山区斜坡软弱土填方路堤处治技术综述

王新国

（苏交科集团股份有限公司,江苏 南京 210019）

0 引言

我国西南山区丘陵和山地繁多，在公路工程建设中路线确定时不可避免地会遇到斜坡软弱土地基，其在工程建设中具备两个特征：①由于特殊的地理因素，软土层具有一定的倾角；②斜坡软土层的抗剪强度较低，压缩性较高。从结构上能看出，不同于水平软土地基，斜坡软弱土地基存在地面横坡。并且在工程土体性质中斜坡地基与水平地基中软弱土层的含义也有所区别[1]。相关的专家学者的研究表明，软土一般指平原地区的软土层，其土体的天然含水率大于液限的细粒土，并且天然孔隙比不小于1.0[2]。在路堤填筑加载作用下，地基变形集中在路堤中部，产生沉降，软弱土体被压密，逐渐固结。在此过程中若地基产生的塑性变形在规定范围内，则填方路堤能够保持稳定[3]。而对于斜坡软弱土层地基而言，在路堤填筑过程中不仅出现竖向变形，还会出现沿坡脚向下的横向变形。横向变形会加剧竖向变形，进而导致路堤失稳[1]。针对上述斜坡软弱土的工程特性，在路堤填筑前，应先深入开展细致的地质勘察工作，并在此基础上有针对性地制定科学合理的地基处理方案、土方填筑技术和工程防护措施等，并且着重关注限制填方路堤侧向变形的措施，确保斜坡软弱地基填方路堤安全建设及运营。

1 治理原则

在山区斜坡软弱土地基上进行路堤填筑，首先应限制地基侧向变形，保证路堤整体稳定性。同时从地基处治与该区域环境保护契合的角度出发，选取合理的施工工艺控制工程成本。一般总结如下五条原则：

（1）避让原则。当斜坡软土路堤加固工程的可靠性较低或工程造价较高时，可在适当的条件下，调整线路的走向或架设桥梁，避免在斜坡软土地基上直接修筑路堤[4]。

（2）防排水原则。由于岩体在长期富水环境下会发生软化，使得软土层厚度增大，降低斜坡软土路基的服役年限，故采取防排水措施是施工的重点。

（3）地基加固。斜坡软弱土填方路堤由于地面横坡及软弱土基的共同作用，易造成不均匀沉降及路堤失稳，因而地基加固是斜坡软弱土路堤加固的重点。

（4）坡脚抗滑。斜坡导致路基对称性丧失，在自重及外部荷载作用下，下坡方向易出现应力集中，尤其沿斜坡向下一侧坡脚位置易出现过大的水平滑移，容易造成填方路堤整体失稳，因而这一侧坡脚处采用抗滑措施至关重要。

（5）路堤土体加固。路堤土体加固在加强路堤稳定性的同时还可以将应力均匀分布，增强路堤整体承载力，减少路堤沉降。

2 提高地基抵抗变形能力

对于山区斜坡软弱土填方路堤而言，提高地基土抵抗变形能力是控制地基侧向变形的重点，对提高填方路堤的整体稳定性至关重要。主要方法包括：①清除地基软弱土层；②采用强夯或重锤夯实，提高地基土体密实度；③在地基土层中置换或植入各种强度相对较高的竖向增强体，形成复合地基[5-6]。

2.1 清除地基软弱土层

斜坡软弱土层是造成填方路堤失稳的主要因素。对于斜坡软弱土层厚小于4.0 m，底层横坡小于1∶10的地基进行直接挖出处理是一种简单有效的措施，相对于其他措施，更经济、更有效、施工难度低。对于地基表面或下部软弱土层地面横坡大于1∶10的位置，可与增设反压护道与挖台阶方案作技术经济比选，择优选取。

2.2 强夯或重锤夯实加固

强夯或重锤夯实是地基加固常用的措施，通过压缩或振密降低地基中的含水率，使土体的密实度提升，提高地基抵抗变形能力。该方法多适用于以下两个条件：①地面及软弱土层地面横坡均较小，即水平软弱地基；②地基土层为非饱和土。

对于斜坡软弱土地基，由于软弱土层地面横坡的存在，当强夯或重锤夯实作业时，容易造成夯锤歪斜，使得软弱土地基向坡脚一侧更易发生变形破坏，如图2所示。而对于饱和黏性土的软弱土层，采用强夯或重锤夯实作业极易使软弱土地基出现“橡皮土”现象[7]。因此，强夯或重锤夯实对于斜坡软弱土地基一般情况下不宜直接使用。

近年来专家学者通过许多的工程实践，在强夯法或重锤夯实法基础上开发了强夯置换法，该方法是利用夯锤将碎石、矿渣等材料强行夯入地基软土中形成碎石墩（桩），使得碎石墩（桩）与地基土共同形成复合地基，进而增加了地基的整体强度，使得地基沉降降低，斜坡软弱土地基夯锤歪斜示意图如图1，该方法广泛运用在饱和黏性土地基治理中[7-8]。

图1 斜坡软弱土地基夯锤歪斜示意图

粉质黏土采用强夯置换后，会在作业结束后形成大于2.0 m厚度的硬壳层，硬壳层的承载能力可通过现场单墩复合地基静载荷试验确定。而强夯置换法对淤泥或流塑状黏性土进行置换后的复合地基承载力在不考虑墩间土承载力时可按下式计算[4]：

式中，m——置换率；fpk——桩体承载力特征值（kPa）。

对于斜坡软弱土地基，将碎石填压到地基土(饱和土)夯坑中后，使用强夯或重锤进行夯实作业时，会出现斜坡软弱土地基沿斜坡向下方一侧变形的现象，使得夯入的碎石不易形成稳定的碎石墩（桩），则强夯置换法不适用该种工况。

