高速公路復(fù)雜軟土路基處理方法研究

胡興堯 王瑞甫 劉 品 龍 森

（貴州交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 55001）

1 工程概況

1.1 原設(shè)計(jì)和施工中失穩(wěn)破壞情況

貴州遵畢高速公路K1715＋080～K1715＋450段地處低中山地貌的山前緩坡帶，施工圖階段設(shè)計(jì)為填方路堤，最大填土高度23m，路線以外左側(cè)的沖溝及斜坡地帶自然坡度約15°。

在路基施工過程中，K1715＋330～K1715＋360段填筑路基頂面首先出現(xiàn)裂縫，隨后裂縫向兩端延伸，裂縫寬度加大、錯(cuò)臺(tái)，填方邊坡坡腳的填方體開始鼓起，坡腳外側(cè)的土體開裂、部分被推拱起，K1715＋330～K1715＋360段路基大面積滑移，整段路基下沉約5～6m，坡腳外被推移的土體裂縫長度達(dá)20余m，在坡腳外側(cè)約25m處拱起，見圖1、圖2。

圖1 填方體失穩(wěn)開裂

圖2 填方坡腳外20m鼓出裂縫

1.2 工程地質(zhì)特征

經(jīng)補(bǔ)充勘察，該場(chǎng)地內(nèi)的覆蓋層主要由粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、碎石土、含碎石粉質(zhì)粘土組成，按物理力學(xué)指標(biāo)結(jié)合原位測(cè)試，可分為可塑狀、軟塑狀。該場(chǎng)地的巖土組成如下。

（1）粉質(zhì)粘土（Qel＋dl）：黃色、灰黃色，可塑狀，頂部為耕土，含少量植物根系，路段內(nèi)均有分布，為頂部硬殼層，鉆探揭露厚度為2～4.5m。

（2）淤泥質(zhì)土（Qel＋dl）：灰色、灰綠色及灰黑色，流塑狀～軟塑狀，含10%～20%碎石，碎石粒徑1～10mm，成分主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，路段內(nèi)均有分布，鉆探揭露厚度為3～12m。淤泥質(zhì)土（流塑至軟塑狀）：γ＝16.3kN／m3，［fa0］＝50kPa，c＝5.6kPa，φ＝3.30°；W ＝59.14%，e＝1.56，IL＝0.85，Ip＝34.2。該層淤泥質(zhì)土為軟弱下臥層，工程地質(zhì)條件較差，在工程狀態(tài)下極易產(chǎn)生變形致使構(gòu)造物發(fā)生不均勻沉降，這也是引起路基開裂變形的主要因素［1－3］。

（3）碎石土（Qel＋dl）：灰色、灰黑色，碎石成分為泥質(zhì)粉砂巖鈣質(zhì)泥巖，碎石粒徑40～80mm，含量52%結(jié)構(gòu)松散狀。濕至飽和含水，路段內(nèi)均有分布，鉆探揭露厚度為2～9.0m。碎石土［fa0］＝220kPa，工程地質(zhì)條件較好。

（4）含碎石粉質(zhì)粘土（Qel＋dl）：黃色，可塑狀，局部呈流塑至軟塑狀，碎石成分為砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，碎石含量25%～40%，路段低洼處分布，厚度0～10m。

1.3 高填方斜坡軟土路基失穩(wěn)原因分析

斜坡上地基受填方工程加載，致使地基產(chǎn)生豎向壓密變形的同時(shí)引起橫向變形，容易引起地基失穩(wěn)。從該段軟土路基場(chǎng)地的斜坡地形和勘察結(jié)果可以判斷，淤泥質(zhì)土軟弱下臥層是導(dǎo)致路基滑移破壞的主要原因。由于淤泥質(zhì)軟土受到上部填土的擠壓，發(fā)生了較大變形；而沒有淤泥質(zhì)土軟弱下臥層的填方路基變形相對(duì)較小，從而產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)的不均勻沉降，致使填筑路基頂部產(chǎn)生裂隙等破壞現(xiàn)象，即填方路基失穩(wěn)［4－5］。

2 變形監(jiān)控資料分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，路基變形速率增大，路基有急劇下滑的趨勢(shì)，將會(huì)誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，對(duì)滑坡體下方及緊鄰滑坡周邊的村民、施工人員、農(nóng)作物等造成安全隱患。部分檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖3、圖4。

圖3 JCK7合成方向相對(duì)位移圖

圖4 JCK7時(shí)間位移累計(jì)曲線圖

JCK7監(jiān)測(cè)孔深部位移變形主要表現(xiàn)在距孔口11.5m以上部位，7.5m處累計(jì)位移為22.64 mm；孔口累計(jì)位移為19.04mm，11.5m以下部位變形不明顯。該孔在距孔口11.5m處形成了滑動(dòng)面，在本期監(jiān)測(cè)期間坡體沿該滑動(dòng)面整體加速下滑趨勢(shì)明顯。

