山区公路半填半挖路基稳定性研究
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【摘要】针对山区公路半填半挖路段的路基稳定性的难题，总结出国内外关于半填半挖路基高边坡处理办法，并将此办法应用于湖南省某山区高速公路高填挖边坡设计之中取得了良好效果。
【关键词】山区公路；半填半挖；路基稳定性；处理
中图分类号：X734文献标识码： A
1 引言
公路是国民经济的大动脉,是国家交通基础设施。随着国民经济的发展，各国公路也在向经济欠发达的山区纵深发展。目前公路的建设己经转向山区。我国在近几年，公路建设飞速发展，也逐步由东部转向西部，由平原地区转向山区。
半填半挖是山区公路常见的一种路基形式。我国在早期建设公路时，对高边坡及半填半挖高路堤的危害认识上不足，没有针对高边坡的专门设计和专门施工，高边坡出了很多问题，吃了不少苦头，损失很大。
公路半填半挖式填土路基破坏问题早已是国内外研究者关注的焦点，特别是半填半挖高填路堤（填筑高度大于15m）的病害更为突出，危害更大，严重影响了已通车高速公路的运营安全。高填路堤病害的宏观特征是：沿路基纵向裂缝、路面整体下沉、局部下沉、填挖交界沉降不均匀、整体滑移等，如何对其病害成因进行分析，根据半填半挖高路堤病害形式选择合适的处理方案成为山区公路中的重要问题。
2 路堤高边坡处理方法
目前国内外山区公路高边坡治理的处治方法基本上可以分为四大类，即水土保持、支挡加固、排除地下水、防落石。水土保护主要是边坡表面的防护，有锚喷护面、砌石护面、植物防护、修建排水沟等；支挡加固是针对可能发生的边坡病害或治理已有的病害，主要方法有挡土墙、桩板墙、锚索桩板墙、抗滑桩、锚索抗滑桩、锚杆挡墙、锚碇板挡墙、锚杆框架、锚索框架、加筋土挡墙、钢管微型桩、注浆钢花管桩；排除地下水有排水孔、排水洞、排水井、支撑渗沟、渗水盲沟；防落石的方法有防护网、点式锚墩、明洞、棚洞。
目前对山区公路半填半挖路基研究的报道很少。半填半挖路基由于填方部分的土体强度和稳定性难以与挖方或自然坡面土体相一致，在目前已建的半填半挖路基，有大部分出现填方路基下沉、开裂，更有甚者，填方部分路基沿挖填界面整体滑坡的严重的自然灾害。有的学者则研究路基不均匀沉降对沥青路面受力变形的影响，对半填半挖路基进行弹塑性动力有限元分析，计算出在汽车荷载作用下由于路基土在力学和物理性质上的差异而产生的差异沉降。研究了两种工况(汽车荷载作用产生的差异沉降及汽车荷载和土体固结共同作用产生的差异沉降)对沥青路面受力变形特性的影响。也有学者认为半填半挖路基下沉、变形和沿填挖界面开裂等现象的经常发生,其原因主要是填挖两部分土体的强度和稳定性存在着一定的差异所致。半填半挖路基施工虽然在规范上明确规定了施工程序、处理措施和填筑要求,但由于标准太低,很难满足强度和稳定性要求。半填半挖路基是山区公路的一大特点，且填方部分一般属于高填方，填料多取自于路基附近的挖方段，常以碎石土为主。存在多种客观因素的影响，高填路基的特点是路基边缘的压实度往往难以达到标准，造成路基沉降过大，影响行车安全。也有学者认为在高填方路基的填挖结合部，应由填方底部在挖方一侧沿路线纵向挖台阶，当地面倾斜度小于1:2时，台阶宽2.0m；当地面倾斜度大于1:2时，台阶宽度不小于1.0 m，台阶底设置2％～4％向内倾斜的坡度。当填方区填至路槽底以下6.0～8.0m时，应增设土工格栅，土工格栅沿路线纵向长7.0m(填方区和挖方区各3.5m)，横向宽度为路基填筑宽度，端部包括填料厚0.3m。土工格栅一般为4层，间距为1.0～2.0m，以减小因路基沉陷不均匀带来的危害。
