貴州山區高速公路路基工程水毀病害綜合治理措施探討

李 陽，滕梓檬

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽市 550001)

1 工程概況

1.1 公路概況

某高速公路于2009年12月開工建設，2013年12月建成通車。全線采用雙向四車道，設計車速80km/h，路基寬度為24.5m。

該高速公路K1343+650～K1343+900段上行路基以填方形式通過，最大填高約16.8m，其中K1343+650～K1343+720、K1343+780～K1343+840段采用抗滑樁+錨索+擋土板進行支擋，其余段落均采用路肩墻進行支擋[1]，見圖1。

圖1 K1343+650～K1343+900段路基全貌

1.2 水毀路基概況

2017年8月，該段路基樁板墻邊緣出現輕微沉降、開裂等現象。2019年6月，沉降及開裂現象加劇，抗滑樁露出地面位置出現斜向剪裂縫、樁頂及樁身出現不同程度的開裂現象，裂縫最寬約1.2mm，最長約2.3m，路邊緣最大外傾約43cm，樁板墻后側路面出現縱向裂縫及下沉等，見圖2、圖3。

圖2 地表裂縫

圖3 樁頂開裂

2 水毀路基勘察及檢測

2.1 工程地質勘察

2.1.1地形地貌

場區地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，位于銅仁地區銅仁市壩黃鎮木弄村境內，場區附近海拔277.10～385.10m，相對高差108.00m，地貌類型屬侵蝕-剝蝕型低山地貌。植被較發育，多為灌木及耕地作物。

2.1.2地層巖性

(1)人工填土：為高速公路路基填筑土，雜色，結構密實，成分主要為碎塊石土。

強風化粉砂質泥巖：灰黃色，薄至中厚層狀，節理發育，沿節理面見紫色鐵錳質浸染，巖體破碎，巖質軟。

中風化粉砂質泥巖：灰、深灰色，薄至中厚層狀，節理多不發育，沿節理面見紫色鐵錳質浸染，巖體較完整，巖質較軟。

2.1.3路基病害概況

該段路基以填方形式通過，后緣山體規模較大，匯水面積大，雨季水量豐沛。坡面發育數條沖溝，雨季水量較大，屬典型雨源型溪溝。同時，K1343+810處抗滑樁前側分布有一池塘。

2019年6月，該段路基病害加劇，具體如下：

(1)K1343+650～K1343+720段路邊緣及行車道出現縱向裂縫，裂縫長約12m，抗滑樁露出地面位置出現斜向剪裂縫、樁頂及樁身不同程度地出現開裂現象，裂縫最寬約1.2mm，最長約2.1m，路基邊緣外傾約20cm。

(2)K1343+780～K1343+840段上行線行車道出現縱向裂縫、下行線超車道位置出現縱向裂縫，裂縫長約15m；抗滑樁露出地面位置出現斜向剪裂縫，樁頂及樁身不同程度的出現開裂現象，裂縫最長約2.4m，裂縫最寬約1.2mm；路邊緣路面下沉約7cm，路邊緣最大外傾約43cm。

圖4中：黑色箭頭為水體匯流方向；抗滑樁變形區黑色矩形為檢測受損抗滑樁；L1、L2、L3為實例地表裂縫。

圖4 水毀段路基工程地質平面圖

2.2 工程檢測

2.2.1工程檢測結果

根據貴州某咨詢有限公司出具的《某高速公路K1343+650～900段抗滑樁檢測報告》，檢測結果如下：

(1)4#樁處路面下沉約5cm，路面中線處縱向裂縫長10m，路基邊緣外傾約20cm。

(2)18～21#樁處路基下沉約7cm，距路基邊緣約4m處路面縱向裂縫長6.5m，路基邊緣外傾約43cm。

(3)4#抗滑樁露出地面位置斜向裂縫，1號裂縫長2.1m、裂縫寬1mm；2號裂縫長2.2m、裂縫寬1.2mm；3號裂縫長1.15m、裂縫寬1.2mm。

(4)18#抗滑樁露出地面位置斜向裂縫，1號裂縫長2.3m、裂縫寬1.2mm；2號裂縫長2.5m、裂縫寬1.0mm；3號裂縫長1.5m、裂縫寬1.0mm。

(5)19#抗滑樁露出地面位置橫向裂縫，1號裂縫長0.7m、裂縫寬1.0mm；2號裂縫長0.9m、裂縫寬1.0mm。

(6)20#抗滑樁露出地面位置斜向裂縫，1號裂縫長2.2m、裂縫寬1.2mm；2號裂縫長1.0m、裂縫寬1.2mm。

(7)21#抗滑樁露出地面位置斜向裂縫，1號裂縫長2.4m、裂縫寬1.2mm；2號裂縫長1.9m、裂縫寬1.2mm。

2.2.2工程檢測結論

根據貴州某咨詢有限公司出具的《某高速公路K1343+650～900段抗滑樁檢測報告》，總體檢測結論為：由于該段路基存在下沉和外傾，抗滑樁露出地面底部出現受剪引起的斜向及橫向裂縫，同時抗滑樁錨索存在失效的可能，對該路段結構安全、行車安全存在較大隱患。

