山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计

潘友彬

摘要 传统的路基边坡防沉陷设计方法只关注施工期间的防沉陷措施，导致路基使用期间沉陷量大，为此，文章提出山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计。布置沉陷管监测孔位对路基边坡开展监测，针对监测部位实施分层沉陷测定，得到相关数据后对路基边坡展开强夯处理，深层防护加固路基边坡防止沉陷。实验结果表明，三处监测位置沉陷量均小于4 mm，符合应用需求，说明山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计具有实际的应用价值。

关键词 山区公路；非饱和；黏土路基；路基边坡；防沉陷设计

中图分类号 U416文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0105-03

0 引言

山区普通公路建设过程中，非饱和黏土路基边坡的防沉陷设计是确保道路安全和稳定的关键环节。由于山区地形复杂，气候多变，加之非饱和黏土的特殊性质，使得防沉陷设计更具挑战性。非饱和黏土在山区公路路基中占有一定比例，其特殊的物理和力学性质使得路基的稳定性和耐久性受到嚴重影响。因此展开防沉陷设计，其主要目的是防止路基边坡在自重和外部荷载的作用下发生沉降和变形，从而保证道路的安全和正常使用。在防沉陷设计时，需要考虑多种因素，如土体的物理性质等。综上所述，山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计是一个涉及多个领域的综合性问题。因此，该文展开山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计，确保山区普通公路的安全和稳定。

1 布置沉陷管监测孔位

在山区普通公路的非饱和黏土路基边坡防沉陷设计中，首先对路基边坡开展沉陷监测，该文选取了型号为IJJTM-G8600B的沉降管沉陷监测。该沉陷管采用PVC材质，管壁厚度5 mm，外径75 mm，每一节管长度2.5 m[1]。为了方便长距离的安装和使用，采用了不同沉陷管之间接头衔接加长处理。在安装过程中，同时进行钻孔操作，孔位深度达到地基表面以下的位置。并在孔壁和沉陷管之间填充砂料且完成压实处理，以确保磁环能够自由移动。沉降磁环被布置在沉陷管的特定位置上，布置间距为4 m，固定环距沉降磁环1.5 m。沉陷管接头处使用土工布包裹密封。安装完成后，采用水泥砂浆对孔封堵并标记现场位置[2]。在沉陷观测阶段，使用钢尺数据读取和记录。为了避免误差，还需二次复读以确保数据的准确性，最终的数据以两次读数的平均值为准。沉陷监测孔参数如表1所示。

布置沉陷管监测孔位在左右侧路堤路肩处，孔底深入地面以下，沉陷环序号由上至下排列（磁环1～磁环5）。对路堤分层填筑内部的沉陷变化规律实测，沉陷孔深度选取为15～25 m，孔径90 mm[3]。沉陷孔布置位置示意图如图1所示。

综上所述，山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷监测布置需要综合考虑多种因素，包括点位选择、监测深度、地质条件等。因此，基于上述步骤完成沉陷管监测布置。

2 分层沉陷测定

山区普通公路非饱和黏土路基边坡的分层沉陷测定是一项重要的工程测量工作，它能够提供关于边坡稳定性和变形特征的重要信息。根据上文选取的测点位置分层沉陷测定，表达如式（1）所示：

（1）

式中，sc——非饱和黏土路基单层最终的沉陷量；eoi——第i层软土路基应力对应孔隙比；eli——第i层软土路基应力与附加应力对应孔隙比；hi——第i层非黏土饱和路基厚度（m）[4]。此时将土层分为若干层，计算非饱和黏土路基各层的沉陷量，利用分层总和法叠加。总的压缩量是各层的压缩量之和，总的压缩量可表示为：

（2）

式中，Δpi——非饱和黏土路基薄层中心应力；Ei——第i层非饱和黏土路基压缩模量；Δhi——第i层非饱和黏土路基厚度；n——非饱和黏土路基总层数[5]。通过分层沉陷测定可以获取准确的沉陷数据，为防沉陷设计和施工提供重要的技术支持。

3 路基边坡强夯处理

结合以上措施对非饱和黏土进行强夯施工，将土体向周围挤开并减少空隙，提高了土体的抗压强度。采用梯形夯锤对土体进行强夯施工，梯形夯锤的振击范围面积要根据工程非饱和黏土的厚度和锤身重量确定，具体计算公式为：

（3）

式中，e——夯锤的底面面积；r——工程区不饱和黏土的厚度；z——夯锤的锤体质量。在完成上述夯锤的选取后，开展强夯施工。非饱和黏土路基强夯施工的示意图如图2所示。在施工现场，根据设计要求确定夯击点位，并确保夯锤能够与路基面紧密接触。然后通过起重机将夯锤提升至预定高度，再使其自由下落，从而对路基冲击夯实[6]。

按图2中所示的方法，将夯打的位置分别标出，每一个夯实点的间距为1.5～2.5 m。用起重机吊起夯锤，对准夯点振捣。一次夯实点振击3次，一次振击可达1 000 kN，二次可达1 500 kN，三次可达2 000 kN。在强夯作业结束后，检查坑中不饱和黏土层的空隙率。当空隙率仍在15%以上时，再次夯实，直至坑底不饱和黏土层空隙率低于15%。

4 深层防护加固路基边坡

结合上述操作，利用搅拌桩法对非饱和黏土路基高强度防沉陷处理。利用水泥的固化作用，提高非饱和黏土的强度和稳定性。在搅拌桩施工前，需要对非饱和黏土路基进行表层处理，包括整平、清理等，再按照设计要求进行桩位布置和钻孔操作，将水泥浆注入钻孔中并与周围的软土充分搅拌混合[7]。在搅拌过程中，水泥浆会与非饱和黏土中的水分子发生水化反应，生成圆柱状的水泥土，搅拌桩的有效长度可以表达为：

