梁 嘯

(湖南省官新高速建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410008)

0 前言

湘西地勢(shì)起伏大，多為山嶺重丘區(qū)，地面橫坡陡，且地區(qū)構(gòu)造、侵蝕作用強(qiáng)烈，地質(zhì)條件復(fù)雜。隨著高速公路建設(shè)區(qū)域不斷擴(kuò)大，山嶺重丘區(qū)常常出現(xiàn)陡坡高路堤路段。提高公路的橋隧比例能夠有效地減少這種情況,但是在同等條件下，相同長(zhǎng)度的橋隧路基造價(jià)相對(duì)于普通路基造價(jià)一般大于5倍以上，且工程建設(shè)難度也成倍增加。因此，從實(shí)際情況考慮，往往最終選擇陡坡高路提方案。然而，陡坡高路堤填方高度大，地面橫坡較陡，單從工藝和材料選擇上無(wú)法保證路堤的穩(wěn)定性，如何對(duì)陡坡高路堤進(jìn)行安全、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)成為擺在公路設(shè)計(jì)人員面前的難題[1-3]。官莊至新化高速公路中陡坡高路堤的處治方法，可為其他高速公路建設(shè)解決相關(guān)問(wèn)題提供相關(guān)實(shí)踐依據(jù)，并對(duì)湘西地區(qū)其他高填方土建工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

湖南省官莊至新化高速公路是“呼北高速G59”中的重要組成部分，屬于湘西地區(qū)的山區(qū)高速，橋隧比超過(guò)75%，高填深挖段路基眾多，其中K32+120～K32+590段位于益陽(yáng)市境內(nèi)，采用雙向4車道標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，此段為低山地貌，地形起伏較大，主要為挖、填相間路基。其中K32+168～K32+206右側(cè)高路堤原地面邊坡傾角約35°～43°，整體較陡，路面標(biāo)高與坡腳地面標(biāo)高高差達(dá)40 m且坡腳處為數(shù)棟高層民房。

K32+168～K32+206段為左挖右填陡坡路基，原設(shè)計(jì)方案：填土邊坡坡比為1∶1.5，右側(cè)支擋為樁板墻，共計(jì)7根抗滑樁，樁心間距6 m(見(jiàn)圖1)。實(shí)地放樣發(fā)現(xiàn)，因地面線與設(shè)計(jì)存在較大偏差，實(shí)際抗滑樁懸臂段較高，最高達(dá)16 m，路基整體穩(wěn)定性系數(shù)過(guò)小，存在較大風(fēng)險(xiǎn)隱患。

圖1 K32+168～K32+206右側(cè)高路堤總體平面圖

1.2 地質(zhì)條件

2)強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖(Ptbn2w)：青灰色，變余砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，裂面平直，見(jiàn)鐵錳質(zhì)浸染，巖芯多呈砂狀，巖質(zhì)軟，巖體極破碎。該層厚10.8 m。承載力基本容許值[fa0]=650 kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=150 kPa。

3)中風(fēng)化變質(zhì)砂巖(Ptbn2w)：青灰色，變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，裂面平直，巖芯多呈塊狀、碎塊狀，塊徑2～8 cm，少量呈短柱狀，巖質(zhì)較硬，巖體較破碎。該層揭露厚度3.6 m。承載力基本容許值[fa0]=1 500 kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=300 kPa。

2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)[4]中的規(guī)定，填方路基邊坡坡比為1∶1.5～1∶2，同時(shí)進(jìn)行拱形骨架等坡面防護(hù)。但針對(duì)官新高速的山區(qū)高路堤而言，若采用1∶1.5進(jìn)行放坡，將占用大量耕地，還可能帶來(lái)較大的房屋拆遷量，同時(shí)由于沿線地層多為板溪群、寒武系板巖等老地層，強(qiáng)風(fēng)化巖出露，陡坡大體積填方工程給后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。而原設(shè)計(jì)方案也存在風(fēng)險(xiǎn)，因此需設(shè)置路堤支擋或提高填料強(qiáng)度，加陡墻頂邊坡坡比，以減少占耕地、節(jié)約造價(jià)。

2.1 穩(wěn)定性分析

陡坡高路堤存在以下破壞可能[5-6]: ①受施工條件限制，填土壓實(shí)質(zhì)量難以控制，路基易產(chǎn)生不均勻沉降或滑動(dòng); ②填土與原坡面之間抗滑措施不足，或地下水滲入誘發(fā)填土沿原坡面產(chǎn)生滑動(dòng);③原坡面以下存在順坡向結(jié)構(gòu)面，填土加載或地下水通道堵塞引起沿軟弱結(jié)構(gòu)層滑動(dòng)。

2.2 方案比選

方案1：將該段右幅路基設(shè)置為2×30 m預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支T梁橋，下部構(gòu)造采用柱式墩臺(tái)+樁基礎(chǔ)形式，經(jīng)核算，該方案估計(jì)較原設(shè)計(jì)增加投資122萬(wàn)元，路基調(diào)坡方案及路基穩(wěn)定性滿足要求，且施工難度較小，節(jié)約工程造價(jià)，但占用土地相對(duì)較多；路改橋方案安全可靠性較高，可減少占用土地，但投資偏大。

