霍永高速公路路基病害專項處治

秦小超

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

霍永高速公路是山西省高速公路網規劃環、縱、橫交錯中第九橫的重要組成部分，采用四車道高速公路標準建設，設計速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m，橋涵設計汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。在其通車運營4 年間，養護部門及時養護，但仍不可避免地出現了不同程度的沉陷病害。

1.1 路基病害現狀

K50+870—K50+920 段主線路基與緊鄰的山云互通E 匝道路基產生了滑移破壞，造成主線路面產生裂縫、主線填方邊坡和E 匝道路基沉陷。

主線路基在左幅路面產生較為明顯的兩條裂縫，為1 條縱向張拉裂縫和1 條沉陷裂縫，如圖1 所示。其中張拉裂縫位于K50+870—K50+920 段靠近中央分隔帶的超車道和行車道，總體呈線狀，在白色標線附近蜿蜒擴展，總長度約50 m，寬度3～5 cm，臨時采取干拌砂填充縫漿，表面灌縫膠封閉的方法進行處治；沉陷裂縫位于K50+870—K50+900 段的緊急停車帶和行車道，呈弧狀U 形，從路基邊緣開始經行車道后至路基邊緣，總長度約35 m，裂縫寬度 3～8 cm，垂直落差 4～10 cm，形成明顯錯臺，嚴重影響行車安全。

圖1 主線路面裂縫

主線K50+870—K50+920 段左幅外側為山云互通E 匝道（填挖交界處），填方坡面為六棱塊全坡防護的路基邊坡產生沉陷，沉陷現狀為路線沉陷裂縫對應范圍內的全坡防護整體下陷，沉陷最大深度已達30 cm，靠近急流槽處的六棱塊呈現無序翹起狀態，如圖2 所示。調查期間還可以看到，主線路基邊坡坡腳有水不斷流出，出水明顯，就現場情況來看，主要原因為自然降水沿路面出現的裂縫滲入路基，然后順著水流通道從坡腳流出，主線路基很可能已經產生了局部貫通的滑裂面。另外，經調查得知，山云互通E 匝道在此之前也發生過沉陷，目前已經采用路面修復治理。

圖2 路基邊坡塌陷

1.2 工程地質條件

本路段病害路基為半挖半填路基?？辈爝^程中布設2 個鉆孔，均位于K50+886 斷面，其中ZK1 位于主線坡腳和匝道交界的平臺上，ZK2 位于主線K50+886 中線左側 9 m 處。從 ZK1 的巖芯看，0～12.4 m 是匝道回填路基素填土，0～3.5 m 為粉質黏土，軟塑；3.5～12.4 m 為粉土，稍密，稍濕 - 濕；12.4 m 以下是原地基，12.4～23.0 m 均為粉質黏土，可塑與軟塑錯層。從ZK2 巖芯看，0～2.8 m 是回填路基土，其中 0～0.9 m 為路面結構層；0.9～2.8 m 為素填土（粉質黏土），軟塑；2.8 m 以下是原地基，2.8～6.4 m 為粉質黏土，可塑；6.4～14.5 m 為粉土，稍密、稍濕- 濕；14.5～25.0 m 為粉質黏土，右上至下硬塑過渡為可塑?？辈旆秶鷥任匆娍斩春偷叵滤?。

主線路基上部2.0～2.2 m 處的樣品含水量為27.2%，液性指數為0.89；主線坡腳處樣品含水率為26.2%，液性指數0.72，抗剪強度指標C=12.2 kPa、φ=16.1°。填挖界面附近土體含水率在26.6%～27.2%之間，液性指數在0.78～0.89，抗剪強度指標C=5.3 kPa、φ=11.3°。

2 路基沉陷原因分析

從鉆孔樣芯和樣品試驗數據分析，主線路基填土和填挖界面附近土層濕軟?？辈旌驮囼灲Y果表明，該段路基可能產生兩種滑移破壞，滑移面斷面圖如圖3 所示，一是主線路基滑移從主線坡腳剪出；二是沿深部填挖界面軟弱帶產生整體式滑移，同時毀壞主線和匝道路基。

