山區斜坡軟弱土填方路堤處治技術綜述

王新國

（蘇交科集團股份有限公司,江蘇 南京 210019）

0 引言

我國西南山區丘陵和山地繁多，在公路工程建設中路線確定時不可避免地會遇到斜坡軟弱土地基，其在工程建設中具備兩個特征：①由于特殊的地理因素，軟土層具有一定的傾角；②斜坡軟土層的抗剪強度較低，壓縮性較高。從結構上能看出，不同于水平軟土地基，斜坡軟弱土地基存在地面橫坡。并且在工程土體性質中斜坡地基與水平地基中軟弱土層的含義也有所區別[1]。相關的專家學者的研究表明，軟土一般指平原地區的軟土層，其土體的天然含水率大于液限的細粒土，并且天然孔隙比不小于1.0[2]。在路堤填筑加載作用下，地基變形集中在路堤中部，產生沉降，軟弱土體被壓密，逐漸固結。在此過程中若地基產生的塑性變形在規定范圍內，則填方路堤能夠保持穩定[3]。而對于斜坡軟弱土層地基而言，在路堤填筑過程中不僅出現豎向變形，還會出現沿坡腳向下的橫向變形。橫向變形會加劇豎向變形，進而導致路堤失穩[1]。針對上述斜坡軟弱土的工程特性，在路堤填筑前，應先深入開展細致的地質勘察工作，并在此基礎上有針對性地制定科學合理的地基處理方案、土方填筑技術和工程防護措施等，并且著重關注限制填方路堤側向變形的措施，確保斜坡軟弱地基填方路堤安全建設及運營。

1 治理原則

在山區斜坡軟弱土地基上進行路堤填筑，首先應限制地基側向變形，保證路堤整體穩定性。同時從地基處治與該區域環境保護契合的角度出發，選取合理的施工工藝控制工程成本。一般總結如下五條原則：

（1）避讓原則。當斜坡軟土路堤加固工程的可靠性較低或工程造價較高時，可在適當的條件下，調整線路的走向或架設橋梁，避免在斜坡軟土地基上直接修筑路堤[4]。

（2）防排水原則。由于巖體在長期富水環境下會發生軟化，使得軟土層厚度增大，降低斜坡軟土路基的服役年限，故采取防排水措施是施工的重點。

（3）地基加固。斜坡軟弱土填方路堤由于地面橫坡及軟弱土基的共同作用，易造成不均勻沉降及路堤失穩，因而地基加固是斜坡軟弱土路堤加固的重點。

（4）坡腳抗滑。斜坡導致路基對稱性喪失，在自重及外部荷載作用下，下坡方向易出現應力集中，尤其沿斜坡向下一側坡腳位置易出現過大的水平滑移，容易造成填方路堤整體失穩，因而這一側坡腳處采用抗滑措施至關重要。

（5）路堤土體加固。路堤土體加固在加強路堤穩定性的同時還可以將應力均勻分布，增強路堤整體承載力，減少路堤沉降。

2 提高地基抵抗變形能力

對于山區斜坡軟弱土填方路堤而言，提高地基土抵抗變形能力是控制地基側向變形的重點，對提高填方路堤的整體穩定性至關重要。主要方法包括：①清除地基軟弱土層；②采用強夯或重錘夯實，提高地基土體密實度；③在地基土層中置換或植入各種強度相對較高的豎向增強體，形成復合地基[5-6]。

2.1 清除地基軟弱土層

斜坡軟弱土層是造成填方路堤失穩的主要因素。對于斜坡軟弱土層厚小于4.0 m，底層橫坡小于1∶10的地基進行直接挖出處理是一種簡單有效的措施，相對于其他措施，更經濟、更有效、施工難度低。對于地基表面或下部軟弱土層地面橫坡大于1∶10的位置，可與增設反壓護道與挖臺階方案作技術經濟比選，擇優選取。

