软弱地基上某高陡路堤处治方案研究

凌立鑫，邢福东，黄嘉鹏

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

0 引言

广东省江门市某高速公路沿线穿越平原区（Ⅰ）和构造剥蚀丘陵区（Ⅱ），其中平原区又分为海陆交互相和冲洪积平原区（Ⅰa）和二级阶地（Ⅰb）两个亚区，构造剥蚀丘陵区又分为丘间谷地（Ⅱa）和丘陵区（Ⅱb）两个亚区。处于海陆交互相（Ⅰa）和丘间谷地（Ⅱa）接壤处的地基虽没有海陆交互相（Ⅰa）深厚软土性质差但也远没有丘陵区（Ⅱb）地基性质好。本文通过海陆交互相（Ⅰa）和丘间谷地（Ⅱa）接壤区域内的某一高陡路堤，从地勘布置、稳定分析及方案研究等方面，对该高陡路堤的综合处治技术进行阐述。

1 工程概况

广东省江门市某高速公路 LK78+254.4～LK78+400.0 路段为一傍山斜坡高陡路堤，坡脚处的地形平坦、开阔并有一鱼塘。

设计阶段在 LK78+254.4 附近斜坡低处有一处钻孔，孔口高程 26.000，自上而下地层为残积砾质黏性土、全风化花岗岩及中风化花岗岩；施工阶段鱼塘挖淤排水并整平后在 LK78+280.0 附近坡脚鱼塘补充一处钻孔，孔口高程 18.170，自上而下地层为素填土（清淤回填土）、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、砾质黏性土及全风化花岗岩［1］。设计阶段钻孔柱状图如图 1 所示，施工阶段钻孔柱状图如图 2 所示。

图1 设计阶段钻孔柱状图

图2 施工阶段钻孔柱状图

2 稳定性分析

本段路堤三级放坡，最大坡高 23.59 m，地面斜坡 24°，陡于 1∶2.5，可定义为高陡路堤。根据 JTG D30－2015《公路路基设计规范》相关规定，选取 LK78+280 断面为典型断面进行稳定性分析，稳定性分析内容有路堤堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性及路堤沿斜坡地基滑动的稳定性［2］。结合本工点的具体特点，路堤堤身稳定性非主控因素，故本文主要基于正常工况着重对路堤和地基的整体稳定性和路堤沿斜坡地基滑动的稳定性进行分析，路堤和地基的整体稳定性采用简化 Bishop 法，路堤沿斜坡地基滑动的稳定性采用不平衡推力法，路堤沿斜坡地基的可能滑动面有两种情形，如图 3 所示。

图3 路堤沿斜坡地基的可能滑动面（单位：m）

室内试验表明，地基主要土层砾质黏性土容重 17.6 kN/m3，直剪快剪凝聚力c=21.2 kPa；直剪快剪内摩擦角φ=15.8°；路堤填料容重 18.0 kN/m3，直剪快剪凝聚力c=22.0 kPa，直剪快剪内摩擦角φ=26.0°。

通过建模分析计算得到不同滑动模式下的稳定安全系数如表 1 所示。

从上表 1 可以看出，路堤和地基整体圆弧滑动、路堤沿斜坡地基平面滑动 1 及路堤沿斜坡地基平面滑动 2 计算所得稳定安全系数均不满足规范的相应要求，其中路堤沿斜坡地基平面滑动 2 计算所得稳定安全系数与规范要求稳定安全系数差值最大，可以认为路堤沿斜坡地基平面滑动 2 为主控滑面，应基于此最不利滑动面研究设计方案。

表1 正常工况不同滑动模式的稳定系数

3 设计方案研究

为控制路堤沿斜坡地基平面滑动 2 的稳定性，主要从增加抗滑力与减小滑动力两方面着手。从增加抗滑力方面，考虑山区常用的抗滑桩板墙支挡收坡方案；从减小滑动力方面，考虑地基处理后路基减载方案。

