某高速公路路基沉降加固處治設(shè)計(jì)

李艷明

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

1.1 原設(shè)計(jì)概況

某高速公路K110+080—K110+140段主要為填方路基，填土高度為1.2～32 m，其位于黃土沖溝溝頭處，溝頭呈U字型。本路段屬黃土殘?jiān)绷簠^(qū)地貌，原地基具有Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重濕陷。

考慮原地基Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重濕陷及路基填土高度，原設(shè)計(jì)對(duì)地基采用強(qiáng)夯處理，單點(diǎn)夯擊能為2 000 kN·m；同時(shí)對(duì)于U型深溝高填段，沿填挖交界溝壁側(cè)7 m范圍，每填高3 m采用1 000 kN·m強(qiáng)夯處理。

1.2 路基病害發(fā)展情況

圖1 工點(diǎn)病害情況及積水情況

該段路基沉降發(fā)展經(jīng)歷過(guò)3次過(guò)程，第一次路面裂縫最大寬度為8 mm，總長(zhǎng)度為6 m，未發(fā)現(xiàn)路基沉降和裂縫進(jìn)一步發(fā)展的跡象，養(yǎng)護(hù)中心采用灌封膠進(jìn)行了封閉處理；第二次路面裂縫最大寬度為10 mm，長(zhǎng)度向兩側(cè)延伸7 m，總長(zhǎng)度為20 m，養(yǎng)護(hù)中心采用灌封膠進(jìn)行了封閉處理；第三次路面裂縫長(zhǎng)度、寬度突然發(fā)生大量滑移，最大縫寬27 cm，總長(zhǎng)度為60 m，深度約4.2 m，可見(jiàn)寬度0.1～0.2 m，最大可見(jiàn)深度為0.1 m，路基產(chǎn)生了較大的沉降變形。

2 工程勘察及工程地質(zhì)條件

2.1 工程勘察

為探明路基沉降原因，本次勘察共設(shè)置5個(gè)探井，其中TJ1、TJ2、TJ3沿路面裂縫布置于行車(chē)道及硬路肩上，TJ4布置于路基坡腳處，TJ5布置于路基排水溝外側(cè)，具體位置見(jiàn)圖2。

圖2 探井位置圖

根據(jù)勘察結(jié)果，鉆孔內(nèi)未揭露穩(wěn)定地下水位，TJ1取樣土天然含水量10.8%～15.5%，TJ2取樣土天然含水量7.2%～16.6%，TJ3取樣土天然含水量8.0%～11.5%，TJ4取樣土天然含水量 18.0%～19.7%，TJ5取樣土天然含水量18.2%～22.4%。從各探井含水量可知，路面范圍內(nèi)TJ1、TJ2、TJ3的含水量相對(duì)比較正常，路基坡腳處及以外的TJ4、TJ5的含水量偏大，最大含水量達(dá)22.4%。

2.2 地層巖性

勘察期間未發(fā)現(xiàn)有影響場(chǎng)地穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用。此次勘察揭露深度20.0 m，巖性主要由瀝青、水穩(wěn)層、第四系全新統(tǒng)填土和上更新統(tǒng)粉土組成。場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平坦，分布較均勻。地層土性結(jié)合其工程地質(zhì)特征，自上而下可將土性分為以下5層：

a）瀝青 平均層厚0.2 m。

b）基層 平均層厚0.55 m。在TJ1（K110+102）處，0.3～0.35 m處有裂縫，寬度約2 cm。在TJ2（K110+120）處，裂縫寬度約 0.1～0.15 m，深度達(dá)1 m。在 TJ3（K110+138）處，裂縫寬度約 0.1 m，深度達(dá)0.4 m。該層平均厚度0.8 m。

c）填土（Q4mi）以粉土為主，回填碾壓，可見(jiàn)小石子，K110+120處5 m回填土較濕。該層平均厚度9.16 m。

d）粉土（Q3eol）淺黃色-紅褐色，稍濕，稍密-中密，可見(jiàn)白色菌絲。具濕陷性。該層平均層厚4.5 m，承載力為100 kPa。

e）粉土（Q31al）淺黃色-紅褐色，稍濕，密實(shí)，可見(jiàn)白色菌絲。該層未揭穿，承載力為120 kPa。

3 路基沉陷原因分析

據(jù)該高速公路原設(shè)計(jì)文件可知，原設(shè)計(jì)中的填挖交界線貫穿整幅路基。路基沉降區(qū)位于原設(shè)計(jì)中的填挖交界線以左（路線前進(jìn)方向）的行車(chē)道、硬路肩及土路肩內(nèi)，沉降裂縫邊界離填挖交界線最近距離7～8 m，且沉降區(qū)域只發(fā)生在左側(cè)路基上，右側(cè)路基未發(fā)生沉降，由此可排除路基沿填挖交界線產(chǎn)生不均勻沉降。

