山區公路項目軟土路基的滑移病害處治技術分析

收稿日期：2023-10-11

作者簡介：楊鶴（1983—），女，本科，工程師，從事勘察設計工作。

摘要 山區公路建設環境復雜，施工中普遍存在軟弱地基等不良地質條件，處治不當極易引發路基滑移等病害，嚴重影響公路使用性能，威脅道路運營安全。鑒于此，文章以某山區公路軟基滑移病害處治為背景，系統分析了公路路基失穩機理，根據路基失穩原因，提出了CFG樁+回填反壓處治方案。研究表明：（1）軟基滑移主要是由于原始路基在持續性降雨作用下，路基土體經水體滲透，自重顯著增大，從而造成土體對擋墻側壓力增大，擋墻出現整體滑移現象，并對路基造成一定牽拉作用，導致路基邊坡及頂部均出現了不同程度的縱向開裂，并逐漸形成垂直式滑移破壞；（2）CFG樁+回填反壓處治效果顯著，路基穩定性得到大幅提升，道路運營階段沉降、位移等均符合要求。

關鍵詞 公路工程項目；山區公路；軟土路基；滑移處治；數值計算

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0067-04

0 引言

高速公路施工及運營階段，軟弱地基段極易產生路基失穩現象，給施工及運營安全帶來極大威脅，如何采取科學手段對軟弱路基實施處理，保證公路安全穩定運行，已成為當前業界專業人士共同關注的問題。現階段，我國針對軟弱路基處理展開了大量研究，并取得了顯著成效，各種技術在工程實踐中得到了成功應用，如換填法、復合地基等。但針對軟基滑移病害處治方面的研究較少，為有效提升軟土路基滑移病害處治水平，確保道路運營安全性、穩定性[1]，該文結合實際工程案例，針對山區公路軟基滑移病害處治技術展開綜合探究，具有重要的實踐意義。

1 工程概況

某高速公路工程位于偏遠山區地帶，其中K29+850～K30+420路段途經稻田區域，地質條件較差，其路基斷面形式見圖1。該公路工程路堤處于較為平緩的地形上，其最大邊坡高度是10 m，兩側路段的邊坡平均高度大約是9 m，采用了一級邊坡，坡率為1∶1.5，坡面使用了襯砌拱形護坡。為降低對農田的占用，在路堤左坡腳下設仰斜式路堤擋土墻，擋土墻底部以1 m厚的碎石墊層換填，擋土墻出土深度2.4～5.4 m，平均出土深度4 m左右。為了保證路基的穩定，降低工后沉降，對這一段的軟土地基采用CFG樁方案進行補強治理，樁身的直徑為0.5 m，樁距為2.5 m，樁頂碎石墊層厚度為0.5 m。CFG樁穿過了軟塑和可塑的兩種不同的土層，樁端穿透1 m厚的硬塑狀黏土層，軟弱地基路段，平均治理深度達11.5 m，為了減小路堤的差異沉降，在路堤的底部鋪設兩層格柵，每層格柵垂直間隔1 m。

地質勘查報告顯示，該地段土層分布自上而下為種植土、高液限黏土、粉質黏土；各層厚度依次為0.5 m、6 m、4 m；下伏硬塑狀高液限黏土與粉質黏土，其厚度未探明。

為提升該路段路基穩定性，采用CFG樁+擋土墻進行加固處理，驗收合格后進行路基填筑施工，當填筑高度達到7.2 m時，遭遇持續性強降雨，導致K29+960～

K30+150路段擋土墻產生滑移，路基產生較大變形。在路基變形破壞初期，擋土墻頂部沒有發生明顯的錯臺裂縫，說明擋土墻的垂直位移和差異沉降很小。在擋土墻側路基頂部距離左肩部6～15 m的距離處，存在多處長度為30～40 m、寬度為2 cm的縱向裂縫。在上側填筑路基邊坡上，存在3條10～20 cm長的縱向裂紋。當擋土墻發生移動時，立即在其頂面設置變形監測點，并每日跟蹤監測其水平位移和沉降。監測表明，該工程中擋土墻的變形較大，第5 d累計變形僅為10 cm左右。且5 d時間內，擋土墻頂面累計水平位移量達到50 cm，每天最大位移量達到22 cm，路堤和擋土墻以整體外移為主，此后路堤和路堤變形逐漸趨于穩定。15 d后，擋土墻及路基變形進一步增加，在距離左側路肩7 m處，出現明顯的縱向拉伸裂紋，并產生了錯臺狀的豎向沉降，裂紋長度為80 m、寬度為30 cm，路基沉降為40 cm。擋土墻的沉降縫有明顯的錯位現象，最大的錯位距離在30 cm左右。有些擋土墻有不同程度的外傾，擋土墻外的水田及邊溝底有顯著的凸起，凸起位置在擋土墻邊緣5～10 m處，凸起高度在40 cm左右。具體破壞情況見圖2。

