高速公路復(fù)雜軟土路基治理處治方法研究

高速公路復(fù)雜軟土路基治理處治方法研究

陳華興

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要針對貴州省遵畢高速公路斜坡高填軟土地基滑坡，分析其成因及穩(wěn)定性，對處治措施進(jìn)行多方案比較，選擇安全經(jīng)濟(jì)的處治措施。并且對抗滑樁、素混凝土樁等加固措施在處治過程中的綜合應(yīng)用加以說明。

關(guān)鍵詞軟弱下臥層高填方軟土路基抗滑樁

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.033

收稿日期：2015-03-02

1工程概況

1.1　原設(shè)計和施工中失穩(wěn)破壞情況

貴州省遵畢高速公路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)計為填方路堤，最大填土高度23 m，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、錯臺，填方邊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5～6 m，坡腳外被推的土體裂縫長度達(dá)20余m，在坡腳外側(cè)約25 m處拱起。

1.2工程地質(zhì)特征

根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[1]經(jīng)補(bǔ)充勘察,該場地內(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)合原位測試，可分為可塑狀、軟塑狀。該場地的巖土組成見圖1。

圖1　K1715+320工程地質(zhì)橫斷面圖

8結(jié)語

公路路線在采空區(qū)段的選線過程中，不能盲目直接選擇避讓，應(yīng)結(jié)合項目的工程實(shí)際，客觀分析、科學(xué)比選。經(jīng)科學(xué)研究分析后，黃石至陽新一級公路金海采空區(qū)段推薦繞避采空區(qū)方案。該方案切實(shí)可行，在經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、后續(xù)運(yùn)營安全等方面均能取得較好的效果。本項目關(guān)于采空區(qū)路段的研究方法也為類似項目提供了一定的經(jīng)驗借鑒。

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

(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1～10 mm，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3～12 m。淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀)：γ=16.3 kN/m3，[fa0]=50 kPa，c=5.6 kPa，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)生塑性變形或構(gòu)造物的不均勻沉降，是引起路基開裂變形的主要因素。

(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40～80 mm，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2～9.0 m。碎石土[fa0],=220 kPa，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0～10 m。

1.3　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引起橫向變形，容易引起地基失穩(wěn)。從該段軟土路基場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。為確保路基穩(wěn)定，必須綜合采用支擋、軟土治理等措施加以治理。

2變形監(jiān)控資料分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，路基變形速率增大，路基有急劇下滑的趨勢，將會誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，對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。部分檢測數(shù)據(jù)見圖2～3。

圖2　JCK7合成方向(最大位移量方向)相對位移圖

圖3　CK7合成方向時間位移累計曲線圖

JCK7監(jiān)測孔深部位移變形主要表現(xiàn)在距孔口11.5 m以上部位，7.5 m處累計位移為22.64 mm；孔口累計位移為19.04 mm，11.5 m以下部位變形不明顯。該孔在距孔口11.5 m處形成了滑動面，在本期監(jiān)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　軟土路基穩(wěn)定性分析

根據(jù)地理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=0 kPa，φ=35°；粉質(zhì)粘土(硬殼層)：c=12 kPa，φ=10°的參數(shù)不變，對ZK1715+250，ZK1715+273及ZK1715+294斷面進(jìn)行反算，得淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀)的參數(shù)分別為c=11.7 kPa，φ=5.26°；c=11.7 kPa，φ=2.79°及c=11.7 kPa，φ=6.24°。根據(jù)反算的結(jié)果，取安全系數(shù)K=1.25[2]，算得設(shè)抗滑樁處：ZK1715+250的推力為F=1 941 kN/m；ZK1715+273的推力為F=1 321 kN/m；ZK1715+294的推力為F=2 028 kN/m；ZK1715+340的推力為F=988 kN/m；根據(jù)以上推力對抗滑樁進(jìn)行配筋。

3.2　分區(qū)處理措施

根據(jù)地勘資料，綜合考慮場地的地形條件及軟土的物理力學(xué)性質(zhì)，對該段路基進(jìn)行分區(qū)治理， A區(qū)(K1715+080～K1715+180)， B區(qū)(K1715+180～K1715+450)。

(1)A區(qū)。考慮技術(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A區(qū)段軟基進(jìn)行處理。根據(jù)地質(zhì)勘查探明的A區(qū)段軟基性狀，結(jié)合現(xiàn)場實(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)計思路為：利用現(xiàn)場硬土層相對較厚，地形有利于路基整體穩(wěn)定和現(xiàn)場作業(yè)，原則上以控制路基沉降為主。經(jīng)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(nèi)50 cm[3]，樁頂至整平后的原地面表面；樁徑為40 cm；樁間距為140 cm，正三角形布置[4]。樁身采用抗壓強(qiáng)度為15 MPa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40 cm，公稱最大粒經(jīng)20 mm的滿鋪級配碎石褥墊層。

(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, 平面布置見圖4。

圖4　B區(qū)軟土治理平面布置圖

具體處治措施如下。

①在K1715+220～K1715+360左側(cè)坡腳設(shè)置一排2 m×3 m 的抗滑樁, 樁間距5～6 m, 分A型樁、B型樁、C型樁3種樁型，共27 根,樁長22～26 m, 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

該段軟土路基為深層滑面，且規(guī)模大，具有軟弱下臥層的大型復(fù)雜滑坡體，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計中需考慮諸多因素，增加了設(shè)計的難度。

(1) 本設(shè)計針對該段軟土路基為深層滑面的具有軟弱下臥層的大型復(fù)雜滑坡體，研究該軟土路基的變形破壞特點(diǎn)。

(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，以對工程建設(shè)中具有軟弱夾層地基的處理予以借鑒。

(3) 本設(shè)計避免單一的處理方法，通過對該段軟土路基的地質(zhì)條件分析，按其災(zāi)害地質(zhì)成因類型將治理軟基劃分為2個區(qū)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) 本設(shè)計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，為貴州高速公路大型復(fù)雜軟土路基治理提供了經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

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Study on Treatment Methods of Complicated Soft-soil Roadbed of Expressway

ChenHuaxing

(Guizhou Province Transportation Planning Survey and Design Institute Co., Ltd., Guiyang 550081, China)

Abstract：In this paper the formation mechanism and stability of soft-soil roadbed of expressway from Zhunyi to Bijie in Guizhou province are analyzed. Multi-program is designed for comparison and choice to get the safety and economic treatment methods. Synthetic application of anti-sliding pile and cement-mixed pile on the treatment processing is discussed. This paper will provide proof for the design of high filling roadbed with soft substratum in slope.

Key words: soft substratum; high filling; soft-soil roadbed; anti-sliding pile