加上時值貴州降雨季節，為避免病害擴大，危及高速公路營運安全，業主單位當下已對該段路基上行線行車道及應急車道進行交通管制，并組織相關單位立即展開相關勘察設計治理工作。

3 水毀路基病害成因分析

根據綜合地質分析，病害形成原因如下：

(1)地形地貌：該段路基為填方路基，最大填高約16.8m，位于斜坡前緣，橫跨兩條溝谷，為場區地表水及地下水的主要匯流區域。

(2)地層巖性：該段路基下伏基巖為粉砂質泥巖，強風化層節理裂隙發育，易于富水，中風化層相對隔水。

(3)強降雨作用：該段路基后緣山體為蓄水構造，雨季水量豐沛；邊坡區整體為單斜地貌，匯水面積大。雨水易沿土體孔隙及節理裂隙下滲，富集于填方區域。加之路基以樁板墻的形式進行支擋，雨水下滲后無法在短時間內完全排出，極易形成靜水壓力；同時路基填料以粉砂質泥巖為主，受雨水浸泡，極易軟化、崩解，抗剪強度指標急劇降低。在靜水壓力驟增、填料強度遇水不斷降低、車輛荷載等長時間綜合作用下，樁板墻產生變形、開裂，導致路基沉降、滑移破壞，進而誘發路基失穩破壞。

4 病害綜合治理

該段路基作用于支擋體系上的力系主要有車輛荷載、主動土壓力、靜水壓力等，路基的破壞模式主要為沿填土內產生近圓弧滑移破壞[2]。

4.1 剩余下滑力計算

該段路基已產生破壞，根據K1343+814典型橫斷面(圖5)，按路面裂縫及抗滑樁剪切裂縫位置確定滑面，按穩定系數Fs=0.98進行反算，計算得滑面參數c=0、φ=28.5°。按公路路基設計規范，取安全系數K=1.35，計算得剩余下滑力E=650kN/m。

圖5 K1343+814斷面計算簡圖

4.2 側向巖土壓力計算

由于樁間擋土板上泄水孔無法將下滲雨水完全有效排出，結合場區降雨強度、路基結構特點，填方體水位按路面下3m考慮，側向巖土壓力采用水土分算方法進行計算：

(1)根據K1343+694典型橫斷面(圖6)計算得水壓力Ew=490.1kN/m、土壓力Ea=376.9kN/m，土壓力合力E=866.9kN/m。若水體能有效完全排除，計算得主動土壓力Ea=496.4kN/m。

圖6 K1343+694斷面計算簡圖

(2)根據K1343+814典型橫斷面(圖7)計算得水壓力Ew=952.2kN/m、土壓力Ea=591.8kN/m，土壓力合力E=1543.9kN/m。若水體能有效完全排除，計算的主動土壓力Ea=824kN/m。

圖7 K1343+814斷面計算簡圖

4.3 綜合治理措施

通過力學計算分析，結合病害特征分析，綜合考慮安全、工期及經濟等因素，確定該段水毀路基病害治理總體思路如圖8所示。

圖8 病害治理思路

具體治理措施為“鋼筋混凝土墻+錨索+鋼管樁+花管注漿+泄水孔+路面銑刨及路面恢復”。

(1)鋼筋混凝土墻+錨索+鋼管樁：于樁板墻前緣采用鋼筋混凝土墻+錨索+鋼管樁進行加固，設計鋼管樁長9m，縱橫間距均為0.8m(其中K1343+654～K1343+670段呈水平布置，共布置2排；K1343+670～K1343+720和K1343+784～K1343+840段呈梅花型布置，共布置3排)；沿路面標高以下5m設鋼筋混凝土墻+錨索進行支擋，鋼筋混凝土墻長度約122m；設計錨索(9束)錨固段長8m，分為A型(27.5m)、B型(29.5m)、C型(31.5m)、D型(33.5m)共四種，按梅花形布置。

(2)花管注漿：對樁板墻變形開裂段落路面采用鋼花管注漿進行加固，鋼花管長6m，縱橫間距均為1m，共計4排。

(3)泄水孔：對原樁間擋土板施鉆增設泄水孔進行排水，間距2m，呈梅花型布置。

(4)路面洗刨及恢復：對水毀段路基路面進行洗刨及恢復，長約122m。

總體布置如圖9所示。經驗算，邊坡穩定性系數滿足規范要求。

圖9 橫斷面大樣圖(黑色加粗部分為治理措施)

5 結語

以貴州地區某高速公路水毀路基工程為實例，通過勘察，結合計算與分析，提出了鋼筋混凝土墻+錨索+鋼管樁+花管注漿+泄水孔+路面銑刨及路面恢復的綜合治理措施，不僅為類似病害工程的治理積累了經驗，也提供了借鑒。