江淮软土地基高速公路穿越弃渣场地优化处置

摘要 江淮地区高速公路沿线穿越尾矿弃渣场地，尾矿弃渣成分混杂，堆积松散，土质常年受雨水及地下水浸泡而变得较软，且弃渣场下层为软土地基，使得路线穿越弃渣场地更加复杂。经研究表明，路线设置为路堑通过，可减小地表荷载，而软土对路基的稳定性影响极小，因此路堑弃渣场边坡稳定性成为道路建设的核心问题。文章通过对弃渣场边坡典型断面进行定性及定量分析，采取挡墙与土钉相结合的支护方案可有效保证边坡安全，实现弃渣场边坡的稳定控制，同时加强边坡监测，对提高工程运行质量、促进工程技术进步具有重要意义。

关键词 江淮地区；高速公路；弃渣边坡；稳定性

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）22-0069-03

0 引言

为服务于长三角一体化国家战略，加快构建长三角地区现代化综合交通运输体系，南京、合肥等城市圈的迅速崛起对周边交通建设带来了新的发展机遇与挑战[1-2]。随着长江沿线供给侧结构性改革的深入，公路建设的持续增长加剧了地、矿之间的矛盾，越来越多的公路改扩建需穿越尾矿弃渣场。对于由尾矿弃渣填筑而成的人工边坡，其坡体一般由杂填土、素填土及矿物废料堆填而成，边坡组成成分复杂[3-5]，堆填过程中难以密实，加之对大量的渣土边坡并未采取相应的加固措施，导致边坡的岩土力学性能较差，特别是在雨水冲刷下，更容易产生滑坡[6-7]。此外，江淮地区软土分布十分广泛，具有强度低、流变性显著等不良工程特性，工程建设同时面临软基和穿越尾矿弃渣的挑战[8-9]，严重威胁公路建设的安全。因此，如何有效设计软土地基高速公路穿越尾矿弃渣场至关重要。

该文以长江沿岸高速公路穿越弃渣场为研究对象，通过开展高速公路弃渣场路堑边坡稳定性研究，探明沿线高速公路地质概况，选择合适的道路形式，避开软土地基建设难点，揭示路侧弃渣场边坡稳定力学响应机制，优化边坡控制技术，形成高速公路弃渣场边坡防治的关键技术。

1 工程概况

G4211宁芜高速改扩建工程全线采取“两侧加宽为主、部分路段单侧加宽”的方式，将原双向四车道高速公路扩建为双向八车道。路线桩号为YK59+626-YK60+430的通过地段原为河漫滩，地形平坦，标高6 m左右。路线右侧原为丘陵，地形起伏较大，因矿产开采，该路段形成标高为−90 m的矿坑，后因矿区排土回填，形成顶标高为60 m左右的台阶状岗地，高速公路由台阶状岗地东侧坡脚处经过，因此工程项目需穿过尾矿弃渣区。

2 工程地质

勘察表明，在勘探所达深度范围内，工程地质具体组成如下：填土主要由碎石、角砾和黏性土组成，碎石一般为强风化凝灰岩、硅化粗安岩、砂岩、铁质硅质胶结岩块等，呈棱角形～次棱角形，粒径大小不等，呈现松散～中密状态，层厚分布不均，厚度为2.9～51.5 m，局部未揭穿，属于Ⅰ级松土；下层的粉质黏土呈灰褐色、灰黄色，含铁锰结核，层厚1.6～3.3 m；第三层粉砂呈灰色、灰褐色，含云母碎片，局部夹粉砂、黏性土薄层，掺杂腐殖质、贝壳等，层厚不均，厚度分布在4.1～29.6 m；下伏软土，呈软塑～流塑状，成分主要为淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉土，含铁锰质，层厚约9.5 m。综上，该段地质比较复杂，上部为铁矿弃渣，下部为粉砂或粉土，局部还有9 m厚的软土。

由于沿线穿越尾矿弃渣，地质成分杂乱，性质不均，且层厚变化大。若采用路堤方案，尾矿弃渣难以作为填料利用，软土地基也存在沉降风险，并且尾矿弃渣作为路侧边坡在路堤施工时可能会产生滑坡，使得路侧尾矿边坡加固也成为设计难点。因此，路线建议为路堑通过，该边坡区虽分布有软土，但上覆人工填土层及第四系冲积层粉砂、中砂、粉质黏土和粉土，软土埋深较大，采用路堑方式可减小地表荷载，消除软土对路基的稳定性影响，仅需考虑路侧尾矿弃渣边坡的稳定性即可。通过对边坡的稳定性做进一步的计算，加强优化边坡的防护。

