桩板墙-填土加筋复合式支护在湘西山区高速公路陡坡高路堤中的应用

2022-07-13梁啸

湖南交通科技 2022年2期

梁啸

(湖南省官新高速建设开发有限公司，湖南长沙 410008)

0 前言

湘西地势起伏大，多为山岭重丘区，地面横坡陡，且地区构造、侵蚀作用强烈，地质条件复杂。随着高速公路建设区域不断扩大，山岭重丘区常常出现陡坡高路堤路段。提高公路的桥隧比例能够有效地减少这种情况,但是在同等条件下，相同长度的桥隧路基造价相对于普通路基造价一般大于5倍以上，且工程建设难度也成倍增加。因此，从实际情况考虑，往往最终选择陡坡高路提方案。然而，陡坡高路堤填方高度大，地面横坡较陡，单从工艺和材料选择上无法保证路堤的稳定性，如何对陡坡高路堤进行安全、合理、经济的设计成为摆在公路设计人员面前的难题[1-3]。官庄至新化高速公路中陡坡高路堤的处治方法，可为其他高速公路建设解决相关问题提供相关实践依据，并对湘西地区其他高填方土建工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程概况

湖南省官庄至新化高速公路是“呼北高速G59”中的重要组成部分，属于湘西地区的山区高速，桥隧比超过75%，高填深挖段路基众多，其中K32+120～K32+590段位于益阳市境内，采用双向4车道标准，设计速度为100 km/h，此段为低山地貌，地形起伏较大，主要为挖、填相间路基。其中K32+168～K32+206右侧高路堤原地面边坡倾角约35°～43°，整体较陡，路面标高与坡脚地面标高高差达40 m且坡脚处为数栋高层民房。

K32+168～K32+206段为左挖右填陡坡路基，原设计方案：填土边坡坡比为1∶1.5，右侧支挡为桩板墙，共计7根抗滑桩，桩心间距6 m(见图1)。实地放样发现，因地面线与设计存在较大偏差，实际抗滑桩悬臂段较高，最高达16 m，路基整体稳定性系数过小，存在较大风险隐患。

图1 K32+168～K32+206右侧高路堤总体平面图

1.2 地质条件

2)强风化变质砂岩(Ptbn2w)：青灰色，变余砂泥质结构，板状构造，节理裂隙很发育，裂面平直，见铁锰质浸染，岩芯多呈砂状，岩质软，岩体极破碎。该层厚10.8 m。承载力基本容许值[fa0]=650 kPa，摩阻力标准值qik=150 kPa。

3)中风化变质砂岩(Ptbn2w)：青灰色，变余砂质结构，板状构造，节理裂隙很发育，裂面平直，岩芯多呈块状、碎块状，块径2～8 cm，少量呈短柱状，岩质较硬，岩体较破碎。该层揭露厚度3.6 m。承载力基本容许值[fa0]=1 500 kPa，摩阻力标准值qik=300 kPa。

2 方案设计

根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)[4]中的规定，填方路基边坡坡比为1∶1.5～1∶2，同时进行拱形骨架等坡面防护。但针对官新高速的山区高路堤而言，若采用1∶1.5进行放坡，将占用大量耕地，还可能带来较大的房屋拆迁量，同时由于沿线地层多为板溪群、寒武系板岩等老地层，强风化岩出露，陡坡大体积填方工程给后期运营带来安全隐患。而原设计方案也存在风险，因此需设置路堤支挡或提高填料强度，加陡墙顶边坡坡比，以减少占耕地、节约造价。

2.1 稳定性分析

陡坡高路堤存在以下破坏可能[5-6]: ①受施工条件限制，填土压实质量难以控制，路基易产生不均匀沉降或滑动; ②填土与原坡面之间抗滑措施不足，或地下水渗入诱发填土沿原坡面产生滑动;③原坡面以下存在顺坡向结构面，填土加载或地下水通道堵塞引起沿软弱结构层滑动。

2.2 方案比选

方案1：将该段右幅路基设置为2×30 m预应力砼简支T梁桥，下部构造采用柱式墩台+桩基础形式，经核算，该方案估计较原设计增加投资122万元，路基调坡方案及路基稳定性满足要求，且施工难度较小，节约工程造价，但占用土地相对较多；路改桥方案安全可靠性较高，可减少占用土地，但投资偏大。

方案2：加筋土法。从提高路堤填料强度和路堤稳定性出发，可以考虑采用土工合成材料修筑陡坡高路堤。土工格栅对高填方路堤有明显稳定效应，可提高安全系数[7-8]，加筋土路堤能提高土体的强度，增强土体的稳定性。通过土工合成材料使稳定基底与填土形成一个整体。

方案3：结构物支挡法。填土边坡坡比为1∶1.5，右侧设置桩板墙，主要通过设置路肩墙、路堤墙等支挡结构支撑路堤填方边坡，以保持土体的稳定性。但是对于陡坡高路堤而言，由于地面横坡很陡，填方高度大，普通的石砌路肩墙和路堤墙一般难以实施或是风险过大，违背了“安全、经济、合理”的设计原则。

