北方黃土地區(qū)高速公路運營期路面沉陷分析及處理

王 穎

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)

項目位于北方黃土地區(qū)，路線全長275 km，于2008年年底建成通車，通車后有多處路段發(fā)生不同程度的路面沉陷病害。

1 沉陷統(tǒng)計

全線發(fā)現(xiàn)路線沉陷一共77 處。其中路面沉陷路段位于黃土地基段落共57 處，占總段落的74%，非黃土地基沉陷段落共20 處，占總段落的26%。

路面沉陷現(xiàn)象主要集中在沖溝以及填挖交界和構(gòu)造物臺后。路面沉陷現(xiàn)象位于沖溝路段55 處，占總量的71.4%，其中位于黃土沖溝路段43 處，位于非黃土沖溝路段12 處。路面沉陷現(xiàn)象位于填挖交界11 處，占總量的14.3%，路面沉陷現(xiàn)象位于構(gòu)造物臺后11 處，占總量的14.3%。

多數(shù)路面沉陷變形量在4 ～8 cm 之間;有3 處出現(xiàn)硬路肩下沉較大(10 ～16 cm)和掰裂現(xiàn)象。

2 沉陷原因分析

路面沉陷現(xiàn)象出現(xiàn)在主要集中在沖溝以及填挖交界和構(gòu)造物臺后，而且大部分出現(xiàn)在黃土地區(qū)。這些特殊部位的施工質(zhì)量以及水的影響是引起沉陷現(xiàn)象的主要原因。而黃土對水的敏感性更為強烈，這也是路面沉陷多出現(xiàn)在黃土地區(qū)的原因之一。

經(jīng)調(diào)查無論是在黃土區(qū)還是非黃土區(qū)，破壞嚴(yán)重的部位多位于原沖溝溝壁的位置，有較為明顯的差異沉降。原設(shè)計對于沖溝的處理十分重視，要求對于迎水面采用漿砌片石護(hù)坡和設(shè)置隔水墻等防護(hù)措施;對于溝壁采用1:1 放坡后挖設(shè)臺階進(jìn)行強夯處理，對黃土溝底重點進(jìn)行了強夯或灰土樁處理。但在實際施工中，由于沖溝深度大、溝壁陡立，施工單位為方便施工，難以按照設(shè)計要求執(zhí)行，特別是對于溝壁，多位于填挖結(jié)合部，常常處理不到位，而且填筑質(zhì)量又難以保證，難以壓實;加上開始運營以來沖溝及填挖結(jié)合部挖方段匯水影響，使得這些部位地基以及鄰近填方邊坡長期受水浸泡軟化，局部處理不到位的黃土地基還可能產(chǎn)生濕陷，造成填方邊坡松散塌肩及路面的沉陷。

行車道及硬路肩的沉陷也反映出路基坡腳受水影響程度增加。少量病害復(fù)發(fā)現(xiàn)象的存在，說明隨著運營時間的延長，路基壓實不足等施工質(zhì)量問題仍會延續(xù)。

3 路面沉陷處理方案論證

3.1 運營期路面沉陷的主要處理方案比較論述

在高速公路建設(shè)期，處理地基沉陷問題的方案多、效果好，對黃土地基，可根據(jù)濕陷等級和所處部位采用擠密灰土樁、強夯、沖擊碾、挖槽浸水等處理，對于路基填筑，可選擇優(yōu)良路基填料、采用強夯、沖擊碾等加強壓實，設(shè)置路基底部隔水墊層，設(shè)置縱橫向盲滲溝等很多方式處理，達(dá)到減少路面沉陷的目的。但是，在高速公路運營期，受保證通車、維修時間短和社會影響大等因素影響，很多有效的處理措施難以實施，例如對于路基和地基產(chǎn)生問題造成的沉陷，一般不可能采用開槽處理地基和路基，因此處理的手段較少而且代價較大。在不挖除原有路基路面的基礎(chǔ)上有效的加固路基和地基，由于路基路面的阻隔，一般用于后期處理的主要有壓力灌漿和高壓旋噴樁處理兩種。

