泡沫轻质土+微型桩在高速公路高填陡坡路基拼宽中的应用

■钟元庆

（福建厦蓉高速公路漳龙段扩建工程有限公司，龙岩 364000）

1 引言

随着公路交通运输的大幅度增加，越来越多的高速公路因交通量日趋饱和不能满足运输的需求而亟待改扩建，作为关键节点的路基改扩建必然受到充分关注。目前，高速公路路基改扩建主要有新建和拼宽（单侧、双侧）两种形式。对位于高填陡坡上的路基 （常设计为加筋路基）拼宽时，为保证新旧路基的整体衔接和保持既有高速公路安全运营，对原高速公路路基边坡的挖除宽度有更为严格的要求，同时也势必对原路基产生破坏，影响原路基边坡的稳定。

为此，本文以福建厦蓉高速公路改扩建工程龙岩段K126+310～+430段左侧路基工程为工程背景，介绍泡沫轻质土和微型桩方案在高速公路高填陡坡路基拼宽中的应用，并采用简化Bishop法对拼宽后的路基边坡进行稳定性计算分析。

2 工程概况

福建厦蓉高速公路改扩建工程K126+310～430段左侧路基是在原漳龙高速公路下行线填方路基进行左侧拼宽为四车道，拼宽宽度为6.0m～9.2m，拼宽数据见表1。该段原漳龙高速公路路基为6阶加筋陡坡路基，最大填高45.65m，如图1所示。

表1 老漳龙高速公路挖除拼宽数据表

图1 原漳龙高速公路路基断面图

3 拼宽方案

由于扶壁式挡墙、悬臂式等轻型挡土墙方案对原有高速公路路基开挖较大，为减少对该段原漳龙高速公路加筋陡坡路基的开挖，保证边坡稳定，本文提出了现浇泡沫轻质土[1-3]和微型桩[4]设计的拼宽方案，具体见图2。

图2 泡沫轻质土+微型桩断面设计图

（1）该段拼宽路基现浇泡沫轻质土换填深度为3.0m～6.0m，在施做泡沫轻质土挡墙时，先对原漳龙高速公路行车侧路基按1∶0.75坡度进行开挖，并采用20cm厚素喷混凝土进行封闭。老路开挖后坡面采用Φ50×5mm、长6.0m小导管+挂网锚喷砼15cm防护，小导管间距1.0m×1.0m呈梅花形布置，并下倾角10°伸入泡沫轻质土体1m。

(2)该段路基拼宽处于原漳龙高路高填陡坡路基段落，为确保填土路基的稳定，基底设计微型桩对地基进行加强处理，微型桩设计钻孔孔径150mm，孔内采用孔底返浆法灌注C30水泥浆，注浆压力0.5MPa；桩长10m，间距1m（内侧三排），挡墙中部加密设计，间距0.5m（外侧三排），呈梅花型布置；桩身施工至基底底部以上50cm后桩身焊接4根Φ20钢筋与土体中设置的钢筋网连接，将泡沫轻质土与原漳龙高路公路路基连为整体，上部采用泡沫轻质土回填。

(3)为提高泡沫轻质土的整体性和抗裂能力，在基底和外侧墙面分别设置20cmC20混凝土底板和侧板，内加设Φ8@20cm×20cm钢筋网。侧板设L=1.5m、Φ12@100cm×100cm拉杆钢筋伸入泡沫轻质土，基底以上0.5m及2m处设置一道Φ8@10cm×10cm钢筋网，并与桩身外露钢筋帮焊相连，在泡沫轻质土底板下设30cm级配碎石排水层。

(4)泡沫轻质土性能的设计，根据《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》CJJ/T 177-2012[5]规定，该段路基拼宽各填筑部位采用表2所示最小容重等级、最小强度等级指标，取最不利断面进行分析和考虑一定的安全储备，计算路基填筑体抗压强度和自立稳定性的抗压强度，得出该段路基拼宽泡沫轻质土抗压强度为1.5MPa。

