高速公路复杂软土路基治理处治方法研究

高速公路复杂软土路基治理处治方法研究

陈华兴

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要针对贵州省遵毕高速公路斜坡高填软土地基滑坡，分析其成因及稳定性，对处治措施进行多方案比较，选择安全经济的处治措施。并且对抗滑桩、素混凝土桩等加固措施在处治过程中的综合应用加以说明。

关键词软弱下卧层高填方软土路基抗滑桩

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.033

收稿日期：2015-03-02

1工程概况

1.1　原设计和施工中失稳破坏情况

贵州省遵毕高速公路K1715+080～K1715+450段地处低中山地貌的山前缓坡带，施工图阶段设计为填方路堤，最大填土高度23 m，路线以外左侧的冲沟及斜坡地带自然坡度约15°。在路基施工过程中，K1715+330～K1715+360段填筑路基顶面首先出现裂缝，随后裂缝向两端延伸，裂缝宽度加大、错台，填方边坡脚的填方体开始鼓起，坡脚外侧的土体开裂、部分被推拱起，K1715+330～K1715+360段路基大面积滑移，整段路基下沉5～6 m，坡脚外被推的土体裂缝长度达20余m，在坡脚外侧约25 m处拱起。

1.2工程地质特征

根据《公路工程地质勘察规范》[1]经补充勘察,该场地内的覆盖层主要由粉质粘土、淤泥质土、碎石土、含碎石粉质粘土组成，按物理力学指标结合原位测试，可分为可塑状、软塑状。该场地的岩土组成见图1。

图1　K1715+320工程地质横断面图

8结语

公路路线在采空区段的选线过程中，不能盲目直接选择避让，应结合项目的工程实际，客观分析、科学比选。经科学研究分析后，黄石至阳新一级公路金海采空区段推荐绕避采空区方案。该方案切实可行，在经济效益、社会效益、后续运营安全等方面均能取得较好的效果。本项目关于采空区路段的研究方法也为类似项目提供了一定的经验借鉴。

参考文献

[1]JTG D20-2006公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社,2006.

[2]交通部公路司.新理念公路设计指南:2005版[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]JTG D30-2004公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4]JTG/T D31-03-2011采空区公路设计与施工技术细则[S].北京：人民交通出版社,2011.

[5]湖北省交通规划设计院.黄石至阳新一级公路工程可行性研究报告[R].武汉：湖北省交通规划设计院，2014.

(1) 粉质粘土(Qel+dl)。黄色、灰黄色，可塑状，顶部为耕土，含少量质物根系，路段内均有分布，为顶部硬壳层，钻探揭露厚度为2～4.5 m。

(2) 淤泥质土(Qel+dl)。灰色、灰绿色及灰黑色，流塑状～软塑状，含10%～20%碎石，碎石粒径1～10 mm，成分主要为强风化泥质粉砂岩，路段内均有分布，钻探揭露厚度为3～12 m。淤泥质土(流塑至软塑状)：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。该层淤泥质土为软弱下卧层，工程地质条件较差，在工程状态下极易产生塑性变形或构造物的不均匀沉降，是引起路基开裂变形的主要因素。

(3) 碎石土(Qel+dl)。灰色、灰黑色，碎石成分为泥质粉砂岩钙质泥岩，碎石粒径40～80 mm，含量52%结构松散状。湿至饱和含水，路段内均有分布，钻探揭露厚度为2～9.0 m。碎石土[fa0],=220 kPa，工程地质条件较好。

(4) 含碎石粉质粘土(Qel+dl)。黄色，可塑状，局部呈流塑至软塑状，碎石成分为砂岩及泥质粉砂岩，碎石含量25%～40%，路段低洼处分布，厚度0～10 m。

1.3　软土路基失稳原因分析

斜坡上地基受填方工程加载，致使地基产生竖向压密变形的同时引起横向变形，容易引起地基失稳。从该段软土路基场地的斜坡地形和勘察结果可以判断，淤泥质土软弱下卧层是导致路基滑移破坏的主要原因。为确保路基稳定，必须综合采用支挡、软土治理等措施加以治理。

2变形监控资料分析

根据现场检测数据，路基变形速率增大，路基有急剧下滑的趋势，将会诱发滑坡地质灾害发生，对滑坡体下方及紧邻滑坡周边的村民、施工人员、农作物等造成安全隐患。部分检测数据见图2～3。

