砂场洗砂泥浆区路堑边坡的逆作工法研究

李婷婷++宋奇++韩海霞++魏加傲

摘 要：为解决某公路路段富水洗砂泥浆路堑地基处理和支护结构等问题，通过地质调查、室内试验和数值模拟等方式，系统分析边坡失稳模式，设计了软土路堑边坡回形加筋土工支挡结构逆作工法，对该方法的施工工艺进行介绍，并对逆作工法支护前后边坡的稳定性进行对比分析，为类似的富水软土地基的处理提供参考。

关键词：洗砂泥浆；路堑边坡；支护方式；稳定分析；逆作工法

随着公路建设的迅速发展，公路沿线遇到许多复杂的岩土力学和工程难题，其中该工程中的洗砂泥浆深挖路堑的稳定性问题为亟待解决的技术难题之一。而普通支护方式如强夯置换法，虽适用于软土路基，但仍不能解决洗砂泥浆路堑问题，且在承载力计算和对饱和土加固时孔隙水压力的消散问题上还有待探讨；由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授（1952）提出的真空预压法可行度高，但加固支护成本也显著提高，工程投资难于控制。

针对以上不足，基于本工程的一系列背景及问题，本文提出一种新型软土地基支护方法——软弱土路堑边坡逆作施工回形加筋支护，该支护方法既能满足软土路堑边坡安全与稳定性要求，又能降低施工难度、节约边坡支挡结构与防护成本。

1 工程概况及地质条件

某绕越公路RY-DB5标段地貌类型属垅岗状冲洪积倾斜平原区，由于后期人为剥露，局部区域主要土层为：粘土、粉质粘土层、圆砾、卵石层、强风化泥岩和中风化泥岩。地层上部堆积着灰黄色、灰色黏土，该层土层顶埋深0.00～3.10m、平均0.54m；层顶标高9.90～55.90m、平均36.83m；厚度2.50～7.50m、平均4.00m；由于上部分布着黏土，其塑限、液限相对较高。中部分布着颜色较杂，黄灰色为主的圆砾、卵石，该层土层顶埋深0.00～11.70m、平均5.12m；层顶标高1.30～63.60m、平均30.25m；厚度0.25～33.10m、平均12.22m。下部分布着砖红色、棕红色，坚硬的泥岩。

本标段沿线部分路段存在较大的洗砂泥浆池，局部需要开挖或回填，其常年沉积大量泥沙，局部开挖易导致较高路堑软弱沉积泥砂的流动失稳问题。软弱土层主要为淤泥、淤泥质土，有天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性大和流变性明显等特点，在路堑施工过程中极易发生坍塌溜滑等病害。路线沿线局部分布有较大洗砂泥浆池如图1所示。

K18+596.5～K18+660段路基附近有一洗砂泥浆池，路基穿越过程中需开挖部分泥浆池，形成路堑结构。如图2所示，设计路堤顶面距泥浆池顶面距离约5.2m～7.0m，设计边坡坡率1：2.0，满足边坡稳定要求；然而现场施工过程中，由于泥浆池中泥砂富水软弱，开挖时出现向路基方向的侧向移动现象，不便于现场施工开展。因此，基于上述问题，结合场区地质情况及填料性质，对局部路段的路堑边坡进行支护与稳定性分析实属必要。

2 优化支护方案

2.1 逆作工法

由于该高速公路沿线部分路段需穿越较大洗砂泥浆池，且路面设计标高低于泥浆池顶面标高，因此，需对部分泥浆池进行开挖，形成路堑结构形式，路堑边坡高度6.5m。洗砂泥浆流变性明显，边坡直接开挖施工中经常出现溜滑现象、机械掩埋等事故，故逆作工法由软弱土质路堑边坡坡肩处开始，自上而下进行分级开挖-回填施工，每完成一级开挖层，即对所形成坡体进行回填柔性土工支挡结构施工；逆作工法采用回填土来加固地基，并在土体中进行回形加筋，以提高土体的整体强度；将支挡结构由下向上施工的传统方式，改为分级开挖，逐级修筑土工支挡结构，自上而下分层开挖、分层支挡、交互施工，显著降低软土路堑边坡一次开挖深度，边坡开挖临空面稳定性提高，以方便基坑开挖、排水与支防护等施工。施工示意图如图3所示，箭头方向为施工顺序。

