李婷婷++宋奇++韓海霞++魏加傲

摘 要：為解決某公路路段富水洗砂泥漿路塹地基處理和支護(hù)結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等方式，系統(tǒng)分析邊坡失穩(wěn)模式，設(shè)計(jì)了軟土路塹邊坡回形加筋土工支擋結(jié)構(gòu)逆作工法，對(duì)該方法的施工工藝進(jìn)行介紹，并對(duì)逆作工法支護(hù)前后邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比分析，為類似的富水軟土地基的處理提供參考。

關(guān)鍵詞：洗砂泥漿；路塹邊坡；支護(hù)方式；穩(wěn)定分析；逆作工法

隨著公路建設(shè)的迅速發(fā)展，公路沿線遇到許多復(fù)雜的巖土力學(xué)和工程難題，其中該工程中的洗砂泥漿深挖路塹的穩(wěn)定性問(wèn)題為亟待解決的技術(shù)難題之一。而普通支護(hù)方式如強(qiáng)夯置換法，雖適用于軟土路基，但仍不能解決洗砂泥漿路塹問(wèn)題，且在承載力計(jì)算和對(duì)飽和土加固時(shí)孔隙水壓力的消散問(wèn)題上還有待探討；由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼教授（1952）提出的真空預(yù)壓法可行度高，但加固支護(hù)成本也顯著提高，工程投資難于控制。

針對(duì)以上不足，基于本工程的一系列背景及問(wèn)題，本文提出一種新型軟土地基支護(hù)方法——軟弱土路塹邊坡逆作施工回形加筋支護(hù)，該支護(hù)方法既能滿足軟土路塹邊坡安全與穩(wěn)定性要求，又能降低施工難度、節(jié)約邊坡支擋結(jié)構(gòu)與防護(hù)成本。

1 工程概況及地質(zhì)條件

某繞越公路RY-DB5標(biāo)段地貌類型屬垅崗狀沖洪積傾斜平原區(qū)，由于后期人為剝露，局部區(qū)域主要土層為：粘土、粉質(zhì)粘土層、圓礫、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖。地層上部堆積著灰黃色、灰色黏土，該層土層頂埋深0.00～3.10m、平均0.54m；層頂標(biāo)高9.90～55.90m、平均36.83m；厚度2.50～7.50m、平均4.00m；由于上部分布著黏土，其塑限、液限相對(duì)較高。中部分布著顏色較雜，黃灰色為主的圓礫、卵石，該層土層頂埋深0.00～11.70m、平均5.12m；層頂標(biāo)高1.30～63.60m、平均30.25m；厚度0.25～33.10m、平均12.22m。下部分布著磚紅色、棕紅色，堅(jiān)硬的泥巖。

本標(biāo)段沿線部分路段存在較大的洗砂泥漿池，局部需要開(kāi)挖或回填，其常年沉積大量泥沙，局部開(kāi)挖易導(dǎo)致較高路塹軟弱沉積泥砂的流動(dòng)失穩(wěn)問(wèn)題。軟弱土層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，有天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性大和流變性明顯等特點(diǎn)，在路塹施工過(guò)程中極易發(fā)生坍塌溜滑等病害。路線沿線局部分布有較大洗砂泥漿池如圖1所示。

K18+596.5～K18+660段路基附近有一洗砂泥漿池，路基穿越過(guò)程中需開(kāi)挖部分泥漿池，形成路塹結(jié)構(gòu)。如圖2所示，設(shè)計(jì)路堤頂面距泥漿池頂面距離約5.2m～7.0m，設(shè)計(jì)邊坡坡率1：2.0，滿足邊坡穩(wěn)定要求；然而現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，由于泥漿池中泥砂富水軟弱，開(kāi)挖時(shí)出現(xiàn)向路基方向的側(cè)向移動(dòng)現(xiàn)象，不便于現(xiàn)場(chǎng)施工開(kāi)展。因此，基于上述問(wèn)題，結(jié)合場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況及填料性質(zhì)，對(duì)局部路段的路塹邊坡進(jìn)行支護(hù)與穩(wěn)定性分析實(shí)屬必要。

