某高速公路路基沉陷綜合處治設計

鄭亞強

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著高速公路的建設和發展，取得了一批優秀的設計、施工工程，但是也存在一些質量較差的工程，出現較多質量通病問題，如橋臺不均勻沉降、橋臺在荷載作用下的推移、橋頭跳車、路基沉降、路面開裂、邊坡滑塌、隧道拱頂漏水等，其中路基沉降和路面開裂出現的頻率較高。由于路基及地基的不均勻沉降，造成路面出現縱橫向裂縫或錯臺，降低了高速公路的通行能力，影響了行車的舒適性，給行車帶來了較大的安全隱患，是公路工程建設和管理必須重視和解決的問題之一。

1 工程概況

某高速公路采用雙向四車道設計標準，設計速度80 km/h，中央分隔帶采用硬化，路緣石采用齊平式。通車試運營后K127+582—K127+668（設計里程為K26+840—K26+940段）路段出現左幅路面沉降、左側路肩擋墻部分開裂及右幅路面出現開裂等情況，沉降變形超過設計允許值范圍，影響了行車的舒適性，降低了高速公路的通行能力，對行車造成極大的安全隱患。根據勘察結果，路基沉陷涉及的地層為填土、粉土和粉質黏土。填土多為粉土，濕，稍密，壓實性較差。當排水較差時，雨水浸泡產生軟弱路基，從標準貫入試驗數據來看不同深度其密實度差異較大，擊數多介于5～15擊之間，局部進尺較快；粉土，黃褐色，濕，中密，土質不均，含少量礫石。粉質黏土，紅褐色，堅硬，土質較均勻，干強度高，局部有鈣質結核。

2 沉陷原因分析

2.1 原設計情況與路基病害現狀

本路段路基位于黃土覆蓋中低山區，線路穿越溝谷。K26+840—K26+940段為縱橫向半填半挖路基，地面橫坡為1∶2.3～1∶2.8，基本屬于陡坡路基。根據路段所處的實際情況并經過邊坡穩定分析后，原設計K26+840—K26+934段左側設置路肩式擋土墻進行支擋，墻高7.5～10 m，同時對原地面橫坡開挖臺階處理，臺階寬度不小于2 m，并設置向內傾4%的橫坡。

經查勘，總體上左幅路基整體呈豎向沉降，外移位移較小，其中發現K26+840—K26+940段左幅路面沉陷明顯，K26+930處左幅路面發現一條寬3～5 cm橫向裂縫（橫向裂縫貫通左幅路面），裂縫處形成高約3 cm高的錯臺。沉陷位于行車道和超車道內，中央隔離帶護欄傾斜，路面裂縫整體呈環形，為沿著挖填結合部開裂，裂縫為張拉裂縫，經多次灌縫處理，沉陷仍在發育。路基沉降不僅造成路面出現裂縫和沉降，路肩擋墻也因豎向變形而出現錯裂縫，墻頂混凝土防撞墻斷裂，砌體墻體也出現裂縫。經勘探K26+840—K26+934段擋墻墻趾平臺處地下水豐富，探井開挖2.5～5 m以下土體含水量較大，最大達到19%左右。

2.2 原因分析

K26+840—K26+940段位于半填半挖路段（左側為填方，右側為挖方），路線縱坡沿小樁號方向為下坡，地表水沿路基邊溝往小樁號方向排泄并流向橋下，由于路基邊溝的變形沉降破壞，產生不同寬度的裂縫，邊溝內水在排泄過程中沿邊溝裂縫下滲并侵入路基；同時，結合地質勘查情況，路基沉陷路段的地層為填土、粉土和粉質黏土，粉質黏土是良好的隔水層，水下滲進入路基內部，匯集在粉土與粉質黏土交界處，軟化該部分土體，導致該部分土體的抗剪強度大大降低，誘發路基滑移沉降，造成路面開裂破壞并產生錯臺。

圖1 病害圖

同時，K26+840—K26+940段位于超高段（左側為超高內側，右側為超高外側），且此次設有中央分隔帶開口，路面水沿超高外側流向超高內側。由于路面的開裂和中央分隔帶變形，路面水沿裂縫和中央分隔下滲，路基含水量逐步增大，進一步加速路基的沉降與錯臺。

綜上所述，造成路基沉降、路面開裂錯臺主要原因是排水設施破壞，排水不暢、地表水下滲、路基強度降低、穩定性減弱、抗剪強度大大降低。同時，路段為填挖交界處填方不密實、地基濕軟含水量較大存在粉土與粉質黏土滑動面造成路基滑移沉降。

