太舊高速公路路基變形病害處治

郭萬林

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

太舊高速公路K417+455—K417+540段，屬半填半挖路段，左幅路基以挖方為主，右幅路基為填方。2012年夏季以來，右幅填方段路面出現多條縱向沉降裂縫，主裂縫主要分布于K417+460—K417+485段的行車道，裂縫寬度2～3 cm，總體走向基本平行路線方向。

1 工程地質條件

1.1 地形地貌

本段北側為白馬河支流的東河河床及Ⅰ級階地，南側為黃土丘陵，表現為黃土梁、峁及沖溝，勘察區位于東河河床和黃土丘陵之間的斜坡地帶。由于太舊高速公路施工，目前路基北側為20 m左右的高路堤邊坡，路基南側由于挖方取土已形成一塊小平地。地形為北低南高，海拔高程介于1 039.19～1 094.15 m，相對高差54.96 m。

1.2 地層巖性

根據地質調查、鉆探揭露，勘察區出露地層為第四系下更新統泥河灣組（Q1n）、中更新統離石組（Q2l）及全新統選仁組（Q4x）。其中第四系下更新統泥河灣組（Q1n）為勘察區主要地層，巖性為淡紅色、褐紫色亞黏土、黏土夾灰白色粉細砂層，沉積相屬湖積環境，厚度大于40 m，分布于挖方路基及填方路基下部。

1.3 地質構造

勘察區位于沁水塊坳最大的次級構造單元沾尚—武鄉—陽城北北東向褶帶的北部。該褶帶是沁水塊坳的主體，構造相對簡單，由一系列不同級別褶皺組成的寬緩復式向斜，勘察區屬黃土覆蓋丘陵區，受構造影響不大。

1.4 地震烈度

根據GB18306—2001圖A1《中國地震動峰值加速度區劃圖》，勘察區地震動峰值加速度為0.10，地震基本烈度為Ⅶ度。

1.5 水文地質

勘察區位于白馬河支流東河南岸，東河屬季節性河流，平時為上游工礦企業排出的生產、生活污水，汛期常造成洪澇災害。鉆孔揭示，該段路基內存在地下水，地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，含水層為粉細砂層，厚0.6～1.2 m，水位標高1 048.0～1 351.0 m，其補給來源為大氣降水。地下水是引起路基沉降變形的主要原因。

2 路基變形原因分析

該段為半填半挖路基，左幅路基以挖方為主，右幅路基為填方，填方路堤坡高20 m左右，填土厚度12～15 m，填土以下原地面橫坡坡度約1∶3，屬陡坡路堤。根據鉆探揭示，路基下9～12 m之間普遍夾有1～2層粉細砂，雨季豐水期間，受大氣降水直接下滲及路基南側山體地下水的側向補給，形成地下水，使路基局部土體浸泡，軟化，強度降低，因而引起路基沉降變形。

a）該段路基下存在含水層，雨季期間受大氣降水直接下滲及路基南側山體地下水的側向補給，形成地下水，使路基局部土體軟化，造成路基沉降變形。

b）受地下水的長期影響及河水的侵蝕、沖刷，可能造成路堤邊坡連同軟弱層沿填挖交界處的滑塌。

3 穩定性驗算及推力計算

3.1 基本力系

滑坡推力計算時，在滑動面變坡點將滑體分成若干塊，從最上一塊起，逐塊計算其剩余下滑力，最后一塊的剩余下滑力就是整個滑坡的下滑力[1]。

圖1 作用于滑體分塊的基本力系

式中：En為第n個條塊的剩余下滑力，kN/m；Tn為第n 個條塊 Gn的切線下滑力，kN/m，Tn=Gnsinαn；Nn為第 n 個條塊 Gn的法線分力，kN/m，Gn=Gncosαn；αn，αn-1為第n、（n-1）個條塊所在折線段滑面的傾角，（°）；φn為第n個條塊滑面上的內摩擦角，（°）；cn為第n個條塊滑面上的單位黏聚力，kPa；Ln為第n個條塊分段的長度，m；En-1為第（n-1）個條塊傳遞下來的剩余下滑力，kN/m。

3.2 計算參數的選擇

滑動面抗剪強度參數的準確取值直接影響邊坡計算、分析的可靠性。根據路基變形情況，共布設4處鉆孔，分別位于K417+495和K417+462斷面，選擇這兩個斷面，假定c值反算φ值，再采用工程類比法參考類似滑坡滑面土的抗剪強度，綜合確定該滑坡滑面的c、φ值。

根據滑坡變形情況，設定Ks=1.0時的穩定狀態與目前滑坡狀態基本一致，即下滑力為零，滑帶土為可塑粉質黏土，假設c=5 kPa，利用公式（1），反算得φ=7.5°。

根據室內土工試驗結果，結合滑坡區上部物質組成特點，取土體的天然重度平均值γ=19.0 kN/m3。

3.3 剩余下滑力

初擬將抗滑樁置于路基左側10 m處，按安全系數1.3，利用公式（1），求得潛在滑面的剩余下滑力1 200 kN，滑面傾角6°。

4 處治措施

為不影響交通，在研究分析勘察資料的基礎上，本著“技術可行，經濟合理”和“一次處治，不留后患”的原則，提出了原路基增設抗滑樁的綜合處治措施，現說明如下。

在K417+455—K417+540段路基右側邊坡距離路基邊緣10 m處設一排抗滑樁，共18根，每根樁長18 m，樁體采用2 m×3 m的鋼筋混凝土，樁中心間距5.0 m。抗滑樁采用人工挖孔樁施工工藝，設鋼筋混凝土護壁。