3.1 抗滑桩板墙支挡收坡方案

根据现场地貌与地质情况，抗滑桩无法采用人工施工的矩形桩，只能采用机械施工的圆形桩，而西南山区大量的工程实践表明，三个圆形桩的受力基本等同于一个矩形桩，则采用机械施工的圆形桩造价规模明显上升；另外从技术角度讲，根据钻孔勘探地质资料并结合规范对于抗滑桩悬臂段与锚固段的长度比例关系，抗滑桩的桩长远超 35 m。综合来讲，山区常用的抗滑桩板墙支挡收坡方案在广东这种软弱地基高陡路堤上应用不太适宜。

3.2 地基处理后路基减载方案

从表 1 正常工况下不同滑动模式稳定性计算情况及抗滑桩板墙支挡收坡方案的论证研究发现，本工点的高陡路堤处治的关键是下覆软弱地基，需采取措施减小下覆地基的沉降同时提升抗滑抗剪性能；另外该高陡路堤的处治仍要重视采取措施对上部三级填土荷载进行适当减载优化。围绕这一思路，本文先采用管桩对地基进行处理，再在填筑路堤时采用开挖台阶铺设土工格室以增强结合面的抗滑性能，最后在最上一级边坡路床以下采用现浇轻质泡沫土减载的综合方案［3］。现以图 4 高陡路堤 LK78+280 断面详述设计方案。

图4 高陡路堤 LK78+280 断面设计图（单位：m）

3.2.1 地基管桩处理

表 1 中路堤沿斜坡地基平面滑动的稳定安全系数与规范要求的稳定安全系数有一定差距，尤以路堤沿斜坡地基平面滑动的情形 2 相差最大；另该高陡路堤较高、自重较大，易引起地基沉降过大而导致边坡表层溜塌或深层失稳。本着减少地基沉降及增强地基的抗剪能力，结合下覆地基砾质黏性土 15 m 厚以及该标段内软土处治已有方案，选择 PHC 管桩进行处理。管桩以斜坡坡脚为中心左右侧按 3 m 间距沿路线方向共布置 6 排桩，管桩直径为 300 mm、壁厚≥ 70 mm，平均桩长 18 m。管桩顶部采用桩帽加系梁的连接方案，以增强整体抗侧移能力并能协调竖向变形。

3.2.2 斜坡开挖台阶并加筋

自斜坡坡脚向上按≥2 m 宽、内倾坡度 ≥3 % 开挖台阶，自斜坡底平行于鱼塘整平面按 2 m 间距向上至第二级边坡顶面（第一边坡轻质泡沫土的底面）铺筑土工格室进行拉筋加强。

此外，为保证第一级边坡路床一般土填筑的整体性，从上路床底按 50 cm 间距设 2 层土工格室（见图 4）。

3.2.3 首级边坡减载

因该高陡路堤下覆地基性质一般并结合上表稳定分析的相关情况，将第一级边坡路床采用一般土填筑后，路床底以下采用轻质泡沫土填筑以上部减载，轻质泡沫土边部采用 2 m 宽的黏土包边且其顶部与边部均设置 HDPE 防渗土工膜以防渗。

4 监测方案

LK78+254.4～LK78+400.0 段高陡路堤长 145.6 m，在 LK78+255 及 LK78+300 处各布置一个监测断面；结合本工点的具体特点及施工安排，监测工作包括地表沉降及位移、边坡体深部位移及路基顶部沉降。

因该段小桩号处接桥梁且桥梁桩基先与路基施工完成，故在该段高陡路堤施工时应加强对临近桩基影响的监测，监测工作包括桩基坐标、标高、垂直度及水平位移等。上述监测测点布置、监测设备、监测方法、数据处理及分析等详见相关规范。

5 结语

本文以广东省江门市某高速公路LK78+254.4～LK78+400.0 段高陡路堤为例，在认真分析稳定性后有针对性地采用了管桩加固地基与路堤上部减载的方案。该方案实现了对高陡路堤的成功处治，可为后续松软地层上的高陡路堤设计提供参考。Q