排桩支护在市政道路临河填方边坡设计中的应用

王华荣

（厦门市市政工程设计院有限公司，福建厦门361004）

0 引言

道路填方边坡的设计和质量关系到路基的稳定性和安全性，在城市临河道路规划建设过程中，由于受限于周边红线条件，道路与河道之间无法预留足够的放坡空间，加之道路防洪排涝的要求，使得道路填方较高，与河道之间形成较高的临空面，且存在较陡峻的道路边坡，大大影响了道路路基的稳定性。结合工程建设经验，有些道路建设过程中，只注重桥梁、隧道等主体工程的建设，而忽视了土质路堤在施工中的质量控制，路堤施工完工后，常出现路基的整体下沉与局部沉降、路基纵向开裂和路基滑动或者边坡滑坍现象[1]。为了保证临河道路路堤建设及运营过程中的整体稳定性，需对临渠路堤边坡进行加固设计。

1 排桩支护在市政道路填方边坡设计中的应用方案

1.1 边坡的形式和坡度

填方边坡通常具有厚填土层、高临空面、土体短期固结差，相较挖方边坡稳定条件差的特点。在道路设计过程中，边坡的设计是重点的防护项目，其稳定性与环境因素的关系较为密切，为使边坡保持较为稳定的状态，避免其受到环境气候以及水文条件等的影响发生风化失稳情况，可考虑在边坡处设计排桩支护结构，提高挡土支护效果[2]。一般情况下，边坡的形式主要分为：直线式，该形式下的土壤情况保持自然平衡，并且倾斜角保持一致的状态，整体边坡的高度在20m 以下，为保持其稳定性，应在土壤的松散处进行固定；折线式，该形式下的边坡倾斜度不同，上半部分的倾斜度较小，下半部分的倾斜角度较大，在土层密度不同的情况下较为适用；阶梯式，在该形式下边坡在不同土层的分界处存在平台，可以在平台处设置相应的排水设施，平台形式适用于高度较高边坡的设计施工中。边坡坡度受到土质类型和水文情况的影响相对较大，在土质越松软且干燥时，整体的坡度较小。

1.2 排桩支护设计

排桩支护是一种通过一定桩型进行布置施工从而达到支护作用的方法，一般使用钢筋混凝体钻孔灌注桩、管桩或工字桩等方式作为结构进行施工。在排桩支护结构中，一般包含支护桩、锚杆和防渗帷幕，结合边坡的实际情况来设计排桩支护的结构，从而使其发挥出更加良好的效果。作为边坡支护工程中常用的一种支护型式，双排桩支护结构与其他支护结构相比较，具有较大的侧向刚度，能够增大桩间土体空间效应，改善受力条件和整体稳定性，能够有效地控制结构的侧向水平位移及变形等特点，同时施工比较方便，缩短施工工期[3]，特别针对填方边坡较高、存在软弱地基的工程中有一定优势。

2 工程概况

以南澳二路的道路施工工程为案例，该工程位于平潭综合实验区坛南湾组团，道路等级为城市支路。南澳二路K0+374～K0+780 段紧邻大墓溪（TDXZ3+100.868～TDXZ3+506.224）左岸和六桥湖防洪堤（TLH0+975.076～TLH0+984.2），道路边线距离渠道挡墙约5.6m。根据大墓溪和六桥湖防洪堤施工图（见图1），该段大墓溪和六桥湖两岸防洪堤为挡墙斜坡式土堤，迎水坡坡脚采用抛石外加小挡墙护脚，挡墙顶再放坡至堤岸。

本段路面设计顶标高为+4.95～+6.82m，渠底标高为-1.0～-0.71m，相对高差约为7.5m，路基底面至+0.94m 为素填土，+0.94m～-6.68m 为中砂，往下依次为粉质黏土、淤泥质土、残积砾质黏性土、强风化花岗岩、中风化花岗岩。经验算，路基边坡无法满足整体稳定要求，需对路基进行加固设计。设计采用双排桩支护结构体系，桩顶设置冠梁、连梁及盖板，盖板顶标高+3.5m，与大墓溪渠道挡墙顶同高。