3 弃渣场边坡现状分析

工程区路侧边坡主要由铁矿弃土堆积而成，边坡现状基本稳定，局部有坡面溜坍，如图1所示：

其中，Y6K60+270为典型断面，坡顶高程为48.8 m，设计挖方边坡综合坡率约1∶2，一级坡高约15.77 m，综合坡率为1∶1.5；一级平台宽8 m（水泥路面）；二级坡约15.19 m，综合坡率为1∶3.5。对于采用边坡强支护方案的路段，其支护体悬浮于弃渣堆中，需重点分析工程区的边坡稳定性。

4 高速公路软基处置设计

在既有弃渣场边坡稳定性定性评估的基础上，对弃渣场边坡开挖后可能产生的滑坡进行综合分析。根据现有各方面地质资料，通过采用Geo5等相关计算软件进行滑动面的搜索，对综合坡体岩性组成、岩土体强度与边坡临空面的空间关系、地下水等地质特征进行定量的稳定性分析，确定边坡的安全系数。

根据典型断面（Y6K60+270）分析，该段采用坡脚强支护方案，收缩开挖面，垂直开挖高度达5.3 m。采用坡率为1∶1.5、分级坡高8 m放坡的开挖方案，如图2所示。岩体力学参数根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），并参照《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）的相关规定，根据工点边坡的实际勘察资料综合分析进行确定。边坡岩土计算参数如表1所示：

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）规定，边坡稳定性应计算边坡处于天然状态下的工况、边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况，以及边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。该项目区域为抗震设防烈度Ⅵ度区，不再考虑地震工况的计算。该次计算主要进行正常工况及暴雨工况下的计算。地下水的影响主要体现在增加坡体自重、产生静水压力、降低软弱结构面强度等方面，在边坡稳定性分析时对边坡结构面强度予以折减，并考虑静水压力及坡体自重的增加。采用重力式挡土墙的支护形式，挡墙高7.0 m，断面方为27.32 m3，挡墙施工期间需采用土钉墙进行临时支护，土钉长9～12 m，开挖一级、支护一级，直径28 mm钢筋，间距为1.2 m。单孔土钉拉力设计值为100 kN。

经计算，弃渣场工程段边坡现状处于欠稳定状态，特别在暴雨工况下，边坡稳定性仅为1.04，当仅采用土钉支护时，边坡稳定性反而有所降低，因此进行设计时应采用挡墙+土钉的支护方案，典型断面在正常工况下的边坡稳定性为1.3，暴雨工况下的边坡稳定性为1.2，边坡整体稳定。计算结果如图3和表2所示。由于弃渣场边坡地质条件复杂，弃渣边坡组成物质松散，坡体随着环境条件变化而发生变化，特别是受强降雨冲刷影响，坡体组成物黏结性降低，且坡面渗流深度可能加大，使得边坡出现大范围滑塌的可能性提高。为保证高边坡的稳定及施工安全，边坡必须严格按设计要求施工。

5 施工要点与动态观测

综合上述分析，弃渣场工程段采用挡墙+土钉的支护方案。土钉长度须穿越潜在的滑动面。该段土钉长度一般为9～12 m，等边三角形间距按照1.2 m布设，坡面喷射10 cm的C20现浇混凝土。为保证挡墙底部基础有足够的承载力，挡墙基底采用30 cm碎石垫层+小导管注浆进行综合加固处理，小导管注浆浆液采用1∶1水泥浆，注浆压力为0.5～1 MPa，导管间距为150 cm×150 cm，采用梅花形布置。挡墙施工完成后，墙后填土压实，墙顶设置截水沟，顶部截水沟在雨季前施工完成；整体施工应避开雨季；严格保证开挖一级、防护一级，严禁边坡开挖后长时间雨淋日晒，避免工程岩体性能发生恶化。

边坡开挖后应进行变形监测，监测项目应包括坡顶位移和坡体位移监测。坡顶位移监测在每个典型边坡的结构顶部应设置不少于3个观测点，坡体变形监测按十字交叉网进行布点。在土钉施工前，应在工程现场设置非工作土钉进行抗拔试验，确定其极限荷载，验证土钉界面的极限黏结强度。

6 结论

该文以宁芜高速改扩建工程为背景，针对高速公路穿越软土地基弃渣场地形成的路堑弃渣边坡，通过查明线路穿越尾矿弃渣场地的地质分布，综合考虑尾矿弃渣最大限度减少高速公路改扩建道路与既有道路的沉降差，构建完善的高速公路改扩建沉降控制方案，形成软基高速改扩建工程加固软土地基的成套技术体系。

参考文献

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