根據(jù)幾年來對本項目沉陷治理的經(jīng)驗積累，并結(jié)合河北、山西及甘肅等省份黃土地區(qū)高速公路的治理經(jīng)驗，選取調(diào)查重點，分析沉陷原因，提出幾種行之有效的運營期處理方案。

3.1.1 路面銑刨加鋪處理

對于所有路面沉陷路段，為了保證通行服務(wù)水平，路面的銑刨加鋪是必要的，但路面加鋪是治標(biāo)不治本的措施，一般應(yīng)結(jié)合其他處理措施一同采用。對于由于路基填壓不實或路面荷載造成的沉陷有效性較高。

3.1.2 排水防護(hù)措施治理水的影響

針對路基填料性質(zhì)差，易水毀的特點，應(yīng)及時恢復(fù)排水防護(hù)措施并適當(dāng)增加引排水和隔水措施。對于路基邊坡沖蝕毀壞的必須及時采用草筋土恢復(fù)邊坡并采取一定排水防護(hù)措施保證邊坡穩(wěn)定;對于填挖交界急流槽、填挖方邊溝和泄水槽急流槽等排水構(gòu)造物沖毀凹陷脫空的，必須及時修復(fù)調(diào)坡和充填密實;對于沖溝、有溝渠路段積水發(fā)生的，應(yīng)及時設(shè)置排水溝或改溝等引排設(shè)施防止路基部位積水，設(shè)置隔水墻、灰土墊層及漿砌護(hù)坡等防水。針對病害原因采用合理排水防護(hù)措施是治理和預(yù)防路面沉陷最為經(jīng)濟(jì)的措施。

3.1.3 壓力注漿處理路基

壓力注漿主要處理路基引起的路面沉陷問題，如路基填壓不實、搭板下脫空以及凍脹引起的開裂隆起等。需要注意的是注漿不是對于所有的路基填料均適用，壓力灌漿如采用常規(guī)的水泥漿難以灌入0.2 mm 的縫隙內(nèi)，工程效果受填料的影響較大。對于粘土粉土含量高的路基填料可改為采用高壓旋噴樁處理。

3.1.4 高壓旋噴樁處理路基和地基

高壓旋噴樁以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。施工占地少、振動小、噪音較低，但容易污染環(huán)境，成本較高，適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。高壓旋噴樁的成樁后狀況與水泥濕噴樁類似，均是形成水泥土樁體，只是旋噴樁通過高壓噴射破壞土體成樁，濕噴樁通過葉片攪拌土體成樁，水泥攪拌樁的處理深度較小(15 m 以內(nèi))，而旋噴樁一般可達(dá)30 m 以上。經(jīng)實踐，高壓旋噴樁處理地基和路基效果良好，但造價較高，一般建議對于沉陷較嚴(yán)重的黃土地基路段采用。

3.2 本項目路面沉陷治理方案論述

處理方案的選用應(yīng)綜合考慮、動態(tài)觀測、被動選用。因為如果采用壓力注漿、高壓旋噴樁或開挖路面采用其他復(fù)合樁體，能解決已發(fā)生路段的大多數(shù)沉陷問題，但社會影響大、工程費用高，況且黃土地區(qū)的沉陷具有突發(fā)性和偶然性，也不能預(yù)見其它路段何時沉陷。建議的處理原則是首先評定沉陷病害的嚴(yán)重程度，對于嚴(yán)重和較嚴(yán)重堅持重點分析原因，如果需要則增加深部處理，對于一般沉陷逐一分析持續(xù)觀測，先加鋪處理保證通行安全，如果處理后仍產(chǎn)生較大沉降的個別路段再重點分析，如果需要則深部處理。對于沉陷輕微的應(yīng)持續(xù)觀測，待雨季過后再根據(jù)情況是否需要處理。對于存在水毀的路段無論沉陷病害嚴(yán)重程度均應(yīng)盡快處理。

