泡沫輕質土+微型樁在高速公路高填陡坡路基拼寬中的應用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

1 引言

隨著公路交通運輸的大幅度增加，越來越多的高速公路因交通量日趨飽和不能滿足運輸的需求而亟待改擴建，作為關鍵節點的路基改擴建必然受到充分關注。目前，高速公路路基改擴建主要有新建和拼寬（單側、雙側）兩種形式。對位于高填陡坡上的路基 （常設計為加筋路基）拼寬時，為保證新舊路基的整體銜接和保持既有高速公路安全運營，對原高速公路路基邊坡的挖除寬度有更為嚴格的要求，同時也勢必對原路基產生破壞，影響原路基邊坡的穩定。

為此，本文以福建廈蓉高速公路改擴建工程龍巖段K126+310～+430段左側路基工程為工程背景，介紹泡沫輕質土和微型樁方案在高速公路高填陡坡路基拼寬中的應用，并采用簡化Bishop法對拼寬后的路基邊坡進行穩定性計算分析。

2 工程概況

福建廈蓉高速公路改擴建工程K126+310～430段左側路基是在原漳龍高速公路下行線填方路基進行左側拼寬為四車道，拼寬寬度為6.0m～9.2m，拼寬數據見表1。該段原漳龍高速公路路基為6階加筋陡坡路基，最大填高45.65m，如圖1所示。

表1 老漳龍高速公路挖除拼寬數據表

圖1 原漳龍高速公路路基斷面圖

3 拼寬方案

由于扶壁式擋墻、懸臂式等輕型擋土墻方案對原有高速公路路基開挖較大，為減少對該段原漳龍高速公路加筋陡坡路基的開挖，保證邊坡穩定，本文提出了現澆泡沫輕質土[1-3]和微型樁[4]設計的拼寬方案，具體見圖2。

圖2 泡沫輕質土+微型樁斷面設計圖

（1）該段拼寬路基現澆泡沫輕質土換填深度為3.0m～6.0m，在施做泡沫輕質土擋墻時，先對原漳龍高速公路行車側路基按1∶0.75坡度進行開挖，并采用20cm厚素噴混凝土進行封閉。老路開挖后坡面采用Φ50×5mm、長6.0m小導管+掛網錨噴砼15cm防護，小導管間距1.0m×1.0m呈梅花形布置，并下傾角10°伸入泡沫輕質土體1m。

(2)該段路基拼寬處于原漳龍高路高填陡坡路基段落，為確保填土路基的穩定，基底設計微型樁對地基進行加強處理，微型樁設計鉆孔孔徑150mm，孔內采用孔底返漿法灌注C30水泥漿，注漿壓力0.5MPa；樁長10m，間距1m（內側三排），擋墻中部加密設計，間距0.5m（外側三排），呈梅花型布置；樁身施工至基底底部以上50cm后樁身焊接4根Φ20鋼筋與土體中設置的鋼筋網連接，將泡沫輕質土與原漳龍高路公路路基連為整體，上部采用泡沫輕質土回填。

(3)為提高泡沫輕質土的整體性和抗裂能力，在基底和外側墻面分別設置20cmC20混凝土底板和側板，內加設Φ8@20cm×20cm鋼筋網。側板設L=1.5m、Φ12@100cm×100cm拉桿鋼筋伸入泡沫輕質土，基底以上0.5m及2m處設置一道Φ8@10cm×10cm鋼筋網，并與樁身外露鋼筋幫焊相連，在泡沫輕質土底板下設30cm級配碎石排水層。

(4)泡沫輕質土性能的設計，根據《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》CJJ/T 177-2012[5]規定，該段路基拼寬各填筑部位采用表2所示最小容重等級、最小強度等級指標，取最不利斷面進行分析和考慮一定的安全儲備，計算路基填筑體抗壓強度和自立穩定性的抗壓強度，得出該段路基拼寬泡沫輕質土抗壓強度為1.5MPa。

