六寨至河池高速公路路基病害特征與處治技術(shù)

【摘 要】路基病害類型多樣，機(jī)理復(fù)雜，本文通過總結(jié)六寨至河池高速公路施工中路基病害的處治經(jīng)驗(yàn)，對(duì)路基病害進(jìn)行了分類，并具體分析了不同路基病害的特征、破壞機(jī)理及原因，針對(duì)不同的路基病害形式提出了處治方案及建議。

【關(guān)鍵詞】路基病害；軟基；斜坡軟土；高填方；路基巖溶

1. 概述

六寨至河池高速公路（以下簡稱六河路）是國家規(guī)劃的“四縱四橫”八條西部開發(fā)省際公路通道之一的阿榮旗至北海公路的組成路段，也是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中第8縱蘭州至海口高速公路的重要路段。路線處于云貴高原向廣西丘陵的過渡地帶，地貌多樣，地形復(fù)雜，山嶺綿亙，工程地質(zhì)十分復(fù)雜，路基修筑時(shí)也遇到了各種難題，本文在總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)路基病害的類型、機(jī)理及處治方法進(jìn)行分析探討。

2. 路基病害類型及特點(diǎn)

2.1 軟基。軟基是指清表后地基天然承載達(dá)不到設(shè)計(jì)值，或者天然含水量大于液限的細(xì)粒土等不良土路段。六河路軟基主要是一些積水的低洼地段或地下水位較高的地方，如溝、塘、水田及洼地等，厚度1～4m不等，一般2～2.5m，局部超過4m，其下一般為灰?guī)r基巖或硬塑狀粘土。對(duì)于其下為灰?guī)r的路段，由于巖土透水性差異，在靠近巖土界面上部20～30cm厚土層通常呈軟～流塑狀，旱季時(shí)這種路段覆蓋層呈“上硬下軟”，在這種路段進(jìn)行軟基調(diào)查時(shí)須特別注意。

2.2 半填半挖。六河路路線長，穿越的地形復(fù)雜，半填半挖的地段較多。按照填挖交界延伸的方向分為縱向填挖交界和橫向填挖交界。當(dāng)填挖方向與公路縱向一致時(shí)，即稱為縱向填挖交界問題 ［1］。

2.3 斜坡軟土。斜坡軟土為坡麓相斜坡軟土的簡稱，是指在氣候濕潤多雨，降雨量豐富， 沉積巖建造的煤系地層(如炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r等軟質(zhì)巖地層)地區(qū)， 位于山麓斜坡、斜坡臺(tái)地、山前平原、山間洼地或盆地周邊坡麓地帶的軟塑狀粘土 ［2］。

六河路斜坡軟土分布區(qū)地層巖性為泥盆系中統(tǒng)郁江階（D2y）、東崗嶺階（D2d）泥巖、頁巖夾炭質(zhì)泥巖、砂巖，上統(tǒng)同車江組（D3t）灰黑色頁巖、泥巖夾硅質(zhì)巖、粉砂巖及炭質(zhì)泥巖，以及石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y）砂巖、頁巖夾灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r ［3］。其典型特征為上部為軟塑狀粘土，含水量大，一般為水田或者玉米地，下部為中～強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖。這種斜坡軟土對(duì)工程的危害極大， 上部土體被擾動(dòng)或者加載，很容易導(dǎo)致整個(gè)土體產(chǎn)生滑動(dòng)。路基經(jīng)過這種斜坡軟土?xí)r常發(fā)生基底滑移、路堤沉陷，路塹邊坡滑坡與坍塌，橋涵地基承載力不足、基坑邊坡溜坍等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害或工程病害問題。由斜坡軟土產(chǎn)生的破壞一般滑面深度不大，但其影響范圍往往很大，距路線上百米的地方都能有影響，整治難度較大。

2.4 高填方。有關(guān)高填方路基的高度標(biāo)準(zhǔn)目前尚無統(tǒng)一的定量指標(biāo)。《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2004) 定義高邊坡路堤為邊坡高度超過20m的路堤。 原《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 033-95)的定義為：水稻田及常年積水地帶，用細(xì)粒土填筑的路堤，高度在 6m 以上，其他地帶填土或填石路堤高度在 20m 以上稱之為高路堤 ［4］。