方案4：采用抗滑桩板墙路堤下支挡加土工格栅复合式支护。根据规范[4]，填方路基边坡坡比为1∶1.5～1∶2，同时进行拱形骨架等坡面防护。对填土进行加筋(土工格栅及透水层)处理，在路床顶面以下30、100 cm处增设两层土工格栅，路堤每填高1 m，增设单层土工格栅包裹边坡，在抗滑桩顶标高的填方位置增设纵横向渗沟。抗滑桩位置不变，桩心间距6 m。将桩板墙上部填土土体边坡坡比从1∶1.5提升至1∶1。按边坡 1∶1放坡，可降低桩板墙悬臂高度，路堤桩板墙抗滑桩悬臂段桩长(地面以上段)由13 m降为9 m，较未加筋时缩短约4 m。并对填土加筋处理后建模进行边坡稳定性分析，边坡稳定系数为1.2，满足规范[4]要求。

经经济、技术综合比选，采用方案4，该方案充分考虑工程的安全性，又与造价、环保等因素紧密地结合起来，同时兼顾施工的可操作性，能达到既经济便利、又安全可靠的处治效果。

2.3 设计方案

2.3.1总体方案

通过经济比选与稳定性分析，确定采用抗滑桩板墙路堤下支挡加土工格栅复合式支护。桩顶填土高度为12 m，上坡坡率为1∶1。据地基地质情况及桩端埋置的一般原则确定桩长，约为16～26 m。其立面布置详见图2、图3。

图2 K32+168～K32+206右侧桩板墙设计图(单位：cm)

图3 K32+168～K32+206右侧桩板墙布置图(单位：cm)

2.3.2土工格栅

在路床顶面向下30 cm、路床顶面向下100 cm处各铺设2层N1土工格栅，当填土高度过高时，根据稳定性分析结果在路堤中部铺设N1土工格栅。土工格栅采用GSZ80型号钢塑土工格栅，幅宽不小于2.5 m，每延米纵、横向极限抗拉强度不小于80 kN/m，纵、横向标称抗拉强度下的伸长率不大于3%，纵、横向2%伸长率时的拉伸力不小于72 kN/m，条带交叉点极限剥离力不小于500 N，抗老化等级为IV级。土工格栅的主受力方向应与路基变形趋势的方向一致。U型钢筋间距2 m，成梅花形布置，并采用U型钢筋拼接格栅，土工格栅应在边坡坡面位置每层向上沿边坡上包，与上层搭接2 m。

2.3.3桩板墙

桩板墙截面尺寸为3 m(主滑方向)×2 m，桩板墙中心间距6.0 m,桩长分别为：16、20、25、25.5、26、26、22.9 m。采用现浇法施工，吊装机械作业面条件具备时也可采用预制旋工，但应改变与桩身衔接固定型式。

2.3.4其他

透水路段，渗沟纵向按边坡台阶分布，每隔30 m布设横向渗沟。为减少高路堤的不均匀沉降和工后沉降变形，进一步提高路基的密实度与承载力，路基除采用振动压路机碾压外，纵向长度大于100 m时，从地基顶面至路面底面范围内每填高2 m采用冲击式压路机进行补压1次(冲击式压路机冲压20遍为1次)。对于长度小于100 m路段，每填高4 m再采用重锤夯实或强夯处理措施，夯击数不少于4遍。

2.4 施工注意事项

1) 施工前，先清除地表浮土，在基岩上开挖反向台阶，陡坡按2 m宽挖台阶，台阶向内倾4%，压实至设计压实度。

2)桩基开挖前，先进行地表碎石盲沟施工，确保斜坡地表水的疏通。

3)抗滑桩施工前，施工单位必须现场实测断面，按设计逐桩放样，并复核桩位地面标高。按设计形式挂线放样确定锁口及护壁轮廓线，各项定位需准确无误。

4)桩背填土压实全过程必须对桩柱进行位移监测，加强预警预报工作，确保施工安全。

3 工程实施

3.1 实施效果

本项目于2020年9月开始抗滑桩开挖，11月完成桩基浇筑，12月完成钢筋砼挡土板吊装，至2021年3月完成台背回填及路基填筑，历时6个月。根据现场位移沉降监测数据，目前本段高填方路基整体稳定，抗滑桩板墙无明显不均匀沉降，墙顶无明显外倾及位移现象，总体沉降均匀。

3.2 施工中存在的问题及相应措施

1) 路基填筑中整段格栅由钢筋钉拉紧,紧贴土层，在上料摊铺及碾压的过程中，格栅可能被搓起，使其无法紧贴土层，不能达到设计上的受力效果。

解决办法： ①采用自卸汽车卸料时，不得从格栅末端开始卸料，应将填料卸在格栅的两侧，推土机从卸料一侧按斜前方向(即格栅末端方向)摊铺填料；②填料摊铺完成，压路机初次碾压时，按垂直格栅铺设方向，采用静碾，从格栅中段开始逐次向格栅末端碾压。为保证压实度，两次碾压的轮迹重合1/3钢轮宽度。待中段、末端静碾完成后，再由中端逐次向格栅前端碾压。整幅路基静碾一遍后，方可采用振动碾压，直至达到规范要求的压实度标准为止。

2)当碾压靠近挡土板部位的填料时，容易使格栅产生位移，并带动面板模块移动，使横缝、纵缝、倾斜度变大或是部分模块垮塌，需要重新调整或是安装模块，既浪费人工、机械台班，又耽误工期。

解决办法：①根据填料材质、规格选择合理吨位的压路机;第1次应采用静碾待填料碾压较密实后再振动碾压，靠近挡土板处应选择2 t双钢轮压路机进行振动碾压；②严格控制填料粒径(≤15 cm)，选用透水性较好的砾类或砂类土。

3)倾斜度和线形控制不好。

解决办法：在面板外侧搭设排架作为基准点，挂线用于测量挡墙面板线形、倾斜度等，定期测量复核排架基准点，防止排架产生位移、变形。