3 軟土路基綜合治理

3.1 軟土路基抗滑樁支擋計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用反演法計(jì)算巖土體的c，φ。根據(jù)反算出來的c，φ，應(yīng)用理正軟件計(jì)算滑體的剩余下滑力。根據(jù)計(jì)算出來的剩余下滑力，驗(yàn)算抗滑樁的樁徑及配筋［6］。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料提供的地質(zhì)斷面，選取ZK1715＋250，ZK1715＋273，ZK1715＋294及ZK1715＋340作典型地質(zhì)斷面進(jìn)行計(jì)算，由于該段路基滑移后目前已趨于穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，取安全系數(shù)K＝1，填方體c＝0kPa，φ＝35°；粉質(zhì)粘土（硬殼層）c＝12kPa，φ＝10°的參數(shù)不變，對(duì)ZK1715＋250，ZK1715＋273及ZK1715＋294斷面進(jìn)行反算，反算得淤泥質(zhì)土（流塑至軟塑狀）的參數(shù)分別為c＝11.7KPa，φ＝5.26°；c＝11.7 kPa，φ＝2.79°及c＝11.7kPa，φ＝6.24°，根據(jù)反算的結(jié)果，取安全系數(shù)K＝1.25，算得設(shè)抗滑樁處：ZK1715＋250的推力為F＝1 941kN／m；ZK1715＋273的推力為F＝1 321kN／m；ZK1715＋294的推力為F＝2 028kN／m；ZK1715＋340的推力為F＝988kN／m；根據(jù)以上推力對(duì)抗滑樁進(jìn)行配筋。

3.2 分區(qū)處理措施

由于 K1715＋180為車行通道，K1715＋080～K1715＋180段填方路基尚未進(jìn)行施工，K1715＋180～K1715＋450段路基填方已接近路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，再結(jié)合地勘資料，綜合考慮場(chǎng)地的地形條件及軟土的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)該段路基進(jìn)行分區(qū)治理［7］，即 A 區(qū)（K1715＋080～K1715＋180），B區(qū)（K1715＋180～K1715＋450）。

（1）A區(qū)（K1715＋080～K1715＋180）?？紤]技術(shù)經(jīng)濟(jì)處理效果，決定采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基對(duì)A區(qū)（K1715＋080～K1715＋180）段軟基進(jìn)行處理。根據(jù)地質(zhì)勘查探明的K1715＋080～K1715＋180段軟基性狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形、地質(zhì)條件和現(xiàn)有設(shè)備能力，該段素混凝土樁復(fù)合地基總體設(shè)計(jì)思路為：利用現(xiàn)場(chǎng)硬土層相對(duì)較厚，地形有利于路基整體穩(wěn)定和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，原則上以控制路基沉降為主。經(jīng)計(jì)算分析，素混凝土樁樁長為樁尖埋入軟基下承載力較好的碎石土層內(nèi)50cm，樁頂至整平后的原地面表面；樁徑為40cm；樁間距為140cm，正三角形布置；樁身采用抗壓強(qiáng)度為15MPa水泥粉煤灰碎石混合料。為避免樁頂刺入回填路基體造成樁身單獨(dú)承擔(dān)上部荷載，樁頂設(shè)置厚度為40cm、公稱最大粒經(jīng)為20mm的滿鋪級(jí)配碎石褥墊層。設(shè)計(jì)平面布置圖見圖5。

圖5 A、B區(qū)軟土治理平面布置圖

（2）B區(qū)（K1715＋180～K1715＋450）。根據(jù)該段的地質(zhì)特征，主要采用抗滑樁結(jié)合填土反壓護(hù)道的方案，并結(jié)合盲溝排水，平面布置圖見圖5，具體措施如下：

① 在K1715＋220～K1715＋360左側(cè)坡腳設(shè)置一排2m×3m的抗滑樁，樁間距5～6m，分A型樁、B型樁、C型樁3種樁型，共27根，樁長22～26m，抗滑樁之間加設(shè)擋土板，防止軟塑狀粘土層在上部填筑加載下擠出破壞及抗滑樁失效。

②在地下水發(fā)育地段設(shè)置碎石盲溝，以疏導(dǎo)地表水和排出的地下水。

③對(duì)已完成填筑的路基進(jìn)行強(qiáng)夯，減少差異沉降，進(jìn)一步保證路基壓實(shí)度。

4 結(jié)語

該段高填方斜坡軟土路基為深層滑面的大型滑坡體，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)中需考慮諸多因素，增加了設(shè)計(jì)的難度。

（1）本設(shè)計(jì)針對(duì)該段高填方斜坡軟土路基的深層滑面、具有軟弱下臥層的特點(diǎn)，分析研究了其變形破壞特點(diǎn)及成因。

（2）研究該段軟土路基中的軟弱下臥層，靈活確定綜合治理方案。

（3）避免單一的處理方法，通過對(duì)該段軟土路基的地質(zhì)條件分析，按其災(zāi)害地質(zhì)類型將治理軟基劃分為2個(gè)區(qū)域，對(duì)其采取素混凝土樁、抗滑樁支擋和排水的綜合治理措施。

（4）治理方案不僅考慮支擋措施，而且考慮排水、反壓護(hù)道、素混凝土樁等非支擋措施的應(yīng)用，使治理方案達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保的要求。經(jīng)過精密施工，該路段現(xiàn)已通車，治理效果良好，為貴州高速公路大型復(fù)雜軟土路基治理提供了經(jīng)驗(yàn)。

［1］JTG C20－2011公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2012.

［2］譚 悅.水泥混凝土路面路基永久變形預(yù)估［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程，2012（5）：1049－1053.

［3］JGJ79－202建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］馮光愈，程辰林.高速公路軟土地基處理研究［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，1996，13（4）：37－40.

［5］吳高中.路基軟土地基處理施工技術(shù)［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，21（1）：24－28.

［6］趙煉恒，王志斌，李 亮.斜坡地基高填方路堤模型試驗(yàn)極限承載力數(shù)值分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2010（3）：488－491.

［7］李 瑞.軟土地基處理施工技術(shù)［J］.山西建筑，2007，33（13）：118－119.