2 失穩機理與處治措施

2.1 失穩機理分析

根據現場實際情況，對路基失穩破壞機理進行分析，主要包括以下幾個方面：①變形路段采用黏性土進行填筑，承載性能一般，在持續性降雨作用下，路基抗剪能力急劇下降，加之路基土體經水體滲透，自重顯著增大，從而造成土體對擋墻側壓力增大[2]；②擋土底部埋深較淺，底部鋪設厚度為1.0 m的級配碎石并呈松散狀態，與擋墻未形成有效連接，導致擋墻處于自由狀態，抗滑性能較差；③距擋墻一側2 m處存在排水溝，溝寬3 m，深1.2 m，排水溝開挖嚴重影響土體被動土壓力；④擋墻外部為水田，坡腳位置存在軟化現象。在上述各種因素共同影響下，擋墻出現整體滑移現象，并對路基造成一定牽拉作用，導致路基邊坡及頂部均出現了不同程度的縱向開裂，并逐漸形成垂直式滑移破壞。但由于擋墻底部存在CFG樁，具有較強的承載能力，能有效控制擋墻下沉，因此其整體沉降相對較小。而水稻田隆起部位未出現剪切跡象，故初步確定滑移面是由擋墻滑動引發路基沉降并推動水稻田隆起部位產生的滑移[3]。

為深入了解擋墻及路基產生滑移的具體原因，借助GeoSlope系統構建路基模型，對其穩定性實施模擬分析。因路基滑移位置主要出現在左幅區域，故選擇左幅路基建立數值模型，根據地質勘查報告，合理確定土體力學參數。利用Bishop數值計算法求出正常條件下路基穩定性系數為1.101，不符合相關標準要求[4]。

2.2 處治方案比選

根據路基失穩機理分析情況，初步制定三種加固方案，具體方案及處治措施見表1。

方案1：因下伏基巖表面土體厚度較大，達13～17 m，強度較低。布置抗滑樁時，其底部應進入基巖內，導致樁體懸臂長度較大，因此應選用錨索抗滑樁，但由于路基填土深度較大，錨索通常難以深入穩定土層內，無法充分發揮其錨固性能[5]。所以，采用抗滑樁進行加固，其效果并不理想，同時，抗滑樁施工時極易引發二次滑移現象，威脅施工安全，因此該方案不可行[6]。

方案2：擋墻清除重建，施工較為簡便，處治完成后，能有效提升路基整體穩定性，防止滑動面進一步發展，處治效果較為顯著。但因擋墻已建設完成，路基與路床高差為0.5～2 m，清除滑動體工程量較大，且土方開挖、清運、棄土處理等難度較大，需設置棄土場，對生態環境造成較大破壞。清除滑移部分擋墻并澆筑新擋墻，需強度等級C20混凝土2 823.4 m3，成本112.59萬元；兩側擋墻后背填料換填，共需外借填料100 000 m3，成本為257.5萬元，兩項總成本共370.09萬元，此外，仍存在100 000 m3棄土[7]。

方案3：最大限度利用現有路基，降低工程報廢比重，但實際施工時，對擋墻及路基存在較大干擾，加劇路基滑移現象，施工難度較大，要求較為嚴格；尤其對于反壓位置，若地基處治不當，極易導致反壓體滑移。該處治方案成本相對較低，CFG樁地基加固成本為69.6萬元；反壓處理需借土29 300 m3，以成本為7.05元/m3進行計量，總成本約20.6萬元；占用土地4 000 m3，成本為21萬元；修建排水溝需17萬元；總費用共計144.3萬元。綜合成本、工期、工作量、施工干擾程度等各方面因素進行比較，采用方案3（CFG樁地基處理+回填反壓方案）較為合適，其處治路基斷面形式見圖3。處治完成后利用Bishop數值計算法求出路基邊坡穩定性系數為2.776，符合相關標準要求[8]。

3 沉降和位移觀測

3.1 監測點布置

采用方案3進行處治，并對路基沉降、位移及反壓體位移實施監測。根據實際情況，在反壓體頂部位置布設位移監測點W1-1～W1-6；路基填筑完畢，在左幅路肩部位布設監測點W/C2-1～W/C2-5（沉降、水平位移共同監測）。位移、沉降測點數量分別為11個和5個[9]。

