高液限改良土路基稳定性分析与治理技术研究

李新鹏 韩瑜

【摘要】采用有限差分程序对高液限改良土路基进行了数值仿真计算，得出其稳定性结果，再采用土工格栅、设护面墙或骨架植被护坡加以治理防护，为改良土填料路基提供了实践经验。

【关键词】高液限改良土； 路基稳定性分析； 土工格栅加固

1 引言

路基的稳定性是制约高速公路建设、运营安全的重要因素之一，因此学者对此进行大量的科学研究，主要体现于边坡稳定性及路基沉降等两方面。这些研究均对高填方路基的稳定性分析及处治提供了一定的参考价值，本文以有限差分软件FLAC3D为计算软件分析某高液限改良土高填路基边坡稳定性，为高填路基设计施工提供理论支撑。

2路基稳定性分析

高液限土在广西、云南等多个省份、地区均有广泛的分布，所覆盖面积达10万km2，但土体本身强度不高，天然含水量大、液限高、变形大，施工不易被压实，如果直接作为路基填料，很难满足工程要求，在工程建设中作为建筑物地基会产生不利的影响。规定液限指数WL大于等于50%、塑性指数大于26且含水量不适宜直接压实的细粒土（高液限土）不得直接用作路基填料；需要使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。

路基横断面采用设计速度80Km/h的四车道高速公路标准，整体式路基宽度采用24.5m，路面组成为0.75m土路肩+2.50m硬路肩+2×3.75行车道+0.50m路缘带+2.0m中央分隔带+0.50m路缘带+2×3.75行车道+2.50m硬路肩+0.75m土路肩。行车道、路缘及硬路肩采用2%路拱横坡，土路肩采用4%横坡。采用K11+350～K11+390路段进行路基边坡稳定性分析，该高路堤长40m，最大填土高为25.3m，填方形成两台阶，上台阶为8m，下台阶为17.3m，坡率分别为1：1.5和1：1.75，中间设置2m宽的路堤平台，平台上设置截水沟，分多层填筑及压实。为简化计算取对称改良土路基的一半，其数值计算模型如图1所示：

利用FLAC3D有限差分计算软件，基于强度折減理论进行计算，假定岩土体的重度为常数，通过不断折减（每次等比）其抗剪强度指标黏聚力C与内摩擦角φ，得到一组新的强度指标C与φ*，直至边坡失稳破坏的临界情况时，岩土体原强度指标与新指标的比值即为折减系数，亦即边坡稳定系数。其公式如下：

基于极限平衡方法的边坡稳定性为一个超静定的问题，求解需要适当的假定。使用有限差分法的强度折减法可直接得出边坡稳定性系数，可避开假设条件不适当这一矛盾，故有限差分法的强度折减法应用广泛。图1计算模型中，改良土填料计算参数容重为21.5kN/m3，黏聚力5kPa，内摩擦角36°，泊松比0.3，弹性模量38MPa，通过FLAC3D内含的solve fos程序，求解出自重状态下安全系数及位移矢量图如图2所示：

由图2可知，该高填路基边坡稳定性系数为2.63，表明其有足够的安全储能。考虑运营期的车辆荷载，将其等量替换，即采用均布荷载1.54kPa作用于路基上，得到该路基边坡稳定性系数为1.97，边坡该高填路基边坡满足稳定性要求。

3防护措施

路堤填筑应确保压实度，在两侧均超宽填筑30cm，待填筑及稳定后再进行修整，用于路肩土方，在路基边坡及坡角进行圆弧处理，并在台阶上设置截水沟，并设护面墙或骨架植被护坡加以绿化防护。该高填路基位于山间洼地中，针对其地质条件、路基填料和路面坡比等情况进行验算，因地基承载力与变形均满足要求，故只需在路堤中加土工格栅处理。土工格栅采用聚丙烯单向土工格栅（50kN/m）。土工格栅在路基基底处理完毕、验收支护铺设。土工格栅进行满铺且反包，并确保土层平整，表面严禁含碎石块石等硬凸物，在距土工格栅8cm内的路基填料，最大粒径不得大于6cm。同时高填方处治时还应注意高填处的水系情况，若水系比较丰富的高填方路段，应结合永久性排水设施，设置好施工期排水设施，防止雨水、地下水流入、浸泡场地。

4 结论

路基稳定性是保障高速公路正常、安全施工及运营的基本条件，由于受山区地形的制约，必然会遇到的高填方路基是高风险项目，因此需进行高填方路基稳定性分析并提出相应的防护措施。本文以湖南省龙永高速高填方路基为工程实例进行研究，主要研究结论为：

（1）基于强度折减法利用FLAC3D软件可较便捷地求解路基边坡的稳定性，并可通过安全系数、位移场、塑性区、位移矢量图等形象地表示出路基边坡的安全裕度。

（2）该高填方路基稳定性系数在静力状态下为2.63，在考虑汽车荷载时采用拟静力法等效动荷载，求解的稳定性系数为1.97，均表示该高填路基具有足够安全储能。

（3）高填方路基须采用土工格栅进行加固，并注意水的处理，并设护面墙或骨架植被护坡加以绿化防护，做到防护的综合处理、因地制宜。

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