钟俊辉，王丽君，何 鑫

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611731)

0 前 言

随着我国经济的快速发展，西南区域的基础设施不断提升和完善，公路建设也如火如荼开展，由于区域山地居多，路线不可避免地需要在山区低谷软土地带通过，山区软土路基主要有斜坡软土路基、层状软土路基和谷间锅底状软土路基3种形式，山区软基具有其自身的工程特点，包括软土厚度变化大、富含有机质、软土底面倾斜、下卧硬土层较薄等[1-3]，而深厚的冲洪积软土成为路基设计的重难点之一，处理时应区分对待，处理措施不仅与经济性有关，而且如若处理不当，运行时很容易出现路基沉降和稳定性问题[4-7]，因此实际建设过程中必须综合分析，采取合理的路基处理措施。

1 项目概况

项目位于西南地区，设计等级按照一级公路加市政配套标准，主线设计全长8.91 km，主线设计速度80 km/h，辅道设计速度30 km/h。

项目软土路段为填方区段，填方高度为2.5～16.0 m，路段处于山前平原过渡段的浅丘沟槽地带，地表呈宽缓的U型槽，沟槽横向宽80～120 m，纵向长1 080 m，该段汇水面积大，左右山丘冲沟内地表水均汇入该U型沟槽内，沟槽内地势低洼，现为冬水田。冬水田内的冲洪积土层主要为粉质黏土，沟槽两侧既有的农业水利排水边沟排水不畅，局部淤积严重，无法正常排水。现场地形地貌如图1所示。

图1 项目现场地形地貌

该段覆盖层为第四系冲洪积层粉质黏土，沿沟符呈带状分布，沟口和沟槽中心深，靠山边浅，土层厚0.0～17.4 m。地表硬壳层厚度0.0～5.0 m，呈可塑状，软弱层内有可塑状黏土夹层，土质不均匀。沟槽内土层纵向变化较小，厚度12.0～17.4 m，但横向受沟槽底部基岩面形态起伏而起伏，变化较大。沟槽中心底部分布有灰黑色泥炭质土，呈带状或透镜状分布。下伏卵石土或强风化粉砂质泥岩，基岩起伏较大，基岩面埋深5.0～18.0 m。下伏硬卧层力学性质好，承载力高。地质纵剖图见图2，土层物理力学参数见表1。

表1 土层物理力学参数建议

图2 地质纵剖示意(单位：m)

根据地勘资料显示，本项目下部软土深厚，且软土呈现出层状、锅底状和斜坡软土状，分别对相应的处理方案进行研究。

2 深厚软土路基处理

本小节主要针对层状软土路基和谷间锅底状软土路基的段落，进行相应区段的地基处理分析。

2.1 路基处理前计算分析

主线K2+840.00 m～K3+500.00 m段均以路堤通过，填方高度为2.5～16.0 m。选取其中典型深厚软土断面K2+940.00 m(锅底状见图3)、K3+100.00 m(锅底状)、K3+400.00 m(层状见图4)进行分析，采用理正岩土软件6.5版进行稳定性和沉降计算，计算结果见下表2。

图3 K2+940.00 m断面示意(锅底状软土)(单位：m)

表2 软土地基处理前稳定及沉降数据

依据规范JTG D30—2015《公路路基设计规范》，路堤稳定性安全系数不小于1.30，一般路段路基工后沉降量应不大于30 cm，从表2可以看出，这3个典型断面的稳定性和工后沉降均不满要求，故需对深厚软弱段地基进行处理。

采用3种常规路基软土处理方法进行对比分析:(1)竖向排水体处理法；(2)加固土桩复合地基法；(3)刚性桩复合地基法[8]。

2.2 路基处理方案分析

2.2.1 竖向排水体处理法

规范JTG/T D31-02—2013《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(以下简称 《公路软土技术细则》)规定:竖向排水体适用于深度大于3 m的软土地基处理[9]。项目采用SPB-1或SVD-1型塑料排水板+堆载预压固结联合法，排水板采用SPB-1或SVD-1型，间距为1.2 m，正三角形布设。采用“理正岩土计算6.5PB4版”计算，当路堤填方高度超过6 m时，稳定性和工后沉降不满足规范要求。

对于填方高度不大于6 m的深厚软土地基段可采用塑料排水板+堆载预压固结法，该法造价低、经济性好，施工时，应保证足够的预压期。

对于大于6 m的高填方深厚软土段，主要对比2种方法:加固土桩(搅拌桩或旋喷桩)和刚性桩(素混泥土桩)。

2.2.2 加固土桩方案

由于存在软塑灰黑色泥炭质土透镜体，土层有机质含量10%～30%，局部含量高达50%左右，采用搅拌桩(或旋喷桩)加固时，水泥在该层土体中可能不凝固或发生后期崩解，风险较高，故不推荐采用该法。

2.2.3 刚性桩方案

刚性桩适用于处理深厚软土地基上荷载较大、变形要求较严格的高填路堤段、桥头或通道与路堤斜街段，采用工艺成熟的素混凝土桩，桩径0.5 m，按等边三角形布置，桩间距2.5～3.0 m，桩体伸至基岩面或其他持力层0.5 m深度，桩顶设置边长为1 m的正方形桩帽。该方案可行，在区域运用较多。

