砂場洗砂泥漿區路塹邊坡的逆作工法研究

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結構等問題，通過地質調查、室內試驗和數值模擬等方式，系統分析邊坡失穩模式，設計了軟土路塹邊坡回形加筋土工支擋結構逆作工法，對該方法的施工工藝進行介紹，并對逆作工法支護前后邊坡的穩定性進行對比分析，為類似的富水軟土地基的處理提供參考。

關鍵詞：洗砂泥漿；路塹邊坡；支護方式；穩定分析；逆作工法

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

針對以上不足，基于本工程的一系列背景及問題，本文提出一種新型軟土地基支護方法——軟弱土路塹邊坡逆作施工回形加筋支護，該支護方法既能滿足軟土路塹邊坡安全與穩定性要求，又能降低施工難度、節約邊坡支擋結構與防護成本。

1 工程概況及地質條件

某繞越公路RY-DB5標段地貌類型屬垅崗狀沖洪積傾斜平原區，由于后期人為剝露，局部區域主要土層為：粘土、粉質粘土層、圓礫、卵石層、強風化泥巖和中風化泥巖。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，堅硬的泥巖。

本標段沿線部分路段存在較大的洗砂泥漿池，局部需要開挖或回填，其常年沉積大量泥沙，局部開挖易導致較高路塹軟弱沉積泥砂的流動失穩問題。軟弱土層主要為淤泥、淤泥質土，有天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性大和流變性明顯等特點，在路塹施工過程中極易發生坍塌溜滑等病害。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，路基穿越過程中需開挖部分泥漿池，形成路塹結構。如圖2所示，設計路堤頂面距泥漿池頂面距離約5.2m～7.0m，設計邊坡坡率1：2.0，滿足邊坡穩定要求；然而現場施工過程中，由于泥漿池中泥砂富水軟弱，開挖時出現向路基方向的側向移動現象，不便于現場施工開展。因此，基于上述問題，結合場區地質情況及填料性質，對局部路段的路塹邊坡進行支護與穩定性分析實屬必要。

2 優化支護方案

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，且路面設計標高低于泥漿池頂面標高，因此，需對部分泥漿池進行開挖，形成路塹結構形式，路塹邊坡高度6.5m。洗砂泥漿流變性明顯，邊坡直接開挖施工中經常出現溜滑現象、機械掩埋等事故，故逆作工法由軟弱土質路塹邊坡坡肩處開始，自上而下進行分級開挖-回填施工，每完成一級開挖層，即對所形成坡體進行回填柔性土工支擋結構施工；逆作工法采用回填土來加固地基，并在土體中進行回形加筋，以提高土體的整體強度；將支擋結構由下向上施工的傳統方式，改為分級開挖，逐級修筑土工支擋結構，自上而下分層開挖、分層支擋、交互施工，顯著降低軟土路塹邊坡一次開挖深度，邊坡開挖臨空面穩定性提高，以方便基坑開挖、排水與支防護等施工。施工示意圖如圖3所示，箭頭方向為施工順序。

具體步驟如下：

（1）首先，平整泥漿池頂面場地，疏干部分區域的積水后，在地面上鋪設0.5m厚砂礫卵石土墊層，以便機械設備進場施工。

（2）在第一級路塹邊坡坡肩處進行第一級臺階開挖（深2.5m，寬度3.0m），然后進行砂礫卵石土分層回填壓實（由下到上分層厚度分別為0.2m、1.0m、1.0m、0.3m），當每層壓實整平時，采用土工格柵，沿臺階寬度方向平順展開鋪設，并在臺階邊緣處向上彎起。然后回折，沿反方向平順鋪設，以此類推，直到來回施工鋪筋3層為止。其中，最上層應植入坡頂墊層，其長度為4.0m，最下層應多出臺階外邊緣2.0m，以便與下一級臺階筋材搭接。

（3）坡面處回形加筋時，應以上文中已經鋪設完成的支擋結構臺階作為起始面，繼續向下開挖深2.5m、寬3.0m基槽，然后進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，應注意相鄰兩級臺階筋材搭接長度為30cm，并用短鋼筋進行固定。

（4）重復上述步驟（3），直至施工到路塹坡址的最后一級臺階，且該級臺階應形成1：1.5的柔性加筋土支擋結構。

（5）臺階施工完成后，在該臺階外側采用高1.0m的砼矮墻支擋，從而完成路塹邊坡的施工與支擋，并對該臺階式加筋支擋結構進行粘土包邊，粘土厚度為0.5m，并對包邊坡面進行植草防護。

2.2 原始路基穩定性分析

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各參數及原路基剖面（圖2）代入計算并進行穩定性分析。其結果如圖10所示。

由圖6可以看出，原路基安全系數為0.946<1，遠未達到規范的設計要求，且土條的抗剪強度很小，不能作為路塹直接進行施工。因此，接下來采用逆作工法對該路塹進行支護。

2.3 逆作工法支護后的路基穩定性分析

根據以上的逆作工法步驟，首先需對邊坡進行臺階式放坡，即將原先的坡率從1：2放至1：1.5；然后在已挖臺階上用卵石砂礫土作為回填土進行回填；再采用回形加筋進一步提高土體承載力；另外采用C15混凝土矮墻作為坡腳進行進一步支護。利用軟件及表1參數進行計算，其穩定性分析結果如圖7所示。

由圖7可以看出，進行支護后其安全系數增大至3.125，滿足設計規范的要求，此外，由上圖可知，滑動面整體向下移動，且滑動體體積明顯增大，調動滑動體的所需要的力也進一步增大，支護后的土體穩定性有明顯的提高。土條的應力、抗剪強度變化如表2所示。

將表2各數據進行對比，土體安全系數在支護前安全系數小于1，不滿足要求；但支護后安全系數大幅提高，符合規范要求；土條正應力與切應力相較于支護前有所減小，但仍在允許范圍內；而土體抗剪強度比支護前有明顯的提高，這是由于在回形加筋及設置混凝土矮墻作為坡腳后，危險滑動體的體積增大，土條的高度增加，因此能更好地發揮土體的抗剪能力，從而提高邊坡的整體穩定性。

綜合上述分析結果，采用逆作工法進行軟土路塹支護后，該工程路基的穩定性、安全性等都有了顯著提升，滿足規范及施工的安全與可行性，同時又降低了施工難度、節約了邊坡支擋結構與邊坡防護成本，符合經濟性原則。

3 結論

通過分析工程特點及邊坡穩定性，提出并模擬新型邊坡支護——逆作工法，逆作工法采用分級開挖和穩定支擋逆作法施工技術，大幅度提高了土體抗剪強度和安全系數，并解決了軟質路塹邊坡中機械化施工的安全技術難題，避免了開挖過程中的邊坡溜滑現象；逆作工法中的回形加筋支擋結構能從根本上改進加筋系統的共同作用，并進一步提高支擋結構的整體性能，在保證路塹邊坡穩定的前提下，不需要對軟質坡體進行預處理，有效縮短了建設工期，顯著節省了工程造價，是一種技術科學、經濟節約、環境友好的路塹邊坡柔性支擋結構。

參考文獻

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作者簡介

李婷婷，河南省開封市，現就讀于鄭州大學土木工程學院，研究方向：邊坡與基坑工程。