2 優(yōu)化支護(hù)方案

2.1 逆作工法

由于該高速公路沿線部分路段需穿越較大洗砂泥漿池，且路面設(shè)計(jì)標(biāo)高低于泥漿池頂面標(biāo)高，因此，需對(duì)部分泥漿池進(jìn)行開(kāi)挖，形成路塹結(jié)構(gòu)形式，路塹邊坡高度6.5m。洗砂泥漿流變性明顯，邊坡直接開(kāi)挖施工中經(jīng)常出現(xiàn)溜滑現(xiàn)象、機(jī)械掩埋等事故，故逆作工法由軟弱土質(zhì)路塹邊坡坡肩處開(kāi)始，自上而下進(jìn)行分級(jí)開(kāi)挖-回填施工，每完成一級(jí)開(kāi)挖層，即對(duì)所形成坡體進(jìn)行回填柔性土工支擋結(jié)構(gòu)施工；逆作工法采用回填土來(lái)加固地基，并在土體中進(jìn)行回形加筋，以提高土體的整體強(qiáng)度；將支擋結(jié)構(gòu)由下向上施工的傳統(tǒng)方式，改為分級(jí)開(kāi)挖，逐級(jí)修筑土工支擋結(jié)構(gòu)，自上而下分層開(kāi)挖、分層支擋、交互施工，顯著降低軟土路塹邊坡一次開(kāi)挖深度，邊坡開(kāi)挖臨空面穩(wěn)定性提高，以方便基坑開(kāi)挖、排水與支防護(hù)等施工。施工示意圖如圖3所示，箭頭方向?yàn)槭┕ろ樞颉?/p>

具體步驟如下：

（1）首先，平整泥漿池頂面場(chǎng)地，疏干部分區(qū)域的積水后，在地面上鋪設(shè)0.5m厚砂礫卵石土墊層，以便機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)施工。

（2）在第一級(jí)路塹邊坡坡肩處進(jìn)行第一級(jí)臺(tái)階開(kāi)挖（深2.5m，寬度3.0m），然后進(jìn)行砂礫卵石土分層回填壓實(shí)（由下到上分層厚度分別為0.2m、1.0m、1.0m、0.3m），當(dāng)每層壓實(shí)整平時(shí)，采用土工格柵，沿臺(tái)階寬度方向平順展開(kāi)鋪設(shè)，并在臺(tái)階邊緣處向上彎起。然后回折，沿反方向平順?shù)佋O(shè)，以此類推，直到來(lái)回施工鋪筋3層為止。其中，最上層應(yīng)植入坡頂墊層，其長(zhǎng)度為4.0m，最下層應(yīng)多出臺(tái)階外邊緣2.0m，以便與下一級(jí)臺(tái)階筋材搭接。

（3）坡面處回形加筋時(shí)，應(yīng)以上文中已經(jīng)鋪設(shè)完成的支擋結(jié)構(gòu)臺(tái)階作為起始面，繼續(xù)向下開(kāi)挖深2.5m、寬3.0m基槽，然后進(jìn)行分層回填砂礫卵石土，回填土分層和“S”狀回形鋪筋方式（同步驟（2））；其中，應(yīng)注意相鄰兩級(jí)臺(tái)階筋材搭接長(zhǎng)度為30cm，并用短鋼筋進(jìn)行固定。

（4）重復(fù)上述步驟（3），直至施工到路塹坡址的最后一級(jí)臺(tái)階，且該級(jí)臺(tái)階應(yīng)形成1：1.5的柔性加筋土支擋結(jié)構(gòu)。

（5）臺(tái)階施工完成后，在該臺(tái)階外側(cè)采用高1.0m的砼矮墻支擋，從而完成路塹邊坡的施工與支擋，并對(duì)該臺(tái)階式加筋支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘土包邊，粘土厚度為0.5m，并對(duì)包邊坡面進(jìn)行植草防護(hù)。