表2 用于路基填筑的性能指标

(5)为保证该段路基拼宽挡墙的美观，对素喷混凝土体外侧采用城墙式拉槽处理；每10m设伸缩缝一道，伸缩缝采用沥青麻絮填塞，深入墙体内20cm，缝宽2cm。

4 稳定性分析

4.1 分析方法

目前边坡稳定性计算主要采用传递系数法 （或不平衡推力法）， 近年来 Janbu法、Bishop法和 Morgensten&Price法等严格的刚体极限平衡分析法也在边坡或滑坡稳定性分析计算中被广泛应用并渐趋成熟和完善。通过大量的对比计算工作表明，无论是不平衡推力法，还是严格的刚体极限平衡法，其边坡推力计算或边坡稳定性预测结果基本一致。该段路基拼宽利用当前国际上广泛运用的岩土软件Geo-Studio中的Slope/W模块进行边坡稳定性计算，具体选用较为严格的刚体极限平衡方法——简化Bishop法。

4.2 参数选取

根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)[6]第3.6.8条，高路堤和陡坡路堤边坡稳定性分析的强度参数应根据填料来源、场地情况及分析工况的需要，选择有代表性的土样进行室内试验，并结合现场情况确定。该段拼宽路基高填路堤的正常工况及非正常工况Ⅰ稳定系数不得小于表3所列数据，正常工况是指路基投入运营后经常发生或持续时间长的工况，非正常工况Ⅰ是指路基处于暴雨或连续降雨状态下的工况。其中，非正常工况Ⅰ按照降雨影响处于有限深度范围来考虑，则上部4m路基抗剪强度降低5kPa，摩擦角降低5°。

表3 高填路堤稳定安全系数

泡沫轻质土+微型桩方案计算分析分选取以下工况：（1）正常工况下，路堤和地基的整体稳定性计算，地层指标为快剪指标；（2）非正常工况Ⅰ下路堤和地基的整体稳定性计算，表层填土指标降低，其余地层指标同正常工况。

4.3 计算结果

根据规范要求的稳定安全系数，通过正常工况确定泡沫轻质砼换填深度，然后验算非正常工况Ⅰ是否满足规范要求，综合正常工况、非正常工况Ⅰ确定该段路基拼宽现浇泡沫轻质土换填厚度为3.0m～6.0m，见表4。

表4 泡沫轻质土换填厚度

结合该段路基拼宽边坡的调查分析，对场区进行了分区，并结合深孔位移监测及地质勘察成果对潜在滑动面进行推测，并基于GEO-SLOPE计算软件进行稳定性验算，计算结果见表5和图3。

表5 坡体稳定性计算结果

图3 K126+360稳定性计算模型

通过分析计算表明，采用泡沫轻质土方案开挖6m，轻质土容重取8.0kN/m3，坡体稳定性可满足规范要求。

5 方案实施情况

方案施工过程中，通过严格按照“完善交通布控设施布置→分段分级进行老路基开挖（分段不大于5m，开挖深度按2m进尺控制）及坡面小导管与喷射砼预支护防护→基底微型桩施工→基底防水、排水施工→钢筋绑扎、立模→分层分段浇筑泡沫轻质土至设计标高”的工序进行各步施工，确保了厦蓉高速公路改扩建工程的 “边施工、边通车”。

6 结语

经对福建厦蓉高速公路改扩建工程K126+310～+430段左侧路基需在原漳龙高速公路高填陡坡路基上进行拼宽的工后跟踪，设计采用泡沫轻质土和微型桩方案和采用简化Bishop法对技术方案进行的稳定性计算分析，该段路基拼宽改扩建工程路基边坡稳定、安全性好、变形小，能解决高速公路改扩建工程施工场地狭窄和 “边施工、边通车”等问题，可为类似改扩建工程路基拼宽提供参考。