黃土山區(qū)高速公路路基沉陷分析及處治設(shè)計研究

崔曉如

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

由于黃土具有垂直節(jié)理發(fā)育、濕陷性等特點，雨水很容易沿著各種節(jié)理、裂隙滲入黃土路基，在長期雨水的作用下，黃土山區(qū)路基往往產(chǎn)生嚴(yán)重的沉陷病害。黃土山區(qū)某高速公路一半填半挖路段出現(xiàn)左幅路基不均勻沉降、左側(cè)路肩擋墻部分開裂等情況。加之夏季持續(xù)暴雨影響，左幅路基變形開始加劇，導(dǎo)致路面出現(xiàn)縱向拉裂縫，裂縫持續(xù)發(fā)育同時伴隨雨水灌入，導(dǎo)致左幅路基出現(xiàn)明顯沉陷、擋墻墻頂防撞墻開裂。

1 區(qū)域自然地理及工程地質(zhì)條件

1.1 地形、地貌

該路段屬典型的黃土山區(qū)，地層主要為第四紀(jì)全新世Q4、Q3黃土狀黏性土及晚更新世Q3新黃土組成，屬沖積、坡積、風(fēng)積等成因，顆粒成分以粉粒為主，呈堅硬、硬塑狀態(tài)，顏色為灰黃、褐黃、紅黃等色，土質(zhì)均勻，巨大孔隙，具有垂直節(jié)理發(fā)育、多孔性、易沖刷、濕陷性等特點[1]。該段地形起伏極大，受構(gòu)造活動和水流侵蝕作用的影響，地形切割劇烈，河谷發(fā)育，溝壑縱橫，依據(jù)地貌成因類型及其顯示特征，該段屬黃土覆蓋中低山區(qū)地貌單元。

1.2 地層分布、巖性及特征

根據(jù)勘察結(jié)果，路基沉陷段涉及的地層為粉土、碎石土、粉質(zhì)黏土。

鉆孔揭露的地層特征見表1所示。

表1 黃土路基沉陷區(qū)鉆孔地層特征表

2 黃土路基沉陷原因分析

2.1 原設(shè)計情況與路基病害情況

該工點路基位于黃土覆蓋中低山區(qū)，路線穿越溝谷，主要為半填半挖路基。路基左側(cè)設(shè)置80 m長路肩式擋土墻，墻高6～10 m，墻身采用M10漿砌片石，擋墻基底為粉土與紅黏土，含水量較高，濕軟。墻底地基采用換填1.5 m石渣進(jìn)行處理。

路基沉陷一般過程為：路面不均勻沉降→路基沉降→路面開裂→路基下沉→路基沉陷[2]。該半填半挖路段出現(xiàn)左幅路基不均勻沉降、左側(cè)路肩擋墻部分開裂等情況。

2.2 路基沉陷原因分析

結(jié)合地質(zhì)勘查情況，路基沉陷區(qū)位于半填半挖路基段落，路基沉陷涉及的地層為填土、粉土和粉質(zhì)黏土。粉質(zhì)黏土是良好的隔水層。且填筑段下部有穩(wěn)定地下水位，水位位于粉土與粉質(zhì)黏土結(jié)合面，地下水位的存在導(dǎo)致路基濕軟。根據(jù)勘察結(jié)果，路基填筑段填土整體壓實度不足，在0.8～13.5 m平均標(biāo)貫擊數(shù)8擊。局部層位含水量較大，土質(zhì)濕軟，導(dǎo)致路基整體強度和穩(wěn)定性不足。由于右側(cè)為深挖路塹邊坡，邊溝、滲溝受暴雨影響損毀堵塞，雨水下滲進(jìn)入路基；同時大量雨水經(jīng)中央分隔帶和路面裂縫灌入路基，匯集在粉土與粉質(zhì)黏土交界處，軟化該部分土體，導(dǎo)致該部分土體的抗剪強度大大降低，誘發(fā)路基滑移沉降，并對左側(cè)擋土墻推擠，造成擋墻橫向位移；同時擋墻基底含水量較高，濕軟，造成擋墻豎向沉降。總體上左幅路基整體呈豎向沉降與側(cè)向位移并發(fā)。

綜合分析，該段路基沉陷的主要原因為：受連續(xù)暴雨影響，雨水沿著各種裂隙、節(jié)理入滲黃土路基內(nèi)部，且該路段填挖交界處填方不密實、原地基濕軟含水量較大，存在粉土與粉質(zhì)黏土滑動面造成路基滑移沉陷，并不斷往下沖蝕，使路基范圍內(nèi)黃土裂縫加深擴大，致使路基發(fā)生突然破壞。