2.2 強夯或重錘夯實加固

強夯或重錘夯實是地基加固常用的措施，通過壓縮或振密降低地基中的含水率，使土體的密實度提升，提高地基抵抗變形能力。該方法多適用于以下兩個條件：①地面及軟弱土層地面橫坡均較小，即水平軟弱地基；②地基土層為非飽和土。

對于斜坡軟弱土地基，由于軟弱土層地面橫坡的存在，當強夯或重錘夯實作業時，容易造成夯錘歪斜，使得軟弱土地基向坡腳一側更易發生變形破壞，如圖2所示。而對于飽和黏性土的軟弱土層，采用強夯或重錘夯實作業極易使軟弱土地基出現“橡皮土”現象[7]。因此，強夯或重錘夯實對于斜坡軟弱土地基一般情況下不宜直接使用。

近年來專家學者通過許多的工程實踐，在強夯法或重錘夯實法基礎上開發了強夯置換法，該方法是利用夯錘將碎石、礦渣等材料強行夯入地基軟土中形成碎石墩（樁），使得碎石墩（樁）與地基土共同形成復合地基，進而增加了地基的整體強度，使得地基沉降降低，斜坡軟弱土地基夯錘歪斜示意圖如圖1，該方法廣泛運用在飽和黏性土地基治理中[7-8]。

圖1 斜坡軟弱土地基夯錘歪斜示意圖

粉質黏土采用強夯置換后，會在作業結束后形成大于2.0 m厚度的硬殼層，硬殼層的承載能力可通過現場單墩復合地基靜載荷試驗確定。而強夯置換法對淤泥或流塑狀黏性土進行置換后的復合地基承載力在不考慮墩間土承載力時可按下式計算[4]：

式中，m——置換率；fpk——樁體承載力特征值（kPa）。

對于斜坡軟弱土地基，將碎石填壓到地基土(飽和土)夯坑中后，使用強夯或重錘進行夯實作業時，會出現斜坡軟弱土地基沿斜坡向下方一側變形的現象，使得夯入的碎石不易形成穩定的碎石墩（樁），則強夯置換法不適用該種工況。

綜上所述，對于坡度較大的斜坡軟弱土地基，強夯或重錘夯實加固一般不宜采用。

2.3 增強體復合地基處理

增強體復合地基是將增強體以豎向置換、加筋等方式植入軟弱土地基中，形成強度較高的人工地基，在斜坡軟弱土地基中也可使用該方法，可有效提高軟弱地基強度，增加地基整體穩定性，減小地基橫向變形。斜坡軟弱地基常用復合地基處治方法有：①散體樁，如振動沉管碎石樁、振沖碎石樁；②水泥土樁，如水泥攪拌樁、水泥旋噴樁；③低強度混凝土樁（含CFG樁）[7]。

一般情況下，斜坡軟弱土填方路堤設置復合地基加固后在填筑加載過程中，局部應力過大會造成樁體破壞，進而引起過大的地基沉降和地基破壞，在地基表層設置加筋碎石墊層（土工格柵+碎石砂墊層），可以提高填方路堤的強度和整體穩定性，減小地基沉降。

3 限制地基側向變形

限制地基側向變形是斜坡軟弱土地基的常用手段，可有效提高填方路堤的穩定性。根據限制形式的不同，將限制措施分為被動限制和主動限制兩種。

3.1 被動限制

被動限制即在斜坡軟弱土填方路堤的坡腳設置一定強度的結構進行約束，避免軟弱土地基發生橫向剪切破壞，限制地基側向變形。常用的被動限制措施有放緩路堤坡率、反壓護道、齒墻和抗滑樁等。

斜坡軟弱土地基由于地形地貌的原因，使得填方路堤具有橫坡，采用放緩路堤填筑坡率或增設反壓護道的方案（適用于水平軟土地基），工程規模較大，且對提高路堤穩定性處治效果不佳。齒墻適用于軟弱土層較薄的工程中，實際工程使用較少。在山區對于地面橫坡大于1∶10的斜坡軟弱地基路段，抗滑樁在實際工程中大量使用，抗滑樁處治示意圖如圖2，其能有效控制路堤變形，工程效果好，但造價偏高。