3.2 水平位移觀測結果

反壓處理及運營過程中反壓體位移變化情況，見圖4。

從圖4可知：

（1）路基填筑階段（2021年2—5月），隨著填筑高度的不斷增加，路基土體重力作用顯著增大，土體固結速率加快，因此反壓體水平位移呈現急劇變化狀態。

（2）10月以后，反壓體水平位移變化幅度顯著減小。

（3）公路投入使用后，反壓體水平位移出現輕微變化，變化幅度控制在5 mm左右，基本達到穩定狀態[10]。

路基左側路肩位置處水平位移變化情況如圖5（a）所示。

從圖5（a）可知：

（1）路基土體水平位移變化趨勢與反壓體大致相同，但位移量相對較小。

（2）道路面層施工階段（2021年5—9月），路基水平位移呈現急劇變化狀態，直至10月道路完全施工完成后，路基水平位移變化幅度顯著減小。

（3）公路投入使用后，路基水平位移出現輕微變化，變化幅度保持在5 mm左右，基本達到穩定狀態[11]。

3.3 沉降觀測結果

路基填筑及使用階段各測點位置沉降監測情況見圖5（b）。由圖5（b）可知：

（1）道路面層施工階段，路基土體重力作用顯著增大，土體固結速率加快，沉降顯著增大，最大值為10 mm，約占路基總沉降的60%。

（2）靜置3個月后，路基沉降量顯著降低，在此期間最大沉降為4 mm，約占總沉降的23%。

（3）道路使用階段，路基沉降出現輕微變化，總沉降量保持在3 mm左右，占比為18%，路基沉降基本達到穩定狀態，未產生路面裂縫等質量問題。

（4）道路建成后7個月內總沉降量為7 mm，沉降率為0.7‰，相較于其他路段，整體較為穩定[12]。

4 結論

綜上所述，該文依托某山區高速公路軟基滑移病害處治實踐，系統分析了路基失穩機理及處治措施，根據路基破壞實際情況，提出了三種處治方案，并通過綜合比選，確定了CFG樁地基處理+回填反壓處治方案。具體結論如下：

（1）在路基坡腳位置布設擋墻能有效控制路基變形，但當擋墻埋置深度較淺時，其抗滑效果較差。

（2）CFG樁能顯著降低路基沉降，反壓體能有效增強路基穩定性，二者聯合應用對處治山區公路軟基滑移病害效果顯著。

（3）通過路基沉降及位移監測，采用CFG樁+回填反壓方案進行處理后，路基穩定性得到顯著提升，運營階段沉降、位移等均符合標準要求。

參考文獻

[1]唐育同. 不同地基處理方式下公路軟土地基加固效果分析[J]. 西部交通科技， 2022（12）： 69-71+81.

[2]孟學文. 強夯法結合拋石擠淤法在高速公路軟基施工處理中的運用[J]. 黑龍江交通科技， 2022（8）： 16-18.

[3]趙涵秀， 馮多， 徐林榮. 樁板結構在深厚軟基高速公路過渡段處理中的應用[J]. 公路， 2022（6）： 8-15.

[4]程強. 泡沫混凝土在高速公路軟基條件下的換填工藝[J]. 交通世界， 2022（15）： 130-132.

[5]趙英濤. 土工格柵復合碎石墊層在高速公路軟基處理中的應用[J]. 交通世界， 2022（14）： 143-145+148.

[6]楊華保. 基于有限元分析的軟土路基加固效果研究——以茂名市某公路工程為例[J]. 工程技術研究， 2022（22）： 30-32.

[7]楊興華， 王曉帆. 水泥石灰鋼渣碎石夯擴樁復合地基在軟土地基加固中應用[J]. 路基工程， 2022（1）： 78-82.

[8]牟俊杰. 軟土路基加固處理技術數值分析及在公路工程中的應用[J]. 科學技術創新， 2022（36）： 143-146.

[9]劉敏. 軟土路基雙向水泥攪拌樁承載特性及復合地基變形預測研究[D]. 南昌：東華理工大學， 2023.

[10]魏翻. 軟基加固技術在市政道路工程中的運用研究[C]//上海筱虞文化傳播有限公司. Proceedings of 2023 Seminar on Engineering Technology Application and Construction Management. 2023： 2.

[11]陳春華. 公路施工中軟土路基的施工技術理論與實踐研究[C]//上海筱虞文化傳播有限公司. Proceedings of 2022 Engineering Technology Innovation and Management Seminar（ETIMS 2022）. 2022： 3.

[12]鄒淑國， 江波， 馬俊風. 軟土路基段市政道路開挖施工對淺埋地鐵區間隧道結構的安全影響分析[C]//中國土木工程學會， 長沙市人民政府. 中國土木工程學會2021年學術年會論文集. 中國建筑工業出版社， 2021： 2.