病害產生的原因是本路段經歷了4 個雨季的沖刷，較長時間的降雨夾雜強降雨天氣，雨水沿路面縫隙和截水溝薄弱部位進入路基，一部分滲入路基土體，另一部分沿填挖界面下滲，造成主線路基濕軟，并在填挖界面附近形成軟弱帶，進而降低路基承載力，路面車輛荷載和路基自重成為路基不均勻沉降明顯因素，同時此處互通匝道與主線路基緊鄰，存在明顯差異的填、挖方路基自然沉降不一，也是造成側向滑移的因素，滑移加劇使路面開裂成為必然結果。

圖3 滑移面斷面圖

3 滑坡推力計算

3.1 強度指標

滑帶土的強度指標通過選取C 值，反算φ 值確定，根據勘探和試驗結果，取γ=18.6 kN/m3為正常工況下滑體的重度，γ=20.4 kN/m3為連續降雨條件下滑體的重度，計算結果見表1 和表2。

表1 沿主線路基滑動時滑動土強度指標表

表2 沿填挖界面滑動時滑動土強度指標表

3.2 滑坡推力

由于滑裂面存在兩處可能，如圖3 所示，抗滑樁的設置位置有3 處可選，主線邊緣、匝道內側、匝道邊緣，結合布設抗滑樁的位置，采用規范[1]中要求采用的傳遞系數法，用理正軟件對上述3 處位置進行滑坡推力計算。計算結果見表3、表4 和表5。

表3 主線邊緣設抗滑樁 kN

表4 匝道內側設抗滑樁 kN

表5 匝道外側設抗滑樁 kN

由表3～表5 看出，在主線邊緣設抗滑樁時的滑坡推力為匝道內側的30%～40%，為匝道外側的35%～45%，后兩者滑坡推力值均大于1 000 kN，且非正常工況下已在2 000 kN 附近變化，過大的滑坡推力對抗滑樁樁徑和樁間距的要求較高，在此處填挖交界填方段不易操作，且根據現場調查詢問公路養護部門，得知在此次處治前，主線與匝道均已針對沉陷進行過重新攤鋪路面處理，并在較長時間里匝道路基沉陷不明顯，未觀測到不良現象出現，最終設計為將抗滑樁布設在主線路面邊緣，主要治理沿填挖結合面發生的整體式滑移破壞。

4 處治措施

鑒于路面出現明顯裂縫，路基出現滑移破壞，為了能夠快速解決出現的問題，且達到長期預防的目的，就病害問題和實測工程地質，制定抗滑樁與灰砂樁協同處治的方案，處治方案布置圖見圖4?？够瑯兑云浒踩煽啃愿撸瑢χ車h境擾動小、自身穩定性好等特性起到對滑動路基的支擋作用[2]，灰砂樁以生石灰的物理化學性質對路基土起到降低含水率、提高密實度的作用[3]。

根據滑坡推力計算結果，沿路線K50+870—K50+900 段左幅距路基邊緣0.5 m 處設置1 排抗滑樁，17 根，樁長17 m，樁徑1.5 m，樁中心距 3.0 m?？够瑯犊v向鋼筋為直徑32 mm 的HRB400 鋼筋，樁身采用C30 混凝土澆注，混凝土骨料粒徑不大于60 mm，水泥采用強度等級為42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥，自下而上振搗澆注。同時布設5～6 排灰砂樁，降低路基土含水量，灰砂樁樁長12 m，樁徑40 cm，按照梅花型布置，樁中心距1.2 m?；疑皹短钪疑绑w積比為7∶3，石灰采用生石灰，砂采用級配良好的中粗砂；樁頂1 m 采用C20 水泥混凝土搗實封頂?？够瑯杜c灰砂樁布設完畢后，將左幅路面銑刨至路面基層頂部，重新鋪筑路面結構。

圖4 處治方案平面布置圖

5 結論

高速公路在運營期間由于各種因素可能會發生不同程度的病害，通過現場調查，結合路基病害和鉆孔勘探資料，進行穩定性計算分析，對霍永高速公路K50+870—K50+920 段左幅路基沉陷提出針對性的處治措施，現此路段車輛通行狀況良好。

a）降雨雨水沿路面縫隙下滲使路基土濕軟、承載力下降是路基發生沉陷，進而路面出現張拉裂縫的主要原因。

b）抗滑樁與灰砂樁協同處治路基沉陷，能夠充分發揮兩者特有的性質，進而以較小擾動，較大程度解決填挖結合路基填方段路基沉陷病害。