六河路高路堤病害主要集中發(fā)生在碳質(zhì)巖出露地區(qū)，主要表現(xiàn)為三種類型的病害：（1）高路堤段下臥軟弱夾層在加載后的不均勻沉降及滑移；（2）高路堤填土沿路基原狀土出現(xiàn)側(cè)向滑移，尤其是斜坡凹槽地段特別容易發(fā)生；（3）高路堤段一般填土高度較大，填料及施工質(zhì)量如控制不好，也容易引發(fā)填土本身的破壞變形。

2.5 路基巖溶。路基巖溶主要是發(fā)生在灰?guī)r地區(qū)的路基病害。六河路路基巖溶病害表現(xiàn)為兩種形式：（1）是路基發(fā)育有巖溶溶洞，路基開挖后溶洞有的被揭露，有的則還保留一定厚度的頂板，溶洞規(guī)模大小不一；（2）是路基巖溶溶蝕發(fā)育，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，多充填泥或無填充物。

3. 路基病害機(jī)理分析及處治技術(shù)

六河路全長約108Km，地質(zhì)條件復(fù)雜，主線路基施工總共分成十一個(gè)標(biāo)段，施工條件也是十分復(fù)雜。處理出現(xiàn)的各種路基病害時(shí)，在處理方案的選擇上首先從路基病害的機(jī)理出發(fā)，綜合考慮方案的有效性、可行性及經(jīng)濟(jì)性等因素后選取。其中有效性是指根據(jù)出現(xiàn)的病害類型，選擇安全有效的處理方案；可行性則需考慮所選擇的方案在現(xiàn)有的施工條件及工期要求下能否順利的完成；經(jīng)濟(jì)性則是本著節(jié)省投資，從經(jīng)濟(jì)合理的角度來選擇處理方案。

3.1 軟基病害分析及處治。軟基的病害主要為承載力不夠、液塑限高，填土壓實(shí)時(shí)出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，使地基很難壓實(shí)，局部含水量較高的軟基地段，在上部填土荷載下會(huì)發(fā)生固結(jié)作用，使路堤沉降量超過設(shè)計(jì)值。對(duì)于軟基路段，需要處治后才能進(jìn)行路堤填筑。六河路全線軟基厚度不大，對(duì)軟基進(jìn)行處理時(shí)，多采用換填法進(jìn)行處治，且六河路所在的河池地區(qū)素有大石山之稱，石料十分豐富，所以換填時(shí)多采用換填石的處治辦法。其中對(duì)地下水位較高段采用片石換填，對(duì)于石芽發(fā)育段用碎石換填。由于換填法施工工藝簡單，容易控制質(zhì)量，并能有效的利用當(dāng)?shù)亟ú模勇奋浕捎脫Q填法處治對(duì)于全線路基質(zhì)量、施工進(jìn)度及投資等方面都起到了積極的作用。

3.2 半填半挖病害分析及處治。由于縱向填挖交界與橫向填挖交界填土所受的約束條件不一樣，通常這兩者的病害特點(diǎn)也不相同。對(duì)于縱向填挖，其病害主要表現(xiàn)為由于不均勻沉降導(dǎo)致沿路面縱向產(chǎn)生裂縫；而對(duì)于橫向填挖，由于路基不均勻的差異沉降常常導(dǎo)致沿路面橫向產(chǎn)生裂縫及錯(cuò)臺(tái)。填挖交界路基病害問題的主要原因是填方區(qū)的土與挖方區(qū)的土的性狀有差異，導(dǎo)致路基不均勻的差異變形和路基的不均勻沉降，使上覆路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞。半填半挖病害處治時(shí)須注意以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)于挖方部分，須徹底清除不良土；（2）挖方部分須按規(guī)范要求設(shè)置反向臺(tái)階；（3）對(duì)于填方部分，填土前須對(duì)地基不良土進(jìn)行處理；（4）填土?xí)r，盡量選擇與挖方部分巖土性狀相近的填料；（5）加設(shè)土工格柵或其他加筋材料，減小不均勻沉降。

3.3 斜坡軟土病害分析及處治。六河路斜坡軟土的結(jié)構(gòu)特征可稱為“二元”結(jié)構(gòu)：即上部為軟塑狀粘土，下部為強(qiáng)～中風(fēng)化碳質(zhì)巖。上部土層含水量大，空隙、裂縫發(fā)育，透水性好，物理力學(xué)性狀差，下部碳質(zhì)巖透水性差，遇水極易軟化，容易在巖土交界面形成軟弱滑動(dòng)面。對(duì)于有斜坡軟土的地段，其上部土體在自身重力及地下水排泄時(shí)的滲透水壓力作用下，經(jīng)常沿滑動(dòng)面緩慢蠕動(dòng)，如有外部荷載干擾，更容易發(fā)生“連鎖式”滑動(dòng)破壞。

