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（Ⅰ）和構造剝蝕丘陵區（Ⅱ），其中平原區又分為海陸交互相和沖洪積平原區（Ⅰa）和二級階地（Ⅰb）兩個亞區，構造剝蝕丘陵區又分為丘間谷地（Ⅱa）和丘陵區（Ⅱb）兩個亞區。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）深厚軟土性質差但也遠沒有丘陵區（Ⅱb）地基性質好。本文通過海陸交互相（Ⅰa）和丘間谷地（Ⅱa）接壤區域內的某一高陡路堤，從地勘布置、穩定分析及方案研究等方面，對該高陡路堤的綜合處治技術進行闡述。

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。

設計階段在 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黏性土、全風化花崗巖及中風化花崗巖；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）、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、礫質黏性土及全風化花崗巖［1］。設計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 設計階段鉆孔柱狀圖

圖2 施工階段鉆孔柱狀圖

2 穩定性分析

本段路堤三級放坡，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 JTG D30－2015《公路路基設計規范》相關規定，選取 LK78+280 斷面為典型斷面進行穩定性分析，穩定性分析內容有路堤堤身穩定性、路堤和地基的整體穩定性及路堤沿斜坡地基滑動的穩定性［2］。結合本工點的具體特點，路堤堤身穩定性非主控因素，故本文主要基于正常工況著重對路堤和地基的整體穩定性和路堤沿斜坡地基滑動的穩定性進行分析，路堤和地基的整體穩定性采用簡化 Bishop 法，路堤沿斜坡地基滑動的穩定性采用不平衡推力法，路堤沿斜坡地基的可能滑動面有兩種情形，如圖 3 所示。

圖3 路堤沿斜坡地基的可能滑動面（單位：m）

室內試驗表明，地基主要土層礫質黏性土容重 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，直剪快剪內摩擦角φ=26.0°。

通過建模分析計算得到不同滑動模式下的穩定安全系數如表 1 所示。

從上表 1 可以看出，路堤和地基整體圓弧滑動、路堤沿斜坡地基平面滑動 1 及路堤沿斜坡地基平面滑動 2 計算所得穩定安全系數均不滿足規范的相應要求，其中路堤沿斜坡地基平面滑動 2 計算所得穩定安全系數與規范要求穩定安全系數差值最大，可以認為路堤沿斜坡地基平面滑動 2 為主控滑面，應基于此最不利滑動面研究設計方案。

表1 正常工況不同滑動模式的穩定系數

3 設計方案研究

為控制路堤沿斜坡地基平面滑動 2 的穩定性，主要從增加抗滑力與減小滑動力兩方面著手。從增加抗滑力方面，考慮山區常用的抗滑樁板墻支擋收坡方案；從減小滑動力方面，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

根據現場地貌與地質情況，抗滑樁無法采用人工施工的矩形樁，只能采用機械施工的圓形樁，而西南山區大量的工程實踐表明，三個圓形樁的受力基本等同于一個矩形樁，則采用機械施工的圓形樁造價規模明顯上升；另外從技術角度講，根據鉆孔勘探地質資料并結合規范對于抗滑樁懸臂段與錨固段的長度比例關系，抗滑樁的樁長遠超 35 m。綜合來講，山區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模式穩定性計算情況及抗滑樁板墻支擋收坡方案的論證研究發現，本工點的高陡路堤處治的關鍵是下覆軟弱地基，需采取措施減小下覆地基的沉降同時提升抗滑抗剪性能；另外該高陡路堤的處治仍要重視采取措施對上部三級填土荷載進行適當減載優化。圍繞這一思路，本文先采用管樁對地基進行處理，再在填筑路堤時采用開挖臺階鋪設土工格室以增強結合面的抗滑性能，最后在最上一級邊坡路床以下采用現澆輕質泡沫土減載的綜合方案［3］。現以圖 4 高陡路堤 LK78+280 斷面詳述設計方案。

圖4 高陡路堤 LK78+280 斷面設計圖（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的穩定安全系數與規范要求的穩定安全系數有一定差距，尤以路堤沿斜坡地基平面滑動的情形 2 相差最大；另該高陡路堤較高、自重較大，易引起地基沉降過大而導致邊坡表層溜塌或深層失穩。本著減少地基沉降及增強地基的抗剪能力，結合下覆地基礫質黏性土 15 m 厚以及該標段內軟土處治已有方案，選擇 PHC 管樁進行處理。管樁以斜坡坡腳為中心左右側按 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 18 m。管樁頂部采用樁帽加系梁的連接方案，以增強整體抗側移能力并能協調豎向變形。

3.2.2 斜坡開挖臺階并加筋

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

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

3.2.3 首級邊坡減載

因該高陡路堤下覆地基性質一般并結合上表穩定分析的相關情況，將第一級邊坡路床采用一般土填筑后，路床底以下采用輕質泡沫土填筑以上部減載，輕質泡沫土邊部采用 2 m 寬的黏土包邊且其頂部與邊部均設置 HDPE 防滲土工膜以防滲。

4 監測方案

LK78+254.4～LK78+400.0 段高陡路堤長 145.6 m，在 LK78+255 及 LK78+300 處各布置一個監測斷面；結合本工點的具體特點及施工安排，監測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應加強對臨近樁基影響的監測，監測工作包括樁基坐標、標高、垂直度及水平位移等。上述監測測點布置、監測設備、監測方法、數據處理及分析等詳見相關規范。

5 結語

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，在認真分析穩定性后有針對性地采用了管樁加固地基與路堤上部減載的方案。該方案實現了對高陡路堤的成功處治，可為后續松軟地層上的高陡路堤設計提供參考。Q