表2 用于路基填筑的性能指標

(5)為保證該段路基拼寬擋墻的美觀，對素噴混凝土體外側采用城墻式拉槽處理；每10m設伸縮縫一道，伸縮縫采用瀝青麻絮填塞，深入墻體內20cm，縫寬2cm。

4 穩定性分析

4.1 分析方法

目前邊坡穩定性計算主要采用傳遞系數法 （或不平衡推力法）， 近年來 Janbu法、Bishop法和 Morgensten&Price法等嚴格的剛體極限平衡分析法也在邊坡或滑坡穩定性分析計算中被廣泛應用并漸趨成熟和完善。通過大量的對比計算工作表明，無論是不平衡推力法，還是嚴格的剛體極限平衡法，其邊坡推力計算或邊坡穩定性預測結果基本一致。該段路基拼寬利用當前國際上廣泛運用的巖土軟件Geo-Studio中的Slope/W模塊進行邊坡穩定性計算，具體選用較為嚴格的剛體極限平衡方法——簡化Bishop法。

4.2 參數選取

根據《公路路基設計規范》(JTG D30-2015)[6]第3.6.8條，高路堤和陡坡路堤邊坡穩定性分析的強度參數應根據填料來源、場地情況及分析工況的需要，選擇有代表性的土樣進行室內試驗，并結合現場情況確定。該段拼寬路基高填路堤的正常工況及非正常工況Ⅰ穩定系數不得小于表3所列數據，正常工況是指路基投入運營后經常發生或持續時間長的工況，非正常工況Ⅰ是指路基處于暴雨或連續降雨狀態下的工況。其中，非正常工況Ⅰ按照降雨影響處于有限深度范圍來考慮，則上部4m路基抗剪強度降低5kPa，摩擦角降低5°。

表3 高填路堤穩定安全系數

泡沫輕質土+微型樁方案計算分析分選取以下工況：（1）正常工況下，路堤和地基的整體穩定性計算，地層指標為快剪指標；（2）非正常工況Ⅰ下路堤和地基的整體穩定性計算，表層填土指標降低，其余地層指標同正常工況。

4.3 計算結果

根據規范要求的穩定安全系數，通過正常工況確定泡沫輕質砼換填深度，然后驗算非正常工況Ⅰ是否滿足規范要求，綜合正常工況、非正常工況Ⅰ確定該段路基拼寬現澆泡沫輕質土換填厚度為3.0m～6.0m，見表4。

表4 泡沫輕質土換填厚度

結合該段路基拼寬邊坡的調查分析，對場區進行了分區，并結合深孔位移監測及地質勘察成果對潛在滑動面進行推測，并基于GEO-SLOPE計算軟件進行穩定性驗算，計算結果見表5和圖3。

表5 坡體穩定性計算結果

圖3 K126+360穩定性計算模型

通過分析計算表明，采用泡沫輕質土方案開挖6m，輕質土容重取8.0kN/m3，坡體穩定性可滿足規范要求。

5 方案實施情況

方案施工過程中，通過嚴格按照“完善交通布控設施布置→分段分級進行老路基開挖（分段不大于5m，開挖深度按2m進尺控制）及坡面小導管與噴射砼預支護防護→基底微型樁施工→基底防水、排水施工→鋼筋綁扎、立模→分層分段澆筑泡沫輕質土至設計標高”的工序進行各步施工，確保了廈蓉高速公路改擴建工程的 “邊施工、邊通車”。

6 結語

經對福建廈蓉高速公路改擴建工程K126+310～+430段左側路基需在原漳龍高速公路高填陡坡路基上進行拼寬的工后跟蹤，設計采用泡沫輕質土和微型樁方案和采用簡化Bishop法對技術方案進行的穩定性計算分析，該段路基拼寬改擴建工程路基邊坡穩定、安全性好、變形小，能解決高速公路改擴建工程施工場地狹窄和 “邊施工、邊通車”等問題，可為類似改擴建工程路基拼寬提供參考。