3 案例分析

3.1 技术标准

3.1.1 道路等级：城市支路

3.1.2 边坡稳定安全系数

表1 高路堤与陡坡路堤稳定安全系数

非正常工况Ⅰ：路基处于暴雨或连续降雨状态下的工况。

3.2 工程地质概况

拟建场地沿线地貌单元属剥蚀残丘与滨海冲淤积平原，底层自上而下分布为素填土、中砂、粉质黏土、淤泥质土、残积砾质黏性土、强风化花岗岩、中风化花岗岩，分述如下：

①-2 素填土：杂色，松散，湿-饱和。以黏性土为主，不均匀含有块石、中细砂和贝壳，硬质物含量占30%左右，未经分层碾压，均匀性差。

④中砂（Q4al）：冲积成因。浅灰-灰黄色，稍密，饱和。

⑤中砂（Q4al）：冲积成因。灰黄色，中密-密实，饱和。

⑦粉质黏土（淤积）（Q4m）：淤积成因。深灰色，流塑，饱和。不均匀含有少量腐殖质、中细砂和贝壳。

⑧淤泥质土（Q4m）：淤积成因。深灰色，软塑，饱和。不均匀含有少量腐殖质、中细砂和贝壳。

③坡积砾质黏性土（Q4dl）：坡积成因。灰黄色，可塑-硬塑，稍湿-湿。以黏性土为主，不均匀含有少量砂砾，黏性强，干强度中等，韧性中等。

⑫-1 强风化花岗岩（砂土状）：灰黄色，密实，具散体状结构。岩石组织结构已大部分破坏，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

⑫-2 强风化花岗岩（碎块状）：灰黄色，稍硬，具碎裂状结构。原岩组织结构已部分破坏，岩石强烈风化，岩石为较软岩，岩体基本质量等级为V 级。

⑬中风化花岗岩[γ52(3)c]：灰白色、灰绿色，坚硬，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。

3.3 边坡支护形式设计

为保证道路临渠边坡的整体稳定性，设计采用双排桩+冠梁、连梁+盖板+路基填筑的方式进行支护，并充分利用渠道堤身挡墙及护脚，具体如下：

双排桩：结合本项目自身特点，渠道先行施工，若采用预制管桩，桩体施工过程中对坡身土体的挤密及震动效应有可能破坏渠道堤身挡墙，双排桩采用型号φ800mmC35 钢筋混凝土灌注桩，矩形布置，排桩排距3m，纵向间距4m，并采用旋挖钻机成孔法施工。

冠梁、连梁：冠梁高度80cm，宽度80cm，采用C35钢筋混凝土；连梁高度80cm，宽度80cm，采用C35 钢筋混凝土。

盖板：20cm 厚C35 钢筋混凝土。

路基填筑：路基采用砂性土回填，压实用小型机械，按路基压实要求进行控制。

3.4 支护结果分析

根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)设计采用北京理正软件公司的理正边坡综合治理1.0PB2进行计算，计算内容如下：

临渠边坡稳定性计算，不处理；

临渠边坡稳定性计算，正常工况；

临渠边坡稳定性计算，暴雨工况。

根据简化Bishop 法，整个滑体计算的安全系数为

式（1）中：

K——整个滑体计算的安全系数；

b——土条的宽度（m）；

W——土条块重力（kN），浸润线以上取天然重度，以下取饱和重度；

θ——第i 个土条中点处切线与水平线的夹角（o）；

C、φ——土的抗剪强度指标黏聚力（kPa）和内摩擦角（o），取总应力指标。

3 种工况计算结果如下：

表2 边坡稳定性分析计算结果

4 结语

通过计算分析，未采取加固措施时，本案例临渠路基边坡无法满足整体稳定要求，需对路基进行加固设计。采用双排桩+冠梁、连梁+盖板+路基填筑的方式进行支护，并充分利用渠道堤身挡墙及护脚，在正常工况下稳定性系数为1.356＞1.30，暴雨工况下稳定性系数为1.354＞1.15，满足规范要求，临渠边坡处于稳定状态。综上所述，在道路临渠填方边坡的工程设计过程中，为保证道路边坡稳定性，可设置相应的排桩支护结构。在工程建设过程中，应结合施工范围内的实际环境情况进行设计，避免受到周围地质、水文、气候等因素的不良影响，通过合理设计，有效提升边坡支护的稳定性和使用寿命，从而使工程建设质量得到提升。