方案2：加筋土法。從提高路堤填料強(qiáng)度和路堤穩(wěn)定性出發(fā)，可以考慮采用土工合成材料修筑陡坡高路堤。土工格柵對(duì)高填方路堤有明顯穩(wěn)定效應(yīng)，可提高安全系數(shù)[7-8]，加筋土路堤能提高土體的強(qiáng)度，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性。通過(guò)土工合成材料使穩(wěn)定基底與填土形成一個(gè)整體。

方案3：結(jié)構(gòu)物支擋法。填土邊坡坡比為1∶1.5，右側(cè)設(shè)置樁板墻，主要通過(guò)設(shè)置路肩墻、路堤墻等支擋結(jié)構(gòu)支撐路堤填方邊坡，以保持土體的穩(wěn)定性。但是對(duì)于陡坡高路堤而言，由于地面橫坡很陡，填方高度大，普通的石砌路肩墻和路堤墻一般難以實(shí)施或是風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，違背了“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的設(shè)計(jì)原則。

方案4：采用抗滑樁板墻路堤下支擋加土工格柵復(fù)合式支護(hù)。根據(jù)規(guī)范[4]，填方路基邊坡坡比為1∶1.5～1∶2，同時(shí)進(jìn)行拱形骨架等坡面防護(hù)。對(duì)填土進(jìn)行加筋(土工格柵及透水層)處理，在路床頂面以下30、100 cm處增設(shè)兩層土工格柵，路堤每填高1 m，增設(shè)單層土工格柵包裹邊坡，在抗滑樁頂標(biāo)高的填方位置增設(shè)縱橫向滲溝?？够瑯段恢貌蛔儯瑯缎拈g距6 m。將樁板墻上部填土土體邊坡坡比從1∶1.5提升至1∶1。按邊坡 1∶1放坡，可降低樁板墻懸臂高度，路堤樁板墻抗滑樁懸臂段樁長(zhǎng)(地面以上段)由13 m降為9 m，較未加筋時(shí)縮短約4 m。并對(duì)填土加筋處理后建模進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.2，滿足規(guī)范[4]要求。

經(jīng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合比選，采用方案4，該方案充分考慮工程的安全性，又與造價(jià)、環(huán)保等因素緊密地結(jié)合起來(lái)，同時(shí)兼顧施工的可操作性，能達(dá)到既經(jīng)濟(jì)便利、又安全可靠的處治效果。

2.3 設(shè)計(jì)方案

2.3.1總體方案

通過(guò)經(jīng)濟(jì)比選與穩(wěn)定性分析，確定采用抗滑樁板墻路堤下支擋加土工格柵復(fù)合式支護(hù)。樁頂填土高度為12 m，上坡坡率為1∶1。據(jù)地基地質(zhì)情況及樁端埋置的一般原則確定樁長(zhǎng)，約為16～26 m。其立面布置詳見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 K32+168～K32+206右側(cè)樁板墻設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

圖3 K32+168～K32+206右側(cè)樁板墻布置圖(單位：cm)

2.3.2土工格柵

在路床頂面向下30 cm、路床頂面向下100 cm處各鋪設(shè)2層N1土工格柵，當(dāng)填土高度過(guò)高時(shí)，根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果在路堤中部鋪設(shè)N1土工格柵。土工格柵采用GSZ80型號(hào)鋼塑土工格柵，幅寬不小于2.5 m，每延米縱、橫向極限抗拉強(qiáng)度不小于80 kN/m， 縱、橫向標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度下的伸長(zhǎng)率不大于3%，縱、橫向2%伸長(zhǎng)率時(shí)的拉伸力不小于72 kN/m，條帶交叉點(diǎn)極限剝離力不小于500 N， 抗老化等級(jí)為IV級(jí)。土工格柵的主受力方向應(yīng)與路基變形趨勢(shì)的方向一致。U型鋼筋間距2 m，成梅花形布置，并采用U型鋼筋拼接格柵， 土工格柵應(yīng)在邊坡坡面位置每層向上沿邊坡上包，與上層搭接2 m。

2.3.3樁板墻

樁板墻截面尺寸為3 m(主滑方向)×2 m，樁板墻中心間距6.0 m,樁長(zhǎng)分別為：16、20、25、25.5、26、26、22.9 m。采用現(xiàn)澆法施工，吊裝機(jī)械作業(yè)面條件具備時(shí)也可采用預(yù)制旋工，但應(yīng)改變與樁身銜接固定型式。

2.3.4其他

透水路段，滲溝縱向按邊坡臺(tái)階分布，每隔30 m布設(shè)橫向滲溝。為減少高路堤的不均勻沉降和工后沉降變形，進(jìn)一步提高路基的密實(shí)度與承載力，路基除采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓外，縱向長(zhǎng)度大于100 m時(shí)，從地基頂面至路面底面范圍內(nèi)每填高2 m采用沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)壓1次(沖擊式壓路機(jī)沖壓20遍為1次)。對(duì)于長(zhǎng)度小于100 m路段，每填高4 m再采用重錘夯實(shí)或強(qiáng)夯處理措施，夯擊數(shù)不少于4遍。