（4）

式中，D——搅拌桩桩径；Ep——搅拌桩桩身；Es——搅拌桩桩周压缩的模量。搅拌桩单桩的竖向承载力可表示为：

（5）

式中，fcuk——桩身加固土配比的抗压强度平均值；η——搅拌桩强度的折减系数；Up——搅拌桩周边长；qp——天然非饱和黏土路基承载力的标准值；qs——搅拌桩桩周天然非饱和黏土路基承载力折减系数。非饱和黏土路基的承载力计算，利用搅拌桩分担荷载比原理可计算为：

（6）

式中，fsp——非饱和黏土路基承载力的标准值；fk——搅拌桩之间承载力的标准值；m——面积的置换率；β——搅拌桩之间承载力折减系数。搅拌桩非饱和黏土路基的变形主要是由复合的土层变形与搅拌桩的桩端土层变形部分组成。非饱和黏土路基的复合土层变形Sl表示为：

（7）

式中，P0——水泥搅拌桩群上表面的平均压力；P0z——水泥土搅拌桩群桩体底面的平均压力；l——实际的水泥土搅拌桩的桩长；EPS——非饱和黏土路基复合土层压缩的模量。

EPS=mEp+（1?m）EsSl （8）

式中，Ep——水泥土搅拌桩压缩的模量；Es——水泥土搅拌桩的桩间土压缩模量。通过水泥搅拌桩法的应用，可以对非饱和黏土路基边坡进行深层防护和加固，提高其承载能力和稳定性，从而保证公路的安全和稳定。

5 工程实例

5.1 工程概况

贵州省某山区公路第二标段项目路基工程（K8+790

～K9+060段）长度为70 m，路基右侧边坡为高边坡，坡比为1∶5，路堑边坡最大高度为5.9 m，路堑边坡平均高度为6.5 m。工程所在地为丘陵地貌，路堤填筑材料主要采用路段周围大范围分布的风化素填土、土石混合材料、砌石。其中，下部砌石、中部土石混合材料的稳定性、强度较高，对素填土展开室内工程试验。路段地基横断面向80 m范围经勘察可知，地层岩性由下至上分为以下两层：①粉砂岩层，中风化、稍密、含水率高、厚度30 cm、重度18 kN/m3 ，黏聚力150 kPa、泊松比0.21；②粉质土層，厚度10 cm、低液限、含水量丰富、内部粉砂含量高、重度19.5 kN/m3 ，黏聚力29 kPa、内摩擦角22 °。该高填方路堤填筑坡度1∶1.5，台阶式填筑形式，分9层填筑，由下至上分别选取砌石、土石混合材料（填料比1∶2）、风化素填土填筑。

5.2 工程准备

在该方案的设计中，为了保证项目成果的准确、有效，设置监控中所使用的仪器参数。监测设备参数如表2所示。

为了提高监测的准确性，提出在地表埋设小型棱镜的方法。在已安装的混凝土监测点上设置位移监测点，而抗滑桩直接设置在抗滑桩的顶面。采用手电钻钻出直径2 cm、深4 cm的小孔，将 L形小棱柱埋入其中土层并用与之匹配的膨胀螺栓固定。该工程非饱和黏土路基土层主要的力学指标如表3表示。

水泥土搅拌桩的直径为0.5 m，搅拌桩材料压缩模量为180 MPa。在山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷施工中，需要采取相应的安全措施，确保施工安全。包括制定安全规章制度、安全教育和培训、配备安全设施和器材。还需要采取相应的环境保护措施，减少对周边环境的影响。包括减少噪声和振动的措施、控制施工废水的措施、减少尘土污染的措施。

5.3 工程结果

为检验该文山区普通公路非饱和黏土路基边坡防沉陷设计效果，选择该工程三处位置监测每日沉陷量，具体沉陷量监测结果如图3所示。

由图3可以看出，在应用本文路基边坡防沉陷设计后，三组路基边坡位置沉陷的变化曲线均较平缓，沉陷量均小于4 mm，满足设计要求。

6 结束语

在山区普通公路的建设中，非饱和黏土路基边坡的防沉陷设计至关重要。由于山区地形复杂，降雨量大，黏土在非饱和状态下的性能容易发生变化，可能导致边坡的沉陷，进而威胁到公路的安全和稳定。因此，对非饱和黏土路基边坡防沉陷设计能保证山区公路的运行安全。但山区普通公路非饱和黏土路基边坡的防沉陷设计是一个需要不断探索和完善的课题，只有通过持续的科研和实践积累，才能为山区的公路建设提供更为安全、可靠的保障。

参考文献

[1]苏庆国. 路桥过渡段防沉降设计要点探析[J]. 工程技术研究， 2023（14）： 158-160.

[2]张立军. 山区高速公路路基边坡稳定性及加固措施分析[J]. 四川水泥， 2023（4）： 257-258+261.

[3]张力文. 沿海地区水闸防沉降关键施工技术[J]. 广东土木与建筑， 2022（12）： 115-118.

[4]王立民. 公路路基设计中边坡防护技术分析[J]. 北方建筑， 2022（5）： 19-22.

[5]谭勇. 路桥过渡段非饱和黏土路基防沉降施工技术研究[J]. 交通世界， 2022（25）： 31-33.

[6]戚胜辉， 詹伟达， 赵亚婉， 等. 库区水位变化条件下高速公路路基高边坡稳定性分析[J]. 公路， 2022（5）： 106-111.

[7]袁锦圳. 浅谈路基填挖交界处防沉降的处理方法[J]. 四川建筑， 2021（2）： 222-224+226.