2.3 加固处理后计算分析

根据以上分析，针对不同加固措施，选取地基加固处理后典型深厚软土断面K2+940.00 m、K3+100.00 m、K3+400.00 m进行计算分析，计算结果见下表3。

表3 软土地基处理后稳定及沉降数据

通过表3可发现，处理后的3个断面稳定性均大于1.30，工后沉降量均小于30 mm，均满足规范要求，说明以上选取的地基处理方法可行。

3 斜坡软土路基段

山区软土形式还有一种:斜坡软土地基，即软土位于倾斜的硬质土或基岩上，K3+160.00 m～K3+340.00 m段属于该种地质形式，底部基岩横向坡度一般10°～15°，最大25°，路基最大填高为9.1 m。以K3+200.00 m作为典型断面(见图5)进行分析，该断面基岩横向坡度为25°斜坡上存在厚约6.8 m的软塑粉质黏土。

图5 K3+200.00 m断面剖面示意

采用规范法和有限元法分别对该断面进行计算，相应的计算软件为Geo5和Plaxis，计算模型见图6～8，稳定性计算结果见表4。

图6 Geo5路基稳定性计算模型

图7 Plaxis路基处理前稳定性计算模型

图8 Plaxis路基处理前稳定性计算云

表4 处理前稳定性计算结果

从以上计算结果可知，填方路堤推动坡脚的软土，沿基岩和软土层交界面滑动，规范法和有限元法计算的稳定性系数分别为0.92和0.98，不满足规范要求，需进行软土处理。

该基岩斜坡段地基主要有2个问题:路基沉降和陡坡稳定性。考虑3种方案进行对比:(1)素混凝土桩+坡脚反压；(2)素混凝土桩+路基侧向支挡；(3)素混凝土桩复合地基加固[10-11]。

3.1 方案一:坡脚回填反压

反压护道是一种应用于软土地区较经济的方法，重点在于宽度和高度的确定[12]。软土细则规定:反压互道最大高度不宜超过路堤高度的1/2，以K3+200.00 m为例，该断面填方高约9.0 m，坡脚设置反压护道高度取4.0 m，坡率1:2.0，宽度10.0 m，为保证护道稳定性和沉降，填方以下相应设置素混泥土桩(进入持力层0.5 m)，具体断面见下图9。经计算，路堤稳定性满足规范要求。

图9 反压护道断面示意(单位:cm)

从图9可看出，反压护道宽度达到20 m，黑粗线外为农田，业主反映征地困难而且反压体下新增素混凝土桩，增加了造价，故不推荐反压护道法。

3.2 方案二:路基侧向支挡

填方以下相应设置素混凝土桩(进入持力层0.5 m)，减少路基沉降。在路基倾斜方向外侧填方平台上设置一排桩板墙作为侧向约束，桩径1.5 m，桩间距5.0 m，桩长10 m，嵌固深度约5 m，经过计算分析，该法可满足路基沉降和稳定性要求，但抗滑桩造价较高，抗滑桩施工较慢，经济上和工期上均不占优势。

3.3 方案三:素混凝土桩复合地基加固

填方以下相应设置素混凝土桩，在路基坡脚外扩两根素混凝土桩，桩径不变(0.5 m)，基底软土区域桩间距为2.5 m，桩嵌岩深度由0.5 m调整为2.0 m，具体断面见图10。

图10 路基侧向支挡断面示意(单位：cm)

处理后的复合地基力学参数可按下式计算[13]，处理后的复合地基力学参数为黏聚力c=50 kPa，内摩擦角φ=6.10°。

Csp=mCp+(1-m)Cs，tanφsp=mtanφp+(1-m)tanφs。

(1)

式中:Csp、Cp、Cs分别为复合地基、桩和桩间土的黏聚力，kPa；φsp、φp、φs分别为复合地基、桩和桩间土内摩擦角，其中桩为100°；m为桩土面积置换率。

采用有限元法和规范法同时对方案三进行稳定性分析，相应计算软件为Plaxis和Geo5，前者计算模型和结果见图11和图12，后者与图6一致。有限元法采用强度折减法，规范法将桩和土整体考虑成复合地基。有限元法路基处理后位移计算云见图13。

图11 素混凝土桩复合地基断面示意(单位：cm)

图12 有限元法路基处理后稳定性计算模型

图13 有限元法路基处理后位移计算云

表5计算结果表明，无论采用强度折减法还是规范法计算，处理后的稳定性均大于1.30，能满足规范要求，说明该方案可行。

表5 处理后稳定性计算结果

从实际、经济、安全性等方面综合考虑，推荐采用方案三:素混凝土复合地基处理。

4 结 论

通过上文研究，针对本项目条件得出了以下结论:

(1)本项目深厚软土层段填方路基的稳定性和沉降均不满足规范要求，需进行处理。

(2)对于填方高度不大于6.0 m的深厚软土区域，采用堆载+竖向排水板法进行预加固可满足规范要求。

(3)对于填方高度大于6.0 m的高填方深厚软土区域，采用素混凝土桩复合地基加固可满足规范要求。

(4)位于斜坡软土段的填方路基，从经济和实际方面比选，采用素混凝土桩复合地基进行加固处理，增大软土的压缩模量和抗剪力学参数，沉降和稳定性满足要求。