高寒阴湿地区装配式石笼对路基及边坡的处理

赵双喜

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

0 引言

在我国高速公路建设规模与经济发展具有一定适应性，随着一带一路及双循环格局下西部大开发深度推进，西部高速公路普及范围和总里程不断提高，高速公路行业的发展重点也从追求路网规模扩张转向质量耐久、安全可靠的发展目标。西部地区高寒阴湿等复杂的气候环境，对高速公路路基、边坡影响较大，对高速公路的建设带来了巨大的挑战，由于高寒阴湿地区土体含水量较大，对路基的影响主要表现在承载力较低，基底压实困难，进而造成路基纵横向不均匀沉降或路基整体或局部失稳等病害。对边坡的影响主要表现在，边坡地下水出露，冬季产生涎流冰，边坡抗剪强度低进而造成边坡失稳破坏。上述地基及边坡问题多同时发生，对高速公路施工及运营安全影响巨大。因此本文针对具体工程，提出经济合理的处置方案，以期对未来相似工程提供指导借鉴作用[1-4]。

1 概述

1.1 工程概况

某高速公路路基及路堑边坡位于渭源县祁家庙，斜坝河右侧金家山洼山体。地貌属于低山丘陵地貌，海拔在2 314 m～2 440 m之间，平均坡度约13°。此处原设计边坡开挖方式采用台阶式边坡设计，边坡坡率均为1∶0.75，每级边坡高8 m，共两级，边坡分级平台宽度及碎落台宽度均为2 m。该段路堑边坡开挖成型后，坡体为粉质黏土层，主要表现坡面渗水[4]，路基标高处泉水出露，并形成自流漫灌趋势，在路基范围形成积水，基底表层土体呈饱和、软塑状。边坡由于渗水及开挖应力松弛出现表层溜塌现象，其中YK125+230右侧边坡出现滑塌现象，影响范围约116 m。现状概况图见图1。

1.2 工程水文特性

根据变更设计现场地质调绘及相关钻孔、挖探成果，挖方路堑处地层主要以坡积粉质黏土及古近系泥岩为主，工程地质条件、质量指标及状态特征描述如下：

2)泥岩(E)：红棕色，泥质结构，内倾层状构造，为极软岩，成岩性及抗风化性差，具有膨胀性及软化特性。上部直接临水浸湿软化层厚度约3 m～4 m。

工程区地表水为斜坡下方斜坝河河水，为常流水；斜坡含水率大，地下水位高，路基开挖后，边坡坡脚及路基基底出现多处渗水点。主要为第四系孔隙水，上部粉质黏土为主要含水层，泥岩为隔水层，主要通过降雨补给，下渗后通过泉眼宣泄。

主要岩土层工程物理力学指标见表1。

表1 挖方边坡主要岩土层物理力学参数推荐值表

1.3 路基岩土特性及评价

该段挖方段路基主要以全新世冲洪积粉质黏土为主，夹有砾砂透镜体，粉质黏土厚度纵向和横向变化大，纵向厚度在1.3 m～12.2 m之间，总体趋势是往大桩号方向厚度逐渐增大；钻孔揭露厚度25 m，该层土含水量(质量分数)在16.1%～25.6%之间，均值大于塑限，表层土体因长时间浸水，土体软弱，局部呈软可塑～软塑状，压缩模量为5.1 MPa～8.2 MPa之间，其力学性质较差，压缩性较高。此外该处地下水丰富，多处出现出水点，土体湿软，其天然土层承载力小、抗剪强度低，宜产生不均匀沉降及边坡失稳等病害，必须采取有效地基处理及边坡加固措施，以确保路基稳定，保证项目施工及运营安全。

2 稳定性分析及评价

2.1 边坡稳定性定量分析

根据边坡地质条件及相关实验参数，依据规范要求，采用以圆弧滑动面的极限平衡的简化Bishop法，根据边坡失稳区间结合现场踏勘，选取两处路基横断面结合地质资料进行稳定性验算，采用天然状态下的正常工况、暴雨状态下的非正常工况Ⅰ、地震作用下的非正常工况Ⅱ进行边坡稳定性分析计算，当边坡稳定性系数不满足规范要求时，采用规范所要求的安全系数进行剩余下滑力计算。计算结果如表2所示。

