高速公路路基塌陷成因分析及處治

李曉旭

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

我國高速公路路基工程經過多年的快速發展，取得了諸多突破，同時積累了豐富的建設經驗。但是由于路線指標要求高，必然存在大量的高填路基段落，高填路基依然是治理路基水毀的重點之一，對于高填路基加固及綜合排水就變得具有非常重要的意義。

1 工程概況

山西省龍城高速公路某路段為高填路基，該段長32 m，最大填土高度為29 m，位于路線右側。2015年8月，晉中市城區及東部山區突降暴雨，導致該段左側車道出現直徑10 m，深度約15 m的圓形塌陷坑，右側車道出現錯臺，路基路面水毀嚴重（見圖1），由于時間緊迫，保通意義重大，臨時采取回填砂礫的措施，采用半幅通車半幅設計施工的應急搶險總體思路。

2 工程地質勘察

根據現場勘察情況，本段路基上游（左側）積水較多（見圖2），溝底無排水涵洞，有一鋼筋混凝土暗板通道，路基左側為寬填，寬度約50 m，寬填高度距路基頂面約3.5 m。根據鉆孔資料結果原始路基填土厚25.5～27.5 m，巖性為粉土，含少量鈣質結核和灰白色鈣質條紋，飽水帶位于943 m標高以下填土至Q2粉質黏土間，厚7.5 m，含水量為20.0%～25.4%，孔隙比為 0.75～0.83，液性指數為 0.63～0.93。Q2粉質黏土為原有地基地層，呈堅硬-硬塑狀態，含水量為15.8%～18.9%，塑性指數為11.7～14.9，液性指數為-0.15～0.05，說明粉質黏土層物理指標正常，為相對隔水層。

圖1路面塌陷坑

圖2 路基上游沖溝積水

3 路基塌陷成因分析

a）降雨歷時長、強度大是造成高速公路路基水毀的主要原因。

通過向晉中市氣象局收集降雨資料，2015年7月31日至8月4日，榆次區東部區域連降暴雨，龍城高速公路沿線的東趙、石羊坂降雨量均超過了210 mm，蘇家莊、南合流等地降雨量達 169～191 mm，最大小時雨強東趙達71.7 mm/h，石羊坂達69.4 mm/h，南合流達65.6 mm/h，蘇家莊達54.3 mm/h。晉中市從有觀測記錄以來（1974年～2015年），歷史上日最大降雨量出現在2001年7月27日，達85.9 mm（最大小時雨強13.2 mm/h）。最大小時雨量出現在1996年7月14日17至18時，雨量（雨強）為37.8 mm/h（總降雨量為48.2 mm）。

根據晉中市氣象局提供的資料分析：本次降雨無論從日降水量，還是小時雨強，均超過了歷史極值，最大小時雨強超過了百年一遇的強度，洪峰流量超過了高速公路的防洪設防標準，本輪降雨強度大、歷時長是造成高速公路路基水毀的最主要原因。

b）沿線居民生產、生活等人為活動導致排水體系的改變是高速公路路基水毀的重要原因。

沿線居民由于生產、生活及出行的需要，填溝修路形成了眾多縱橫交錯淤地壩，將原有自然排水沖溝通道堵塞，本次降雨強度大，歷時5 d，鄉村道路等級低，在洪水的猛烈沖擊下，大部分道路被沖斷，淤地壩內的積水層層傳遞，形成了潰壩效應，大量洪水短時間內迅速積聚到了高速公路的上游，是導致路基發生水毀的重要原因。

c）由于該處高填路基設有一道4×2.7 m鋼筋混凝土暗板通道，公路施工過程中，取消了原有設計涵洞采用路基寬填的形式，導致排水不暢，也是比較重要的原因。

4 處治方案

為了不影響通車，采取了填筑砂礫保通的臨時方案，針對目前路基塌陷坑已采用碎石回填，對該段路基分幅采用高壓旋噴樁加固處治，為解決上游積水在路基滲透過程中產生的路基土體流失從而威脅公路路基安全，在路基內采用頂進法增設一道涵洞完善綜合防排水的處治方案，見圖3平面處治設計圖。

圖3 平面處治設計圖

4.1 高壓旋噴樁加固

高壓旋噴樁加固地基是公路路基處理中廣泛應用之一，高壓旋噴樁為高壓噴射注漿樁，又稱旋噴法注漿，是地基加固主要采用的一種措施，在路基加固實際工程中廣泛應用[1-3]。

4.1.1 旋噴樁加固機理

旋噴樁加固地基是將特別定制的噴射頭利用鉆孔達到指定的深度，此噴射頭上帶有一個或兩個橫向噴嘴，噴嘴直徑約2 mm，利用15 MPa以上的壓力將水泥漿通過橫向噴嘴向土中噴射水泥漿。噴射的同時，邊旋轉邊以一定的速度勻速提升鉆桿。高壓的水泥漿液依靠強大的切削能力，邊切削周圍土體邊與之攪拌，最后形成圓柱狀的水泥土加固混合體，即所謂的高壓旋噴樁[4]。

4.1.2 旋噴樁處治設計

旋噴樁噴射直徑（樁徑）為600 mm，采用梅花型布孔，孔間距1.5 m，長度以深入原地面2 m控制。漿液壓力25 MPa，漿液流量80 L/min，提升速度0.2 m/min,旋轉速度20 rpm。固結土強度要求達到3 MPa。

圖4 高壓旋噴樁處治設計圖

水泥選用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為1∶1。

漿量采用噴量法進行計算，計算公式為：

式中：Q為漿量，m3；H為噴射長度，m；q為單位時間噴漿量，m3/min；β為損失系數，通常為 0.1～0.2；v為提升速度，m/min。

根據設計要求的工藝參數，每米噴漿量為0.440 m3，每米水泥用量為333 kg。

4.2 頂推涵洞

在高速公路路面以下10.2 m處頂推涵洞一道，采用預制鋼筋混凝土圓管涵，直徑2 m，管口型式為鋼承口式，頂進時，接縫處采用鋼板內漲圈加固接口，頂管施工完畢后，需對管周進行注漿處理，采用水泥漿液,水灰比0.8∶1，并摻3%的水玻璃。

圖5 頂進涵布置圖

4.3 完善隔水、引水的綜合排水措施

a）在路基左幅坡腳外（沖溝上游）25 m處設置兩排灰土止水帷幕樁，以隔絕上游積水對路基的滲透，灰土樁樁徑為80 cm，樁間距70 cm，梅花型布設，樁長以深入原地面2.0 m控制。灰土樁灰土質量比為10%，并摻3%的水泥，樁體的平均壓實系數不小于0.96。樁頂設置2.5 m擋水墻導流，上游積水升至涵洞進口標高時，通過導流設施將水引導至涵洞后排出。

b）將高速公路路面、邊坡、邊溝產生的原匯集至沖溝上游的水，通過設置步梯式排水溝直接引導至涵洞排至沖溝下游。

5 結語

a）設計過程中應針對高填土路基塌陷病害特點，分析病害成因,按照“因地制宜、經濟合理”的原則,采取處治措施對路基塌陷病害進行綜合處治。

b）黃土沖溝地形建設高速公路時，需合理布設構造物，尤其是在高填路基設計方面，需充分考慮暴雨對路基的沖刷、滲透以及排水設施的合理性，施工時對高填路基必須嚴格控制，層層把關，高速公路運營后必須加強對高填路基的養護和安全隱患時時排查。

c）合理采用高壓旋噴樁加固地基，結合綜合防排水設計方案，可以提高地基承載力,有效地治理路基塌陷病害。