2.2 原始路基穩(wěn)定性分析

該公路K18+596.5～K18+660段路基屬于極軟極弱土體，利用Geo-Studio軟件，將表1各參數(shù)及原路基剖面（圖2）代入計(jì)算并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。其結(jié)果如圖10所示。

由圖6可以看出，原路基安全系數(shù)為0.946<1，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，且土條的抗剪強(qiáng)度很小，不能作為路塹直接進(jìn)行施工。因此，接下來(lái)采用逆作工法對(duì)該路塹進(jìn)行支護(hù)。

2.3 逆作工法支護(hù)后的路基穩(wěn)定性分析

根據(jù)以上的逆作工法步驟，首先需對(duì)邊坡進(jìn)行臺(tái)階式放坡，即將原先的坡率從1：2放至1：1.5；然后在已挖臺(tái)階上用卵石砂礫土作為回填土進(jìn)行回填；再采用回形加筋進(jìn)一步提高土體承載力；另外采用C15混凝土矮墻作為坡腳進(jìn)行進(jìn)一步支護(hù)。利用軟件及表1參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖7所示。

由圖7可以看出，進(jìn)行支護(hù)后其安全系數(shù)增大至3.125，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，此外，由上圖可知，滑動(dòng)面整體向下移動(dòng)，且滑動(dòng)體體積明顯增大，調(diào)動(dòng)滑動(dòng)體的所需要的力也進(jìn)一步增大，支護(hù)后的土體穩(wěn)定性有明顯的提高。土條的應(yīng)力、抗剪強(qiáng)度變化如表2所示。

將表2各數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，土體安全系數(shù)在支護(hù)前安全系數(shù)小于1，不滿足要求；但支護(hù)后安全系數(shù)大幅提高，符合規(guī)范要求；土條正應(yīng)力與切應(yīng)力相較于支護(hù)前有所減小，但仍在允許范圍內(nèi)；而土體抗剪強(qiáng)度比支護(hù)前有明顯的提高，這是由于在回形加筋及設(shè)置混凝土矮墻作為坡腳后，危險(xiǎn)滑動(dòng)體的體積增大，土條的高度增加，因此能更好地發(fā)揮土體的抗剪能力，從而提高邊坡的整體穩(wěn)定性。

綜合上述分析結(jié)果，采用逆作工法進(jìn)行軟土路塹支護(hù)后，該工程路基的穩(wěn)定性、安全性等都有了顯著提升，滿足規(guī)范及施工的安全與可行性，同時(shí)又降低了施工難度、節(jié)約了邊坡支擋結(jié)構(gòu)與邊坡防護(hù)成本，符合經(jīng)濟(jì)性原則。

3 結(jié)論

通過(guò)分析工程特點(diǎn)及邊坡穩(wěn)定性，提出并模擬新型邊坡支護(hù)——逆作工法，逆作工法采用分級(jí)開(kāi)挖和穩(wěn)定支擋逆作法施工技術(shù)，大幅度提高了土體抗剪強(qiáng)度和安全系數(shù)，并解決了軟質(zhì)路塹邊坡中機(jī)械化施工的安全技術(shù)難題，避免了開(kāi)挖過(guò)程中的邊坡溜滑現(xiàn)象；逆作工法中的回形加筋支擋結(jié)構(gòu)能從根本上改進(jìn)加筋系統(tǒng)的共同作用，并進(jìn)一步提高支擋結(jié)構(gòu)的整體性能，在保證路塹邊坡穩(wěn)定的前提下，不需要對(duì)軟質(zhì)坡體進(jìn)行預(yù)處理，有效縮短了建設(shè)工期，顯著節(jié)省了工程造價(jià)，是一種技術(shù)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、環(huán)境友好的路塹邊坡柔性支擋結(jié)構(gòu)。

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作者簡(jiǎn)介

李婷婷，河南省開(kāi)封市，現(xiàn)就讀于鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，研究方向：邊坡與基坑工程。