综上所述，对于坡度较大的斜坡软弱土地基，强夯或重锤夯实加固一般不宜采用。

2.3 增强体复合地基处理

增强体复合地基是将增强体以竖向置换、加筋等方式植入软弱土地基中，形成强度较高的人工地基，在斜坡软弱土地基中也可使用该方法，可有效提高软弱地基强度，增加地基整体稳定性，减小地基横向变形。斜坡软弱地基常用复合地基处治方法有：①散体桩，如振动沉管碎石桩、振冲碎石桩；②水泥土桩，如水泥搅拌桩、水泥旋喷桩；③低强度混凝土桩（含CFG桩）[7]。

一般情况下，斜坡软弱土填方路堤设置复合地基加固后在填筑加载过程中，局部应力过大会造成桩体破坏，进而引起过大的地基沉降和地基破坏，在地基表层设置加筋碎石垫层（土工格栅+碎石砂垫层），可以提高填方路堤的强度和整体稳定性，减小地基沉降。

3 限制地基侧向变形

限制地基侧向变形是斜坡软弱土地基的常用手段，可有效提高填方路堤的稳定性。根据限制形式的不同，将限制措施分为被动限制和主动限制两种。

3.1 被动限制

被动限制即在斜坡软弱土填方路堤的坡脚设置一定强度的结构进行约束，避免软弱土地基发生横向剪切破坏，限制地基侧向变形。常用的被动限制措施有放缓路堤坡率、反压护道、齿墙和抗滑桩等。

斜坡软弱土地基由于地形地貌的原因，使得填方路堤具有横坡，采用放缓路堤填筑坡率或增设反压护道的方案（适用于水平软土地基），工程规模较大，且对提高路堤稳定性处治效果不佳。齿墙适用于软弱土层较薄的工程中，实际工程使用较少。在山区对于地面横坡大于1∶10的斜坡软弱地基路段，抗滑桩在实际工程中大量使用，抗滑桩处治示意图如图2，其能有效控制路堤变形，工程效果好，但造价偏高。

图2 抗滑桩处治示意图

在实际的工程实践中，斜坡软弱土填方路堤采用抗滑桩进行侧向约束可分为以下5种类型：①沿斜坡向下坡脚处设单排抗滑桩；②沿斜坡向下坡脚处进行单排抗滑桩+增强体复合地基处理；③沿斜坡向下坡脚处进行单排抗滑桩+塑料排水板或砂井地基处理；④沿斜坡向下坡脚处设双排抗滑桩；⑤采用桩基托梁挡土墙，避免填方坡脚挤压斜坡软弱地基[5]。

3.2 主动限制

主动限制是在路基内部设置结构骨架，通过结构骨架来承担路堤填筑荷载和行车荷载，使下部软弱土地基承担的荷载较少，达到控制整体变形失稳的效果。一般常见的结构形式有桩网结构和桩板结构。斜坡软弱土地基不同于水平软土控制地基的竖向沉降，由于地面横坡的特殊工况，结构骨架还需限制侧向变形。

桩网结构是在天然地基中打入钢筋混凝土桩后形成桩土复合地基加固区的基础上，在复合地基上加铺加筋土褥垫层形成“网兜效应”，使“桩—网—土”三者协同作用共同承担上部荷载[9]。在桩网结构中，上部加筋土褥垫层能将上部荷载分散传递，均匀传递到下部复合地基加固区，防止局部因受力过大发生桩体破坏，在此过程中桩体能承担大部分荷载，使地基承担的荷载减小，从而有效减小软弱土地基沉降，使得软弱土地基侧向滑移得到有效控制，桩网复合地基如图3。

图3 桩网复合地基

桩板结构是最早应用于铁路软土路基治理的新型结构，结构主要由桩基和承台板（部分会加托梁）组成。其主要的工作原理是利用承台板均匀地将上部荷载传递到下部桩基，桩基再将荷载分散在桩间土和下部岩层中，从而使地基的承载能力得到增强，填方路堤整体稳定性得到明显提升[10-12]。该方法与常规治理方法相比具有结构整体性好、刚度大、变形小等特性，适用于一些深厚软土地区以及山区斜坡软弱土地区，但是造价较高，施工技术要求高，桩板结构在斜坡软弱地基上的应用示意图如图4。

图4 桩板结构在斜坡软弱地基上的应用示意图

4 防排水措施

水是引起道路病害的主要因素，其不仅易引起路基路面发生病害，并且还是山区斜坡软弱土地基形成的主要因素，长期持续的富水环境和遇水易软化的地层易形成软弱土。为了保证山区斜坡软弱土填方路堤的整体稳定性，在实际工程中应重视水对工程质量的影响[13-14]。常用的防排水的措施包括“拦、截、疏、排”等方法[4]。

5 结论与展望

（1）山区斜坡软弱土地基由于地形及水文地质等特殊条件，使其与一般水平软土地基治理方案相比更加复杂要求更高。结合斜坡软弱土地基的工程特性，该文初步提出斜坡软弱地基路堤工程处治的5个原则。

（2）对于斜坡软弱地基路堤工程处治措施有很多，在实际工程应用中，对于具体地基问题具体分析，综合考虑区域地质条件、经济效益，科学合理地选取有效的治理措施，对多种方案进行比选，使用多种措施综合治理。

（3）新建的公路逐渐饱和，在役道路的改造问题凸显，目前针对在役道路的斜坡软弱土地基处治技术还比较少，将研究重点转向在役道路治理是未来研究趋势。