養(yǎng)護(hù)預(yù)防措施:針對全線的排水措施和路緣石應(yīng)進(jìn)行定期調(diào)查維修，防止雨季來臨后產(chǎn)生更多路段的沉陷。加鋪或未加鋪的路段均應(yīng)檢查修整土路肩和中分帶的路緣石，加鋪容易造成緣石下沉，必須及時上抬至設(shè)計高度，不能由集中排水變成散排，防止水分滲漏。對于泄水槽病害必須及時處理，防止水分沿土路肩和邊坡滲透入路基中，造成更多的沉陷病害。

3.3 路面沉陷嚴(yán)重路段治理方案

3.3.1 管理樁號K462 +100 左側(cè)(設(shè)計樁號K311 +059)

情況簡介:本路段為黃土沖溝且位于半填半挖路段，橫坡陡，黃土地基為非自重Ⅱ級，強夯處理。右側(cè)為5 m 深的挖方，挖方坡頂有黃土沖溝接邊坡急流槽直沖邊溝，2010年右側(cè)路塹邊溝嚴(yán)重沉陷，行車道及硬路肩較嚴(yán)重沉陷。2010年對右側(cè)行車道及硬路肩進(jìn)行旋噴樁處理，路面進(jìn)行加鋪處理并對凹陷邊溝調(diào)整縱坡，溝壁用混凝土封閉，防止凹陷邊溝積水。經(jīng)過以上措施處理，到目前右側(cè)路面未沉陷，狀況良好。左側(cè)為沖溝高填方路段，且位于填挖方交界，大樁號的挖方路界水沖刷填方邊坡，填方坡腳位于沖溝溝頭。2010年橋臺左半幅管理樁號K462 +050 ～085 路基有7 cm 的沉陷，在行車道及硬路肩打設(shè)旋噴樁結(jié)合路面加鋪處理，目前未沉陷，說明旋噴樁處理效果好。本次沉陷范圍為K462 +100 ～123 左側(cè)，從行車道向硬路肩出現(xiàn)環(huán)形裂縫，硬路肩沉陷深度10 cm。

原因分析:目前沉陷部位發(fā)生填挖交界處，急流槽和邊坡泄水槽已破損，填方邊坡也多處被水流沖成溝，加鋪路面已與路緣石齊平，導(dǎo)致路面水散排，邊坡及路面匯水對路基邊坡和坡腳的浸泡沖刷，導(dǎo)致邊坡松軟塌腰，牽引路面開裂。

擬處理措施:對于行車道硬路肩、邊坡至邊溝進(jìn)行旋噴樁深部處理，修整填挖交界急流槽和邊坡泄水槽防滲漏，抬高路緣石恢復(fù)為集中排水。

3.3.2 管理樁號K463 +940 左右側(cè)(設(shè)計樁號K312 +899)

情況簡介:本路段位于非自重Ⅱ級黃土沖溝路段，右側(cè)同時為填挖交界處。目前沉陷深度16 cm，硬路肩最為嚴(yán)重，橫向延伸至左幅路基超車道位置。

原因分析:通車兩年后首次發(fā)生的右幅路基沉陷且沉陷量較大，說明路基受右側(cè)沖溝及填挖交界急流槽水流的長期影響，導(dǎo)致黃土地基局部濕陷，體現(xiàn)為右幅外側(cè)沉陷多，左幅小。處理關(guān)鍵一是防止沖溝及挖方段匯水對右幅路基的浸泡沖刷，二是對黃土地基進(jìn)行處理。

擬處理措施:首先在右幅路基坡腳設(shè)置隔水墻，將直沖路基的沖溝沿右側(cè)坡腳外進(jìn)行改溝排入大樁號側(cè)的暗板橋中，對沉陷的路面及邊坡進(jìn)行旋噴樁處理，處理深度應(yīng)達(dá)到濕陷性黃土地基底部。最后進(jìn)行路面加鋪。

4 結(jié)束語

高速公路運營期處理路面沉陷的工作是長期的和艱巨的，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗，形成成套的理論和對策，按照發(fā)生原因盡量加以預(yù)防，將沉陷的危害降到較低水平，同時以較低的經(jīng)濟(jì)付出取得較理想的治理效果。