一類淺埋軟土夾層路基的處理措施研究

陳芳平　吳貴艷

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

一類淺埋軟土夾層路基的處理措施研究

陳芳平吳貴艷

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要在高速公路填方邊坡路段中，遇到軟土路基時，為提高路基邊坡的穩定性，避免產生不均勻沉降等不良地質現象，一般采用換土填石、CFG樁等施工工藝對邊坡填方路段進行加固處理。文中結合工程實例，通過采用不同的處理措施，分別分析計算其受力情況及邊坡的穩定性，從不同角度對軟土路基的處理進行比選，從而達到經濟、合理的加固軟土路基邊坡的效果。

關鍵詞軟土夾層抗滑樁邊坡穩定受力分析

軟土主要存在于中國的沿海地區及內地地勢低洼地帶，因其天然含水量高、透水性小及強度低、壓縮性高等特點[1]，在工程中常作為不良地質問題進行處理分析。軟土因其形成原因不同，相關的力學物理參數也存在很大的差異，通常根據不同的軟土特性采用不同的處理方法。工程中常見的處理措施有換填、排水固結、膠結、CFG樁及加筋等，以提高地基的抗剪強度、降低地基的沉降、改善地基的透水特性、動力特性、改善特殊土的不良地質特性等，從而改善軟土路基的工程特性。

1軟土勘察及參數

本次勘察為某高速公路K12+450～K12+616段填方路基施工圖設計階段工程地質勘察。綜合地質調繪、鉆探，場地巖土構成自上而下分述如下。

(1) 殘坡積層(Qel+dl)。含碎石粘土，灰黃～褐黃色，可塑狀，碎石成分為玄武巖，粒徑20～150mm，含量10%～30%，為坡積及沖積物。該層位于山間溝谷內，在山間溝谷內自上而下(高至低)，厚度由薄變厚,厚度3～10m，軸線處厚約6m。

(2) 沖洪積層(Qal+pl)。淤泥質土，灰黑色，飽水呈軟塑狀。主要分布于沖溝出口地勢平緩地段，ZK1揭露埋深5.9m，軟土厚度3.9m，ZK2揭露埋深10m，軟土厚度5.0m。

根據地表地質調繪、鉆探資料綜合分析，參照《公路路基設計規范》(JTGD30-2004)，各巖土體物理力學指標如下。

含碎石粘土(可塑狀)：[fa0]=180kPa，γ=18kN/m3，φ=14°，c=16kPa；淤泥質土(軟塑狀)：[fa0]=80kPa，γ=16kN/m3，φ=3°，c=10kPa。路基填方采用填石路基時，各參數根據勘察資料值取：γ=24kN/m3，φ=28°，c=80kPa；基巖強風化灰巖取：γ=26kN/m3，φ=46°，c=160kPa。

本段填方路基長200m。軸線填高0～25.3m，右側填方體高度約48.76m，為5級填方邊坡。路線位于山麓斜坡上，填方路段位于山間溝谷。填方區山間沖溝谷內含碎石粘土厚度3～6.5m，呈可塑狀；溝前緩坡地段上覆含碎石粘土1～10m，淤泥質土2～5m。地質勘察見圖1。

圖1　邊坡工程地質橫斷面圖(尺寸單位：m)

如圖1，軟土層下臥10m，層厚5.0m。此類軟土夾層的特點是埋伏較淺，厚度較厚，處于路基的部分邊坡坡腳路段，處理范圍小。

2不同處理措施的對比分析

處理軟土夾層的依據主要是改善軟土的物理力學參數，減輕路基的填料重度及將路基荷載傳遞至下臥持力層等。一方面需控制路基的沉降問題；另一方面則是處理路基邊坡的穩定性問題[2]。此次路基處理中，基于軟土夾層的埋藏深度及其厚度，假定邊坡以圓弧滑動失穩破壞，如圖2為邊坡沿軟土夾層滑移的最不利滑面。從圖中可知圓弧前段土條產生水平抗滑力，而后段土條主要受力為自重及土壓力引起的下滑力，采用簡化Bishop法進行分析計算，路基穩定性系數表達式可表示為

式中：P1為滑坡體前段產生的水平抗滑力；P2為滑塊體后段產生的水平下滑力；Tf為滑坡前端滑塊體產生的水平阻力。

由何廣訥等[3]對軟土夾層地基上土堤的穩定性分析可知，從軟土夾層地面滑出的滑面安全系數最小，實際工程處理時也是以此種情況作為工程穩定的控制條件。通過簡單的模型模擬計算可知(見圖2)，此時路堤從軟土夾層底面滑出，安全系數為0.668。

圖2　條分法最不利滑面圖

2.1采用收坡避讓軟土夾層

因原坡比按1∶1.5～1∶2放坡，且軟土夾層處在路堤坡腳一定范圍內，通過分析可考慮選用更陡的邊坡坡比放坡以避讓軟土夾層。根據《公路路基設計規范》(JTGD30-2004)相關規定，一般硬質巖石填方路基坡率上部8m不陡于1∶1，8m以下邊坡不陡于1∶1.3，且需設置1～3m寬平臺。根據實際情況，本方案一采用上部一級8m，1∶1.1放坡，以下各邊坡采用10m，1∶1.3放坡，中間設置2m寬平臺，見圖3。

圖3　收坡后最不利滑面示意圖

收坡后，滑面上移從覆蓋層底界滑出，此時計算得安全系數為0.714，剩余下滑力為1 814.4kN，計算不穩定。采用加抗滑樁處理，抗滑樁截面采用2m×3m，抗滑樁軸線間距為4m，見圖4。經驗算最不利滑面在加抗滑樁后安全系數為1.29，基本滿足穩定性要求。坡腳采用擋墻支擋收坡。

圖4　加抗滑樁示意圖

2.2采用CFG樁處理軟土夾層

挖除填方路基基底覆蓋層，并在基底設置大臺階，臺階寬度不小于4m；對右側路基坡腳軟土處采用CFG樁處理,在軟硬交界處采用5～10m長CFG樁加強處理，同時在坡腳外增設3排CFG樁,CFG樁樁徑為0.5m，梅花形布置，間距為1.5m，CFG樁樁頂設置0.3m厚的砂石褥墊層，褥墊層中部設置土工格柵一層，見圖5。

圖5　加CFG樁處理示意圖

穿透軟土層的CFG樁必須伸入基巖50cm，采用水泥、粉煤灰、碎石、中粗砂配合而成，單樁復合地基載荷試驗承載力大于360kPa后方可進行路基填筑施工。

根據相關經驗參數及以往資料參考，軟土層經CFG樁處理后，內摩擦角為20°～30°[4]。采用

收稿日期：2014-10-05

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.020