為避免雨水滲入路基，應完善現有排水設施，將路基南側排水渠疏通，保證山坡雨水沿排水渠排入溝渠。

本次處治段落南側山坡植被良好，排水系統完善，滲入路基雨水較少，但為消除安全隱患，仍考慮設仰斜式排水管排除砂層可能的積水。自路基邊坡向內打入直徑10 cm的帶孔PVC管，平均長度22 m，坡度6%，管端位于填挖交界處粉砂層底。PVC管每隔5 m一道，位于2根抗滑樁中間，PVC管周圍及管端包裹滲水土工布，以防堵塞。

為避免路基坡腳和邊坡受到沖蝕，對仰斜式排水管出口之下邊坡采用漿砌片石護坡防護，護坡寬度1 m；同時在坡腳設漿砌片石護腳，護腳高度3 m，頂寬1 m，外邊坡坡率1∶0.25，內邊坡坡率為1∶0.1，埋置深度1.5 m。漿砌片石護坡及護腳均采用M7.5水泥砂漿砌MU30片石，并用M10水泥砂漿勾縫。路基處治設計圖見圖2。

圖2 路基處治設計圖

5 施工工序及方法

5.1 平整場地

由于抗滑樁在路基邊坡處進行施工，施工前應進行場地平整。路基南側由于挖方取土已形成一塊小平地，可由此進入，在路基邊坡采用填土或開挖方式，形成5 m寬的施工平臺，以保證施工能夠正常開展。

5.2 挖孔及護壁

抗滑樁樁孔采用人工開挖，在平面位置應該隔樁開挖，樁身強度不低于設計強度的75%時可開挖鄰樁，且樁孔尺寸不能夠小于設計尺寸。樁孔開挖時，應自上而下按照1 m厚度分節進行開挖。為防止塌孔，每一層土方開挖后應及時進行鋼筋混凝土護壁，下一節開挖應在上一節護壁混凝土終凝后進行[2]。

現澆混凝土護壁厚度30 cm，樁底擴大，每層護壁高度為100 cm，上下護壁搭接10 cm；每根主鋼筋應插入下層護壁內50 cm，務必使上下護壁相互拉接避免護壁因自重而拉裂。護壁混凝土模板的支撐應在混凝土強度達到能保持護壁結構不變形后方可拆除。施工過程中可根據實際情況，在混凝土護壁兩側設置斜撐、橫撐，以防止護壁變形，保證施工安全。

5.3 鋼筋籠制作

單根抗滑樁鋼筋重量為8 763.92 kg，其中面側主筋和背側主筋采用φ32的HRB335鋼筋，間距為15 cm；兩側主筋采用φ22的HRB335鋼筋，間距為40 cm；箍筋采用 φ16的 HPB235鋼筋，間距為30 cm。受力鋼筋應采用對焊接頭，接頭位置應相互錯開，在同一截面內，接頭數不超過鋼筋總的1/4，同時有接頭的截面之間的距離不小于2.5 m。鋼筋束中鋼筋需緊貼，并沿鋼筋長1～2 m點焊成束。如鋼筋籠在場外制作吊裝困難比較大，可在井下綁扎完成。綁扎前需再檢查孔內的情況，以確定孔內無塌方和沉渣。

5.4 灌注樁身混凝土

抗滑樁樁身采用C30混凝土進行灌注。灌注前，應檢查斷面凈空，清洗混凝土護壁。樁孔灌注混凝土必須連續進行，避免出現較弱的施工縫，保證混凝土的整體性和強度，并加快施工進度。

5.5 仰斜式排水管施工

待抗滑樁全部施工完畢，樁體發揮作用后，方可開挖進行仰斜式排水管的施工。排水管采用直徑10 cm的帶孔PVC管，自路基邊坡以6%的橫坡向內打入，管端位于填挖交界處粉砂層底，PVC管每隔5 m一道，位于2根抗滑樁中間，共設17道。PVC管周圍及管端包裹滲水土工布，以防堵塞。

5.6 砌筑漿砌片石護腳及護坡

為避免路基坡腳和邊坡受到沖蝕，對仰斜式排水管出口之下邊坡采用漿砌片石護坡防護，護坡寬度1 m；同時在坡腳設漿砌片石護腳，護腳高度3 m，頂寬1 m，外邊坡坡率1∶0.25，內邊坡坡率為1∶0.1，埋置深度1.5 m。漿砌片石護坡及護腳均采用M7.5水泥砂漿砌MU30片石，并用M10水泥砂漿勾縫。

6 施工注意事項

a）太舊高速公路交通量大，為確保施工安全，應在高速公路上設置明顯的交通標志，采取交通疏導措施，保證外側車道臨時封閉，內側車道通行。

b）抗滑樁采用人工挖孔施工，應派專人監測，保證施工安全。

c）抗滑樁樁孔開挖時應自兩側向中部間隔開挖，不得連續開挖。

d）抗滑樁樁身混凝土應邊灌注邊振搗，全樁混凝土應一次澆注完成。

e）抗滑樁應分節進行護壁施工，每節開挖深度為1 m，當護壁混凝土具有一定強度后才能進行下一節開挖。

f）開挖過程中若護壁發現突變或變形過大等情況，應立即停止施工，并與設計單位取得聯系以便及時處理。

7 結束語

對于路基下存在含水層的半填半挖路基，當路面出現縱向沉降裂縫時，隨著時間推移，路基易發生變形、滑塌，采用抗滑樁處理此類路基，可徹底解決，不留后患。特別需要注意的是，由于太舊高速公路交通量大，施工時應設置明顯的交通標志，確保施工安全。