高速公路復雜軟土路基處理方法研究

胡興堯 王瑞甫 劉 品 龍 森

（貴州交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 55001）

1 工程概況

1.1 原設計和施工中失穩破壞情況

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，施工圖階段設計為填方路堤，最大填土高度23m，路線以外左側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裂縫，隨后裂縫向兩端延伸，裂縫寬度加大、錯臺，填方邊坡坡腳的填方體開始鼓起，坡腳外側的土體開裂、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20余m，在坡腳外側約25m處拱起，見圖1、圖2。

圖1 填方體失穩開裂

圖2 填方坡腳外20m鼓出裂縫

1.2 工程地質特征

經補充勘察，該場地內的覆蓋層主要由粉質粘土、淤泥質土、碎石土、含碎石粉質粘土組成，按物理力學指標結合原位測試，可分為可塑狀、軟塑狀。該場地的巖土組成如下。

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

（2）淤泥質土（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，成分主要為強風化泥質粉砂巖，路段內均有分布，鉆探揭露厚度為3～12m。淤泥質土（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。該層淤泥質土為軟弱下臥層，工程地質條件較差，在工程狀態下極易產生變形致使構造物發生不均勻沉降，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，碎石成分為泥質粉砂巖鈣質泥巖，碎石粒徑40～80mm，含量52%結構松散狀。濕至飽和含水，路段內均有分布，鉆探揭露厚度為2～9.0m。碎石土［fa0］＝220kPa，工程地質條件較好。

（4）含碎石粉質粘土（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原因分析

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

2 變形監控資料分析

根據現場檢測數據，路基變形速率增大，路基有急劇下滑的趨勢，將會誘發滑坡等地質災害發生，對滑坡體下方及緊鄰滑坡周邊的村民、施工人員、農作物等造成安全隱患。部分檢測數據見圖3、圖4。

圖3 JCK7合成方向相對位移圖

圖4 JCK7時間位移累計曲線圖

JCK7監測孔深部位移變形主要表現在距孔口11.5m以上部位，7.5m處累計位移為22.64 mm；孔口累計位移為19.04mm，11.5m以下部位變形不明顯。該孔在距孔口11.5m處形成了滑動面，在本期監測期間坡體沿該滑動面整體加速下滑趨勢明顯。

3 軟土路基綜合治理

3.1 軟土路基抗滑樁支擋計算分析

根據現場實際情況，采用反演法計算巖土體的c，φ。根據反算出來的c，φ，應用理正軟件計算滑體的剩余下滑力。根據計算出來的剩余下滑力，驗算抗滑樁的樁徑及配筋［6］。

根據地質勘察資料提供的地質斷面，選取ZK1715＋250，ZK1715＋273，ZK1715＋294及ZK1715＋340作典型地質斷面進行計算，由于該段路基滑移后目前已趨于穩定的臨界狀態，取安全系數K＝1，填方體c＝0kPa，φ＝35°；粉質粘土（硬殼層）c＝12kPa，φ＝10°的參數不變，對ZK1715＋250，ZK1715＋273及ZK1715＋294斷面進行反算，反算得淤泥質土（流塑至軟塑狀）的參數分別為c＝11.7KPa，φ＝5.26°；c＝11.7 kPa，φ＝2.79°及c＝11.7kPa，φ＝6.24°，根據反算的結果，取安全系數K＝1.25，算得設抗滑樁處：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；根據以上推力對抗滑樁進行配筋。

3.2 分區處理措施

由于 K1715＋180為車行通道，K1715＋080～K1715＋180段填方路基尚未進行施工，K1715＋180～K1715＋450段路基填方已接近路基設計標高，再結合地勘資料，綜合考慮場地的地形條件及軟土的物理力學性質，對該段路基進行分區治理［7］，即 A 區（K1715＋080～K1715＋180），B區（K1715＋180～K1715＋450）。

（1）A區（K1715＋080～K1715＋180）。考慮技術經濟處理效果，決定采用水泥粉煤灰碎石樁復合地基對A區（K1715＋080～K1715＋180）段軟基進行處理。根據地質勘查探明的K1715＋080～K1715＋180段軟基性狀，結合現場實際地形、地質條件和現有設備能力，該段素混凝土樁復合地基總體設計思路為：利用現場硬土層相對較厚，地形有利于路基整體穩定和現場作業的優勢，原則上以控制路基沉降為主。經計算分析，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承擔上部荷載，樁頂設置厚度為40cm、公稱最大粒經為20mm的滿鋪級配碎石褥墊層。設計平面布置圖見圖5。

圖5 A、B區軟土治理平面布置圖

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

① 在K1715＋220～K1715＋360左側坡腳設置一排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在地下水發育地段設置碎石盲溝，以疏導地表水和排出的地下水。

③對已完成填筑的路基進行強夯，減少差異沉降，進一步保證路基壓實度。

4 結語

該段高填方斜坡軟土路基為深層滑面的大型滑坡體，工程地質條件復雜，設計中需考慮諸多因素，增加了設計的難度。

（1）本設計針對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，分析研究了其變形破壞特點及成因。

（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，通過對該段軟土路基的地質條件分析，按其災害地質類型將治理軟基劃分為2個區域，對其采取素混凝土樁、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、反壓護道、素混凝土樁等非支擋措施的應用，使治理方案達到安全、經濟、合理、環保的要求。經過精密施工，該路段現已通車，治理效果良好，為貴州高速公路大型復雜軟土路基治理提供了經驗。

［1］JTG C20－2011公路工程地質勘察規范［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估［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程，2012（5）：1049－1053.

［3］JGJ79－202建筑地基處理技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

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

［5］吳高中.路基軟土地基處理施工技術［J］.長安大學學報，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極限承載力數值分析［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2010（3）：488－491.

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