3 處治設計

3.1 排水工程修復加固

為防止邊坡坡面雨水通過邊溝、滲溝進入路基內部，重新修筑K26+840—K26+940段右側邊溝及滲溝，同時加大加深邊溝及滲溝尺寸，邊溝尺寸改為80×80 cm、壁厚40 cm的片石混凝土，滲溝尺寸改為120×60 cm。

3.2 鋼筋混凝土樁板式擋土墻設計

考慮擋土墻存在一定的水平剪切位移，結合工程地質勘查情況，對路基進行邊坡穩定分析，分析方法采用傳遞系數法[1]。選取 K26+850、K26+870、K26+890、K26+910四個斷面進行分析，考慮正常工況和非正常工況作用下，得下滑力計算表，從表1中可知最不利剩余下滑力為160 kN，邊坡處于不穩定狀態。針對邊坡所處的穩定狀態和剩余下滑力的大小等因素，對K26+840—K26+940段路面沉陷及左側路肩擋墻下沉開裂等采取鋼筋混凝土樁板式擋墻對原擋墻進行加固處理。樁板墻[2-3]由抗滑樁和樁間擋土板組成，可用于穩定邊坡和滑坡、加固不穩定山體和其他特殊路基，能夠起到較好抗滑支擋作用，防止路基填土或山坡土體滑動。通過計算分析，本文樁板墻樁徑1.6 m，樁中心間距4.0 m，樁長24 m，樁板墻承臺內側距原擋墻外側不小于1.5 m。樁板墻與原擋土墻距中間采用C20混凝土填充至樁板墻墻頂，填充前對原擋土墻外側1.5 m范圍內地基整平并換填50 cm二八灰土。

表1 剩余下滑力計算表 kN

3.3 左幅路基開挖卸載及路肩墻墻頂修復加固

樁板墻施工前先對左幅路基沉陷區路面頂面以下4 m范圍內路基開挖卸載。對原路肩擋土墻墻頂以下3 m范圍內鑿除后，插入φ16螺紋鋼筋連接，再采用C30混凝土澆筑上部墻頂。同時在距墻頂1.25 m處設置φ 28橫向錨桿,長度為8 m，縱向間距為2 m。

3.4 排水滲溝設計

對K26+840—K26+940段擋墻墻趾外側3.2 m外，設置寬60 cm、深3 m、長5 m排水滲溝，以降低擋墻基底下地下水影響。

3.5 仰斜排水管設計

在擋土墻排水孔位置設置3排仰斜排水管，排除路基土體內水，長度10～20 m。

3.6 高壓旋噴樁設計

高壓旋噴樁[4-5]通過高壓將漿液從噴嘴中噴射，噴射的漿液切割土體并將土體充分拌合，發生一系列化學反應，形成一定強度的增強體，增強體與周圍土體形成復合地基，從而達到加固地基，提高地基承載力。考慮路基填土密實差、含水量較大，為抑制路基繼續沉降變形，加強路基密實度，提高原地基承載力，以減小路基進一步沉降，對路面頂面以下4 m范圍內路基開挖卸載，路基開挖卸載后采用高壓旋噴樁進行處治。

4 監測

在 K26+850、K26+870、K26+890、K26+910 斷面防撞墻頂上分別設置4個沉降觀測樁、樁板墻頂分別設置4個位移觀測樁，監測周期不少于1年。

5 施工注意事項

a）做到動態設計，動態施工。施工過程中，核對地質資料，核實滑移面位置，如果發現與設計存在偏差，應停止施工，及時反饋設計方，調整設計方案。

b）施工前應先清理場地，并對鋼筋混凝土樁板式擋墻樁位進行施工放樣。鋼筋混凝土樁施工應遵循從兩端向中間靠攏的原則跳槽施工，待先施工的樁身混凝土灌注完成后，再施工剩余樁。混凝土攪拌設備需有備用，確保樁身混凝土一次澆筑成型。待抗滑樁達到設計強度75%后，再施工承臺及擋墻，施工時參照相關技術規范執行。

c）按照設計要求順序施工，做好施工期間和運營期變形及位移觀測。

d）鋼筋混凝土樁施工應準確核定樁位坐標、樁的垂直度等相關指標。

e）確保坡面上截排水設施的完善，保證排水通暢。同時修筑排水設施時，設施基底必須壓實，壓實度不小于90%，防止排水設施不均勻沉降斷裂，影響正常排水。

f）建立安全管理系統，確保施工人員安全。

6 結語

路基設計中排水設計是一個很重要的設計環節，它關系到路基的強度和穩定性。在山區高速公路，深挖方路基邊坡和縱橫向填挖交界路基出現更加頻繁情況下更應該注重排水設計。針對本文出現的路基不均勻沉降和路面錯臺，仔細分析破壞產生的原因，采用加固處治和完善排水設施相結合的綜合處治手段，最終成功地控制路基沉降和路基的滑移，取得良好的處治效果。