圖2 抗滑樁處治示意圖

在實際的工程實踐中，斜坡軟弱土填方路堤采用抗滑樁進行側向約束可分為以下5種類型：①沿斜坡向下坡腳處設單排抗滑樁；②沿斜坡向下坡腳處進行單排抗滑樁+增強體復合地基處理；③沿斜坡向下坡腳處進行單排抗滑樁+塑料排水板或砂井地基處理；④沿斜坡向下坡腳處設雙排抗滑樁；⑤采用樁基托梁擋土墻，避免填方坡腳擠壓斜坡軟弱地基[5]。

3.2 主動限制

主動限制是在路基內部設置結構骨架，通過結構骨架來承擔路堤填筑荷載和行車荷載，使下部軟弱土地基承擔的荷載較少，達到控制整體變形失穩的效果。一般常見的結構形式有樁網結構和樁板結構。斜坡軟弱土地基不同于水平軟土控制地基的豎向沉降，由于地面橫坡的特殊工況，結構骨架還需限制側向變形。

樁網結構是在天然地基中打入鋼筋混凝土樁后形成樁土復合地基加固區的基礎上，在復合地基上加鋪加筋土褥墊層形成“網兜效應”，使“樁—網—土”三者協同作用共同承擔上部荷載[9]。在樁網結構中，上部加筋土褥墊層能將上部荷載分散傳遞，均勻傳遞到下部復合地基加固區，防止局部因受力過大發生樁體破壞，在此過程中樁體能承擔大部分荷載，使地基承擔的荷載減小，從而有效減小軟弱土地基沉降，使得軟弱土地基側向滑移得到有效控制，樁網復合地基如圖3。

圖3 樁網復合地基

樁板結構是最早應用于鐵路軟土路基治理的新型結構，結構主要由樁基和承臺板（部分會加托梁）組成。其主要的工作原理是利用承臺板均勻地將上部荷載傳遞到下部樁基，樁基再將荷載分散在樁間土和下部巖層中，從而使地基的承載能力得到增強，填方路堤整體穩定性得到明顯提升[10-12]。該方法與常規治理方法相比具有結構整體性好、剛度大、變形小等特性，適用于一些深厚軟土地區以及山區斜坡軟弱土地區，但是造價較高，施工技術要求高，樁板結構在斜坡軟弱地基上的應用示意圖如圖4。

圖4 樁板結構在斜坡軟弱地基上的應用示意圖

4 防排水措施

水是引起道路病害的主要因素，其不僅易引起路基路面發生病害，并且還是山區斜坡軟弱土地基形成的主要因素，長期持續的富水環境和遇水易軟化的地層易形成軟弱土。為了保證山區斜坡軟弱土填方路堤的整體穩定性，在實際工程中應重視水對工程質量的影響[13-14]。常用的防排水的措施包括“攔、截、疏、排”等方法[4]。

5 結論與展望

（1）山區斜坡軟弱土地基由于地形及水文地質等特殊條件，使其與一般水平軟土地基治理方案相比更加復雜要求更高。結合斜坡軟弱土地基的工程特性，該文初步提出斜坡軟弱地基路堤工程處治的5個原則。

（2）對于斜坡軟弱地基路堤工程處治措施有很多，在實際工程應用中，對于具體地基問題具體分析，綜合考慮區域地質條件、經濟效益，科學合理地選取有效的治理措施，對多種方案進行比選，使用多種措施綜合治理。

（3）新建的公路逐漸飽和，在役道路的改造問題凸顯，目前針對在役道路的斜坡軟弱土地基處治技術還比較少，將研究重點轉向在役道路治理是未來研究趨勢。