具体步骤如下：

（1）首先，平整泥浆池顶面场地，疏干部分区域的积水后，在地面上铺设0.5m厚砂砾卵石土垫层，以便机械设备进场施工。

（2）在第一级路堑边坡坡肩处进行第一级台阶开挖（深2.5m，宽度3.0m），然后进行砂砾卵石土分层回填压实（由下到上分层厚度分别为0.2m、1.0m、1.0m、0.3m），当每层压实整平时，采用土工格栅，沿台阶宽度方向平顺展开铺设，并在台阶边缘处向上弯起。然后回折，沿反方向平顺铺设，以此类推，直到来回施工铺筋3层为止。其中，最上层应植入坡顶垫层，其长度为4.0m，最下层应多出台阶外边缘2.0m，以便与下一级台阶筋材搭接。

（3）坡面处回形加筋时，应以上文中已经铺设完成的支挡结构台阶作为起始面，继续向下开挖深2.5m、宽3.0m基槽，然后进行分层回填砂砾卵石土，回填土分层和“S”状回形铺筋方式（同步骤（2））；其中，应注意相邻两级台阶筋材搭接长度为30cm，并用短钢筋进行固定。

（4）重复上述步骤（3），直至施工到路堑坡址的最后一级台阶，且该级台阶应形成1：1.5的柔性加筋土支挡结构。

（5）台阶施工完成后，在该台阶外侧采用高1.0m的砼矮墙支挡，从而完成路堑边坡的施工与支挡，并对该台阶式加筋支挡结构进行粘土包边，粘土厚度为0.5m，并對包边坡面进行植草防护。

2.2 原始路基稳定性分析

该公路K18+596.5～K18+660段路基属于极软极弱土体，利用Geo-Studio软件，将表1各参数及原路基剖面（图2）代入计算并进行稳定性分析。其结果如图10所示。

由图6可以看出，原路基安全系数为0.946<1，远未达到规范的设计要求，且土条的抗剪强度很小，不能作为路堑直接进行施工。因此，接下来采用逆作工法对该路堑进行支护。

2.3 逆作工法支护后的路基稳定性分析

根据以上的逆作工法步骤，首先需对边坡进行台阶式放坡，即将原先的坡率从1：2放至1：1.5；然后在已挖台阶上用卵石砂砾土作为回填土进行回填；再采用回形加筋进一步提高土体承载力；另外采用C15混凝土矮墙作为坡脚进行进一步支护。利用软件及表1参数进行计算，其稳定性分析结果如图7所示。

由图7可以看出，进行支护后其安全系数增大至3.125，满足设计规范的要求，此外，由上图可知，滑动面整体向下移动，且滑动体体积明显增大，调动滑动体的所需要的力也进一步增大，支护后的土体稳定性有明显的提高。土条的应力、抗剪强度变化如表2所示。

将表2各数据进行对比，土体安全系数在支护前安全系数小于1，不满足要求；但支护后安全系数大幅提高，符合规范要求；土条正应力与切应力相较于支护前有所减小，但仍在允许范围内；而土体抗剪强度比支护前有明显的提高，这是由于在回形加筋及设置混凝土矮墙作为坡脚后，危险滑动体的体积增大，土条的高度增加，因此能更好地发挥土体的抗剪能力，从而提高边坡的整体稳定性。

综合上述分析结果，采用逆作工法进行软土路堑支护后，该工程路基的稳定性、安全性等都有了显著提升，满足规范及施工的安全与可行性，同时又降低了施工难度、节约了边坡支挡结构与边坡防护成本，符合经济性原则。

3 结论

通过分析工程特点及边坡稳定性，提出并模拟新型边坡支护——逆作工法，逆作工法采用分级开挖和稳定支挡逆作法施工技术，大幅度提高了土体抗剪强度和安全系数，并解决了软质路堑边坡中机械化施工的安全技术难题，避免了开挖过程中的边坡溜滑现象；逆作工法中的回形加筋支挡结构能从根本上改进加筋系统的共同作用，并进一步提高支挡结构的整体性能，在保证路堑边坡稳定的前提下，不需要对软质坡体进行预处理，有效缩短了建设工期，显著节省了工程造价，是一种技术科学、经济节约、环境友好的路堑边坡柔性支挡结构。

参考文献

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作者简介

李婷婷，河南省开封市，现就读于郑州大学土木工程学院，研究方向：边坡与基坑工程。