圖3 路基沉降位置圖

依據(jù)勘察報(bào)告，該段地基屬Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重濕陷黃土，濕陷性黃土在天然含水量時(shí)，往往具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，但受水浸濕后抗剪強(qiáng)度大幅降低，承載力下降。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，路基左側(cè)為黃土沖溝溝頭，近年來(lái)逐漸成為村垃圾場(chǎng)，雨水較大時(shí)是村里的泄洪通道，由于下游溝口標(biāo)高相對(duì)較高，洪水常常蓄積于路基外側(cè)，據(jù)管理人員介紹，特大降雨時(shí)路基外側(cè)蓄水曾淹過(guò)高速公路排水溝頂。

排水溝外土體部分為松散填土形成，路基外側(cè)積水容易沿填土下滲；同時(shí)，路基外側(cè)存在落水洞，積水易沿落水洞下滲并侵蝕路基。

依據(jù)TJ1～TJ5天然含水量數(shù)值可知，路面范圍內(nèi)探井土體含水量相對(duì)較小，而路基坡腳處及外側(cè)探井土體含水量一般大于18%，路基坡腳土體受水浸濕而承載力下降是造成路基沉陷的主要原因。

4 路基沉降處治設(shè)計(jì)

針對(duì)不同原因的路基沉降，結(jié)合路基所處地形地貌、地質(zhì)情況與水文情況、處治加固施工難易程度等因素，一般工程上采用注漿加固[1-2]、劈裂注漿加固[3]、高壓旋噴樁加固[4-5]、局部開(kāi)挖回填等工程措施對(duì)路基沉降進(jìn)行處治設(shè)計(jì)。

根據(jù)勘察結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)情況及路基沉陷原因等考慮，選取合理處治方案。其一由于路基含水率偏大，注漿加固及劈裂注漿加固處治路基沉降效果相對(duì)較差；其二現(xiàn)高速公路處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，且路基填土高度較高，故排除路基開(kāi)挖回填處治路基沉降，綜合考慮對(duì)本路基沉降路段采用高壓旋噴樁加固和線外排水工程綜合處治。

4.1 加固處治設(shè)計(jì)

采用高壓旋噴樁對(duì)沉陷路基進(jìn)行加固，旋噴樁樁徑50 cm，樁距150 cm，排距130 cm，梅花型布置，樁伸入原地面下500 cm。固化劑采用水灰比1∶1的水泥凈漿，水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，加固體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.0 MPa，樁身每米水泥用量不小于200 kg。旋噴壓力為大于等于 25 MPa，旋噴速度 16～20 r/min，提升速度0.20～0.25 m/min，噴嘴直徑2～3 mm，漿液流量80～120 L/min。采用粉土（Q31al）作為高壓旋噴樁持力層。在裂縫外側(cè)（超車(chē)道內(nèi)）布置2排高壓旋噴樁，裂縫內(nèi)側(cè)布置5排（行車(chē)道2排，硬路肩3排）高壓旋噴樁；同時(shí)，為防止路基外側(cè)水再次侵入路基坡腳內(nèi)，對(duì)路基排水溝外1.5 m處設(shè)置1排高壓旋噴帷幕樁，帷幕樁搭接寬度為1/3樁徑，處治范圍K110+072—K110+148段，其他參數(shù)同加固樁。

4.2 排水工程設(shè)計(jì)

在村道匯水處設(shè)置急流槽，急流槽出水口連接新建（100×100）cm矩形排水溝，矩形排水溝下設(shè)10 cm 6%灰土墊層。矩形排水溝沿右側(cè)山坡腳布設(shè)并順接到K110+000處路基排水溝。

對(duì)現(xiàn)有路基排水溝沉陷部分進(jìn)行修復(fù)抬高，確保路基排水溝排水通暢，防止排水溝水在沉陷部位蓄積而繼續(xù)下滲侵蝕路基。

同時(shí)，對(duì)匯水處垃圾進(jìn)行清理，并對(duì)其采用植樹(shù)綠化，在鄰近新建排水溝處設(shè)置喇叭口，確保匯水順利流入新建排水溝。

在硬化場(chǎng)地下游處設(shè)置30 m攔渣矮墻，防止垃圾進(jìn)入路基排水溝。

4.3 路面工程

按原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)圖恢復(fù)上中瀝青面層（4 cm AC-13改性瀝青混凝土上面層+6 cm AC-20瀝青混凝土中面層）。

5 交通組織安全設(shè)計(jì)

由于施工時(shí)基本涉及左側(cè)整幅路基，施工不存在通行條件，需提前從中央分隔帶開(kāi)口處改道右側(cè)路基逆向行駛。施工前做好臨時(shí)交通組織，設(shè)置警示、指示及隔離設(shè)施等安全實(shí)施，確保通行安全和通暢。拆除現(xiàn)已沉降變形的波形護(hù)欄，待施工完畢后重新修筑三波式護(hù)欄。

6 結(jié)語(yǔ)

在黃土地區(qū)，路基排水設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，每年因排水設(shè)施破壞造成路基沉降、路面開(kāi)裂、邊坡滑塌等案例很多，需引起注意。本文以高速公路路基沉降路段為依托，通過(guò)勘察并分析其原因，經(jīng)比選設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁加固路基沉降路段，同時(shí)完善線外排水工程，成功控制路基沉降變形，取得良好的處治加固效果。