2.4 施工注意事項(xiàng)

1) 施工前，先清除地表浮土，在基巖上開(kāi)挖反向臺(tái)階，陡坡按2 m寬挖臺(tái)階，臺(tái)階向內(nèi)傾4%，壓實(shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)度。

2)樁基開(kāi)挖前，先進(jìn)行地表碎石盲溝施工，確保斜坡地表水的疏通。

3)抗滑樁施工前，施工單位必須現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷面，按設(shè)計(jì)逐樁放樣，并復(fù)核樁位地面標(biāo)高。按設(shè)計(jì)形式掛線放樣確定鎖口及護(hù)壁輪廓線，各項(xiàng)定位需準(zhǔn)確無(wú)誤。

4)樁背填土壓實(shí)全過(guò)程必須對(duì)樁柱進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)預(yù)警預(yù)報(bào)工作，確保施工安全。

3 工程實(shí)施

3.1 實(shí)施效果

本項(xiàng)目于2020年9月開(kāi)始抗滑樁開(kāi)挖，11月完成樁基澆筑，12月完成鋼筋砼擋土板吊裝，至2021年3月完成臺(tái)背回填及路基填筑，歷時(shí)6個(gè)月。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位移沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，目前本段高填方路基整體穩(wěn)定，抗滑樁板墻無(wú)明顯不均勻沉降，墻頂無(wú)明顯外傾及位移現(xiàn)象，總體沉降均勻。

3.2 施工中存在的問(wèn)題及相應(yīng)措施

1) 路基填筑中整段格柵由鋼筋釘拉緊,緊貼土層，在上料攤鋪及碾壓的過(guò)程中，格柵可能被搓起，使其無(wú)法緊貼土層，不能達(dá)到設(shè)計(jì)上的受力效果。

解決辦法： ①采用自卸汽車卸料時(shí)，不得從格柵末端開(kāi)始卸料，應(yīng)將填料卸在格柵的兩側(cè)，推土機(jī)從卸料一側(cè)按斜前方向(即格柵末端方向)攤鋪填料；②填料攤鋪完成，壓路機(jī)初次碾壓時(shí)，按垂直格柵鋪設(shè)方向，采用靜碾，從格柵中段開(kāi)始逐次向格柵末端碾壓。為保證壓實(shí)度，兩次碾壓的輪跡重合1/3鋼輪寬度。待中段、末端靜碾完成后，再由中端逐次向格柵前端碾壓。整幅路基靜碾一遍后，方可采用振動(dòng)碾壓，直至達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為止。

2)當(dāng)碾壓靠近擋土板部位的填料時(shí)，容易使格柵產(chǎn)生位移，并帶動(dòng)面板模塊移動(dòng)，使橫縫、縱縫、傾斜度變大或是部分模塊垮塌，需要重新調(diào)整或是安裝模塊，既浪費(fèi)人工、機(jī)械臺(tái)班，又耽誤工期。

解決辦法：①根據(jù)填料材質(zhì)、規(guī)格選擇合理噸位的壓路機(jī);第1次應(yīng)采用靜碾待填料碾壓較密實(shí)后再振動(dòng)碾壓，靠近擋土板處應(yīng)選擇2 t雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓；②嚴(yán)格控制填料粒徑(≤15 cm)，選用透水性較好的礫類或砂類土。

3)傾斜度和線形控制不好。

解決辦法：在面板外側(cè)搭設(shè)排架作為基準(zhǔn)點(diǎn)，掛線用于測(cè)量擋墻面板線形、傾斜度等，定期測(cè)量復(fù)核排架基準(zhǔn)點(diǎn)，防止排架產(chǎn)生位移、變形。

4 結(jié)論

在湘西地區(qū)修建高速公路無(wú)法避免陡坡高路堤段，本文通過(guò)對(duì)官新高速支擋應(yīng)用的分析，主要得出如下結(jié)論:

1)采用加筋土與支擋結(jié)構(gòu)復(fù)合式設(shè)計(jì)方法處治陡坡高路堤,可減小抗滑樁懸臂段長(zhǎng)度，通過(guò)設(shè)計(jì)階段的方案比選，有效降低了經(jīng)濟(jì)成本。

2)官新高速某段路堤實(shí)施復(fù)合式支護(hù)積累的施工經(jīng)驗(yàn)，可為后續(xù)類似工程解決相關(guān)問(wèn)題提供參考，能有效預(yù)防施工時(shí)易發(fā)生的問(wèn)題，降低工程事故發(fā)生的概率。

3)對(duì)湘西山區(qū)高速陡坡、斜坡高路堤出現(xiàn)的外傾及位移等病害，可以考慮采用復(fù)合式支護(hù)。