鑒于斜坡軟土危害大、處治難，六河路在設(shè)計(jì)選線時(shí)以“避”為主，對(duì)于躲不過的地段，施工時(shí)針對(duì)斜坡軟土的特點(diǎn)，主要采取以下方法處治：（1）對(duì)于填方地段，先對(duì)路基范圍內(nèi)斜坡軟土進(jìn)行換填，換填時(shí)按照半填半挖地基來處治，地面橫向坡度較陡時(shí)，在路基斜坡下側(cè)設(shè)置抗滑樁或者防滑墩等支擋結(jié)構(gòu)，做好地面排水，保證路基安全；（2）對(duì)于挖方段，開挖前先在路基斜坡上方側(cè)設(shè)置抗滑樁或者防滑墩等支擋結(jié)構(gòu)，如上方斜坡軟土范圍不大，也可考慮采用清除斜坡軟土后對(duì)下部碳質(zhì)巖進(jìn)行封水的處治辦法。

3.4 高填方路基病害分析及處治。六河路高路堤病害究其原因，主要有三種：

（1）填土前對(duì)下臥地層資料掌握不夠，或是地基處理不到位，路基填土后隨著外部荷載的增加，下臥的軟弱夾層因固結(jié)而不均勻沉降，導(dǎo)致上部路堤出現(xiàn)病害。對(duì)于這種原因引起的路基病害，就要求勘察設(shè)計(jì)時(shí)在有高填方路段布置適當(dāng)?shù)目碧焦ぷ鳎榍骞こ痰刭|(zhì)。

（2）路基原狀土與上部填土物理性狀差異大，尤其是透水性差異較大，填土一般透水性較好，下部碳質(zhì)巖透水性差且遇水極易軟化，地表水下滲后極易在巖土交界面形成軟弱層，加之在斜坡地段，極易導(dǎo)致上部填土側(cè)向滑移。對(duì)于在斜坡地段的高填方，尤其基巖為碳質(zhì)巖時(shí)，填土前須對(duì)覆蓋層進(jìn)行換填，有條件時(shí)在基底設(shè)置反向臺(tái)階，做好地表排水，有必要時(shí)還須在斜坡下側(cè)設(shè)置抗滑樁或者抗滑墩。

（3）填料及施工質(zhì)量控制不到位。針對(duì)這種情況，須加強(qiáng)施工管理，充分發(fā)揮監(jiān)理的工作職能，提高各個(gè)環(huán)節(jié)中管理及施工人員的職業(yè)素養(yǎng)。

3.5 路基巖溶病害分析及處治。 路基發(fā)育有巖溶溶洞時(shí)，當(dāng)外部荷載超過巖溶溶洞頂板所能承受的極限荷載時(shí)，頂板斷裂、巖溶塌陷，從而導(dǎo)致上部填筑的路基土體出現(xiàn)塌陷坑，進(jìn)而破壞路基及路面結(jié)構(gòu)，這種路基病害具有突發(fā)性，危害性通常很大。若溶洞較深但規(guī)模小時(shí)，可采用蓋板形式通過；溶洞較大時(shí)，通常采取揭露后回填的辦法處治；對(duì)有些范圍大，揭露困難的溶洞，則可采用布孔灌砂或碎石的方法。對(duì)于巖溶溶蝕發(fā)育的地段，由于雨水對(duì)溶蝕裂隙中的充填物進(jìn)行洗刷、搬運(yùn)，使巖溶溶蝕發(fā)育段地基出現(xiàn)“鏤空”，在外部荷載下地基容易出現(xiàn)不均勻沉降，一般采取翻挖壓實(shí)或者換填處治。

4. 結(jié)束語

路基病害形式多樣，危害大，造成路基病害的原因也比較復(fù)雜，不僅與工程地質(zhì)條件關(guān)系密切，同時(shí)也與設(shè)計(jì)施工的不當(dāng)密切相關(guān)，為此，對(duì)于路基病害的防治工作，要遵循實(shí)事求是的原則，在查明場地的工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)施工兩個(gè)角度同時(shí)分析可能產(chǎn)生的病害問題，防患于未然，才能促進(jìn)公路工程的健康發(fā)展。

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