表2 边坡稳定性计算及剩余下滑力计算结果一览表

2.2 边坡稳定性综合评价

由于目前边坡整体上未出现拉裂缝等明显的变形特征，仅在小桩号一侧缓坡处出现横向范围2 m左右，纵向13 m左右的小范围错动，尤其是A-A′剖面附近仅表现为前缘的溜塌破坏。其潜在破坏计算表明：

A-A′剖面以及B-B′剖面后缘裂缝距坡口3 m～4 m范围的潜在破裂面各种工况下稳定性均不能满足规范要求，并且在暴雨等不利工况下最易失稳。A-A′剖面潜在破裂面2，在天然下稳定性满足规范要求，但在暴雨工况以及地震+暴雨工况下，稳定性不满足规范要求，并可能随着潜在滑面1破坏后牵引而引起变形或失稳。鉴于目前整体坡体处于初期变形前期，土体具有一定抗剪强度，建议立即进行该段边坡支挡治理，设计时支挡结构的最大抗力参考A-A′剖面潜在滑裂面2最终下滑力，并考虑一定安全度，必须与排水结合进行综合治理。治理工程平面图见图2。

3 治理措施及分项设计

3.1 治理原则

安全第一，以人为本。设计方案需考虑地形地貌、降水、施工方案等不利影响，结合公路技术标准，确保工程施工及运营安全，一次根治不留隐患。同时在工程施工期间，采取完善的安保措施，确保施工人员及过往车辆、行人安全。

3.2 边坡防护处理

放缓原设计边坡至1∶1.25，保证边坡整体稳定，坡脚采用总高度4 m的装配式钢筋石笼防护，以适应湿软地基不均匀沉降，单片石笼尺寸为长2 m×宽1.2 m×高1 m。石笼内采用水洗卵石、片块石填塞，直径为10 cm～25 cm。石笼网采用φ6 mm锌铝合金丝焊接而成，合金钢丝抗拉强度采用高强度等级，抗拉强度大于400 MPa。坡面采用拱形骨架+喷播植草绿化防护。治理工程断面图见图3。

3.3 排水处理

边坡每隔10 m设支撑渗沟一道，疏导坡体积水，渗沟位于坡脚处设置浆砌片石石垛，渗沟宽2 m，高度宜深入滑动面以下，渗沟内采用干砌片石码砌，底部设置φ200 mm透水管，为防止地表水灌入，渗沟位于坡面采用50 cm厚黏土进行封闭，挖方边坡坡口线5 m外设置现浇直角梯形截水沟，拦截边坡外围地表汇水。边沟及截水沟底部均设置排水盲沟以降低地下水位高度，降低边坡含水率，增加边坡安全储备。

3.4 软弱地基处理

为加快施工进度，确保施工质量，并保持既有地下水系的联系，位于路床底部码砌两层钢筋石笼，总换填深度1.6 m，石笼钢筋及填充材料同石笼防护要求，为降低不均匀沉降增加石笼整体性，位于两层石笼之间全断面铺设土工格栅。搭接宽度不小于30 cm，路床全断面采用天然砂砾换填，压实度不小于96%，以满足路面工程所需的回弹模量及弯沉值。

3.5 处治后边坡稳定性综合评价

经放缓边坡+支撑渗沟处理，A-A′剖面以及B-B′剖面正常工况稳定系数分别提高至1.54和1.62，非正常工况(地震+暴雨工况)安全系数提高至1.15和1.22，稳定性满足路基规范要求,处治效果显著。边坡坡面未见渗流点。该段路基处治状况如图4所示。

4 结语

高寒阴湿地区湿软边坡及地基病害普遍存在，严重影响高速公路施工及运营安全，采用成套快速的治理措施对消除隐患、加快工期和减少经济损失起到了积极作用。同时装配化格宾石笼防护，具有较好的透水性、生态景观性，减小了混凝土圬工，便于标准化施工，从而达到质量可控、绿色环保的目标。