 m布設(shè)，坡面噴射10 cm的C20現(xiàn)澆混凝土。為保證擋墻底部基礎(chǔ)有足夠的承載力，擋墻基底采用30 cm碎石墊層+小導(dǎo)管注漿進(jìn)行綜合加固處理，小導(dǎo)管注漿漿液采用1∶1水泥漿，注漿壓力為0.5～1 MPa，導(dǎo)管間距為150 cm×150 cm，采用梅花形布置。擋墻施工完成后，墻后填土壓實(shí)，墻頂設(shè)置截水溝，頂部截水溝在雨季前施工完成；整體施工應(yīng)避開雨季；嚴(yán)格保證開挖一級(jí)、防護(hù)一級(jí)，嚴(yán)禁邊坡開挖后長時(shí)間雨淋日曬，避免工程巖體性能發(fā)生惡化。

邊坡開挖后應(yīng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)包括坡頂位移和坡體位移監(jiān)測(cè)。坡頂位移監(jiān)測(cè)在每個(gè)典型邊坡的結(jié)構(gòu)頂部應(yīng)設(shè)置不少于3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，坡體變形監(jiān)測(cè)按十字交叉網(wǎng)進(jìn)行布點(diǎn)。在土釘施工前，應(yīng)在工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置非工作土釘進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，確定其極限荷載，驗(yàn)證土釘界面的極限黏結(jié)強(qiáng)度。

6 結(jié)論

該文以寧蕪高速改擴(kuò)建工程為背景，針對(duì)高速公路穿越軟土地基棄渣場(chǎng)地形成的路塹棄渣邊坡，通過查明線路穿越尾礦棄渣場(chǎng)地的地質(zhì)分布，綜合考慮尾礦棄渣最大限度減少高速公路改擴(kuò)建道路與既有道路的沉降差，構(gòu)建完善的高速公路改擴(kuò)建沉降控制方案，形成軟基高速改擴(kuò)建工程加固軟土地基的成套技術(shù)體系。

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