3工程实例
湖南省山区某高速公路存在多处半填半挖路段，其中一处高填路基发生多次病害。该处边坡覆盖第四系残坡积土粉质粘土，厚度薄。大部分地段出露强风化基岩，岩性为冷家溪群（Pt1n）浅变质砂质板岩。现场调查发现的边坡破坏模式主要有：深层滑动属于填土加载引起沿下伏软弱层的滑动和浅层滑动属于地表水下渗的作用引起填土中圆弧形滑动。
设计施工人员根据现场地表变形迹象分析、深孔位移监测资料分析、路基沉降分析、裂缝原因分析综合考虑，该滑坡的滑动是由于Ⅰ期锚固工程的抗滑力不足引起沿老滑面的滑动破坏。综合以上分析，该段路堤边坡病害成因归纳为以下几个特点：
1、该路堤为半填半挖高陡坡路堤，路堤的填筑高度达46.0m，原自然边坡坡度为24～29°而且路堤长达340m。
2、路堤填料软弱，填料以花岗岩风化残积土为主，粉粒含量高，占33～85％，随地下水的快速升降而易流失，会引起路基填料土易湿陷脱空和浅层变形。
3、路堤含水层浸泡的范围大，在三级平台以下钻孔的地下水位大多在地面，现场坡体大面积出水，在路基面埋深7.9~14.6m。
4、下卧软弱岩层，而且向河侧具有一定倾斜度，根据各断面的反算结果，取K=1.0～1.03，反算得出强度指标C＝25kPa，φ=13～14°。
5、边坡变形首先从边坡的中、下部开始，这是由于边坡的中、下部泡水，而强度逐渐降低，逐渐向上发展，最终在边坡体的下部反翘剪出，这和当前的地表裂缝的特征是一致的。
根据现场调查情况，提出以下加固设计方案加固设计方案：
路基面设3排φ89×4.5mm钢花管注浆加固，顺线路方向间距 3.0m，梅花型布置，钢花管长度为13.0～22.0m。
一级平台设2排φ89×4.5mm 钢花管注浆，顺线路走向间距3.0m，梅花型布置，钢花管长度为18.0-22.0m。二级平台设2排φ89×4.5mm钢花管注浆，顺线路走向间距3.0m，梅花型布置，钢花管长度为20.0-30.0m。
三级平台设2排φ89×4.5mm钢花管注浆, 顺线路走向间距3.0m，梅花型布置，钢花管长度为18.0-40.0m。
一级下边坡采用φ50×4.5注浆钢锚管框架加固,框架顺线路方向间距为4.0m，共设3排，注浆钢锚管的设计长度为18.0m-22.0m。
二级下边坡采用4φ15.24 预应力锚索框架加固，框架顺线路方向间距为4.0m，共设3排，预应力锚索的设计长度为28.0m～34.0m。在二、三、四级下边坡坡脚各设1排仰斜排水孔，顺线路方向间距为4.0m，排水管长度32.0m～62.0m。
4结论
本文研究了半填半挖公路交接面的稳定性，为该公路的施工和建设提供参考。具体的研究结果包括：
(1)总结了国内外公路高边坡治理的基本处治方法；
(2)比较了几种常用边坡处治方法的特点；
(3)根据以上研究结果对湖南省某山区高速公路边坡处理进行设计，取得了良好的效果。
参考文献
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[4] 黄新进. 山区公路半填半挖路基稳定性分析方法[D].长沙：湖南大学，2006;
梁成，男，（1988-），土家族，湖南石门人，大学本科，2009年本科毕业于吉林大学后进入湖南中大设计院有限公司从事公路设计工作至今。