3 黃土路基沉陷綜合處治設(shè)計

3.1 處治原則

a）安全、經(jīng)濟、環(huán)保和美觀的原則。

b）采用綜合治理的方法，一次性根治，確保運營安全。

c）信息化施工，動態(tài)化設(shè)計。

3.2 綜合處治設(shè)計方案

綜合以上分析，結(jié)合地勘資料，對左側(cè)擋土墻路基沉陷開裂采取鋼筋混凝土樁板式擋土墻加固處治，如圖1所示。樁板墻施工前先對左幅路基沉陷區(qū)路面頂面以下4 m范圍內(nèi)路基開挖卸載，路基開挖卸載后采用高壓旋噴樁進(jìn)行處治，如圖2所示，提高原地基承載力，以減小路基進(jìn)一步沉降。對左側(cè)原路肩擋土墻墻頂以下3 m范圍內(nèi)進(jìn)行鑿除，采用C30混凝土重新澆筑上部墻頂，同時在距墻頂1.25 m處設(shè)置φ28橫向錨桿，長度為8 m，縱向間距為2 m。待旋噴樁與路肩擋土墻墻頂施工完畢后對開挖區(qū)采用砂礫回填并分層夯實，壓實度大于等于96%，最后重新鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。

圖1 樁板式擋土墻加固處治設(shè)計

圖2 高壓旋噴樁加固路基處治設(shè)計立面圖（單位：cm）

3.2.1 排水工程修復(fù)完善

a）邊溝、滲溝修復(fù)加固 由于受連續(xù)暴雨影響，導(dǎo)致邊溝內(nèi)雜草淤泥堵塞，首先對右側(cè)邊溝及滲溝重新修筑，阻止該段高邊坡坡面雨水通過邊溝滲溝進(jìn)入路基內(nèi)部。施工時開挖溝槽后，溝底、溝壁應(yīng)夯實，方能砌筑。注意邊溝溝底應(yīng)砌成粗糙面或嵌入5～10 cm高的堅硬小石塊，用以消能和減小流速，石塊凈距10～15 cm。

b）排水滲溝設(shè)計 擋墻基底為粉土與紅黏土，含水量較高，濕軟，為降低擋墻墻底土體含水量，在原擋墻墻趾外側(cè)3.2 m外，設(shè)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。排水盲溝橫向坡度不小于3%，開挖排水滲溝時注意臨時支護基坑，開挖完成后應(yīng)盡快施工排水滲溝并及時回填。

3.2.2 樁板式擋土墻對原路肩墻加固設(shè)計

對路面沉陷及左側(cè)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(jìn)行加固處理；樁板墻鋼筋混凝土樁樁徑1.6 m，樁中心間距4.0 m，樁長24 m；樁板墻承臺內(nèi)側(cè)距原擋墻外側(cè)不小于1.5 m，樁板墻高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(cè)1.5 m范圍內(nèi)地基整平并換填50 cm二八灰土。注意樁板墻泄水孔應(yīng)與原路肩擋土墻對應(yīng)泄水孔全部連接，具體布置可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整。

3.2.3 左幅路基開挖卸載及路肩墻墻頂修復(fù)加固

樁板墻施工前先對左幅路基沉陷區(qū)路面頂面以下4 m范圍內(nèi)路基開挖卸載。對原路肩擋土墻墻頂以下3 m范圍內(nèi)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(shè)置φ28橫向錨桿，長度為8 m，縱向間距為2 m。

3.2.4 高壓旋噴樁加固設(shè)計

對左幅路基沉陷區(qū)路面頂面以下4 m范圍內(nèi)路基開挖卸載，在挖除后的平面范圍內(nèi)布置旋噴樁，與原路基填土形成復(fù)合地基[3]，提高路基承載力，防止路基進(jìn)一步下沉。

旋噴樁樁徑50 cm，樁距150 cm，排距130 cm，梅花型布置，樁長根據(jù)勘察結(jié)果按9～16 m進(jìn)行設(shè)計。固化劑采用水灰比1∶1的水泥凈漿，加固體設(shè)計強度為1.5 MPa，每延米樁身水泥含量不低于150 kg。旋噴壓力不低于20 MPa，旋噴速度20 r/min，提升速度 0.25～0.35 m/min，噴嘴直徑 2～3 mm，漿液流量50～70 L/min。

4 結(jié)語

工程實踐表明：水是黃土山區(qū)高速公路路基沉陷的主要誘因[4]，黃土路基水毀沉陷處治技術(shù)的研究已成為廣大工程技術(shù)人員的重點研究領(lǐng)域之一。本文通過對黃土山區(qū)某高速公路路基沉陷原因的具體分析，明確了黃土路基沉陷原因，有針對性地提出采取樁板式擋土墻對原擋土墻進(jìn)行加固處治，并對已沉陷路基開挖卸載后，采取高壓旋噴樁處治，與原路基填土形成復(fù)合地基，提高路基承載力；同時對該段排水系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)完善，進(jìn)一步保證了黃土路基的安全穩(wěn)定。實際實施后，處治效果良好，為今后同類工程處治提供一定借鑒作用。