图2　JCK7合成方向(最大位移量方向)相对位移图

图3　CK7合成方向时间位移累计曲线图

JCK7监测孔深部位移变形主要表现在距孔口11.5 m以上部位，7.5 m处累计位移为22.64 mm；孔口累计位移为19.04 mm，11.5 m以下部位变形不明显。该孔在距孔口11.5 m处形成了滑动面，在本期监测期间坡体沿该滑动面整体加速下滑趋势明显。

3软土路基综合治理

3.1　软土路基稳定性分析

根据地理勘察资料提供的地质断面，选取ZK1715+250，ZK1715+273，ZK1715+294及ZK1715+340作典型地质断面进行计算。由于该段路基滑移后目前已趋于稳定的临界状态，取安全系数K=1。填方体：c=0 kPa，φ=35°；粉质粘土(硬壳层)：c=12 kPa，φ=10°的参数不变，对ZK1715+250，ZK1715+273及ZK1715+294断面进行反算，得淤泥质土(流塑至软塑状)的参数分别为c=11.7 kPa，φ=5.26°；c=11.7 kPa，φ=2.79°及c=11.7 kPa，φ=6.24°。根据反算的结果，取安全系数K=1.25[2]，算得设抗滑桩处：ZK1715+250的推力为F=1 941 kN/m；ZK1715+273的推力为F=1 321 kN/m；ZK1715+294的推力为F=2 028 kN/m；ZK1715+340的推力为F=988 kN/m；根据以上推力对抗滑桩进行配筋。

3.2　分区处理措施

根据地勘资料，综合考虑场地的地形条件及软土的物理力学性质，对该段路基进行分区治理， A区(K1715+080～K1715+180)， B区(K1715+180～K1715+450)。

(1)A区。考虑技术经济处理效果，决定采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基对A区段软基进行处理。根据地质勘查探明的A区段软基性状，结合现场实际地形、地质条件和现有设备能力，该段素混凝土桩复合地基总体设计思路为：利用现场硬土层相对较厚，地形有利于路基整体稳定和现场作业，原则上以控制路基沉降为主。经计算分析，素混凝土桩桩长为桩尖埋入软基下承载力较好的碎石土层内50 cm[3]，桩顶至整平后的原地面表面；桩径为40 cm；桩间距为140 cm，正三角形布置[4]。桩身采用抗压强度为15 MPa水泥粉煤灰碎石混合料，为避免桩顶刺入回填路基体，造成桩身单独承担上部荷载，桩顶设置厚度为40 cm，公称最大粒经20 mm的满铺级配碎石褥垫层。

(2)B区(K1715+180～K1715+450)。根据该段的地质特征, 主要采用抗滑桩结合填土反压护道的方案, 并结合盲沟排水, 平面布置见图4。

图4　B区软土治理平面布置图

具体处治措施如下。

①在K1715+220～K1715+360左侧坡脚设置一排2 m×3 m 的抗滑桩, 桩间距5～6 m, 分A型桩、B型桩、C型桩3种桩型，共27 根,桩长22～26 m, 抗滑桩之间加设挡土板, 防止软塑状粘土层在上部填筑加载下挤出破坏及抗滑桩失效。

②在地下水发育地段设置碎石盲沟, 以疏导地表水和排出的地下水。

③对已完成填筑的路基进行强夯, 减少差异沉降，进一步保证路基压实度。

4结语

该段软土路基为深层滑面，且规模大，具有软弱下卧层的大型复杂滑坡体，工程地质条件复杂，设计中需考虑诸多因素，增加了设计的难度。

(1) 本设计针对该段软土路基为深层滑面的具有软弱下卧层的大型复杂滑坡体，研究该软土路基的变形破坏特点。

(2) 研究该段软土路基中的软弱下卧层，灵活确定综合治理方案，以对工程建设中具有软弱夹层地基的处理予以借鉴。

(3) 本设计避免单一的处理方法，通过对该段软土路基的地质条件分析，按其灾害地质成因类型将治理软基划分为2个区域，对其采取素混凝土桩、抗滑桩支挡和排水的综合治理措施。

(4) 本设计治理方案不仅考虑支挡措施，而且考虑排水、反压护道、素混凝土桩等非支挡措施的应用，使治理方案达到安全、经济、合理、环保的要求，为贵州高速公路大型复杂软土路基治理提供了经验。

参考文献

[1]JTG C20-2011公路工程地质勘察规范[S].北京:人民交通出版社，2011.

[2]JTG D30-2004公路路基设计规范[S]. 北京:人民交通出版社，2004.

[3]龚晓南.地基处理手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4]JGJ 79-2012建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

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