高速公路特殊路堤段沉降病害分析及應對措施探討

吳 萍,農(nóng)承尚,何 平

(1.南寧高速公路建設發(fā)展有限公司,廣西 南寧 530029;2.廣西交通設計集團有限公司,廣西 南寧 530029;3.廣西路橋集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

目前,高速公路路堤填筑施工機械標準化程度高,碾壓質量有保障,施工效率高。但在一些特殊路堤段,往往因為一些細節(jié)處理不當造成路堤沉降開裂,如橋梁與路塹之間的高填短路堤,公路縱、橫向均出現(xiàn)較陡的填挖交接界面,且在施工期作為施工便道存在明顯厚層推堆區(qū),因空間條件限制和復雜路況,加上監(jiān)管不到位,大型碾壓設備操作不便,搭接位置細節(jié)處理不當,造成工后路堤沉降。針對路基沉降病害治理,視情況采取返工處理、注漿穩(wěn)定、支擋加固等辦法[1-3]。而錨筋樁作為深入地層的受拉構件,一端與工程結構物連接,一端深入地層中將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大,增加錨固體的承壓作用,將自由段的拉力傳至土體深處,可以對邊坡、隧道和大壩等進行主動加固,而且施工方便、工期短,便于公路運營養(yǎng)護[4]。本文針對某高速公路特殊路堤路段沉降開裂現(xiàn)象病害原因進行調查及分析,采用錨筋樁技術綜合方案予以處治,并總結錨筋樁施工技術要點及特殊路堤施工注意事項,為同類項目提供技術支持和經(jīng)驗借鑒。

1 工程病害及原因調查

1.1 工程概況

某高速公路路段原設計為短填方基路段,一端連接路基挖方,一端連接橋梁,K13+020～K13+040段屬于高架橋橋臺的錐坡范圍,K13+040～K13+080段為填方路堤,采用5.5～8.0 m高的重力式路堤擋土墻進行固腳防護。墻頂路堤邊坡高8 m,采用拱形骨架+草灌噴播進行防護綠化。其橫斷面圖見圖1。

圖1 路堤橫斷面圖(cm)

1.2 工程病害調查

項目K13+055～K13+070段右幅路面出現(xiàn)斜向開裂,起初裂縫位置為緊急停靠帶與外側車道中央范圍,裂縫寬約0.5～1.5 cm;后期裂縫縱向擴展到K13+045處,橫向擴展至中間車道、內側車道。K13+050～K13+070段擋土墻出現(xiàn)不同程度的病害,其中K13+055～K13+060段擋土墻基礎出現(xiàn)下沉跡象;K13+060處沉降縫出現(xiàn)錯臺前移,最大位移約20 cm,并有地下水滲涌現(xiàn)象;K13+060、K13+070等處沉降縫出現(xiàn)張開跡象;K13+050處沉降縫出現(xiàn)明顯地下水滲出情況,成為地下水滲涌的排泄通道。

為了更準確掌握該路段路基沉降情況,項目對該路段開展長達10 d的沉降監(jiān)測,繪制沉降監(jiān)測結果曲線,監(jiān)測結果顯示最大沉降量約為59 mm,發(fā)生在擋墻最大推移位置。路基沉降發(fā)展趨勢與路基病害分布情況基本一致。

1.3 工程病害原因分析

結合現(xiàn)場病害分布及損害程度,調查建設過程設計、施工等方面情況,初步判斷該路段路基病害原因如下:

(1)該路堤段屬于典型短路基,小樁號連接橋臺,大樁號連接路塹邊坡,線路縱、橫方向均有陡坡半挖半填設計,臺階搭接處細部碾壓處理不到位;同時,施工期以該路段作為施工便道,形成厚層推堆區(qū),而路基填筑施工時未對推堆區(qū)進行徹底處理,造成初期路堤沉降。

(2)該路段填筑為粉砂質泥巖,局部含炭質,具有一定的崩解性。路床交驗后出現(xiàn)初期路堤沉降和開裂,項目結合經(jīng)驗對該路段進行注漿加固處治。在注漿加固處治實施過程中,漿液對填料起到軟化作用,加速其崩解過程,經(jīng)過其自崩解充填,路堤會出現(xiàn)相應的下沉;同時,在水泥漿液影響下,路堤填料的粘聚力、內摩擦角會有顯著下降,從而導致?lián)跬翂Ρ车闹鲃油翂毫υ龃?增加了擋土墻的受力荷載;在路面施工封層之前,雨水的滲透也加劇了此類病害的發(fā)展。

(3)該段擋土墻基礎施工中發(fā)現(xiàn)基坑出現(xiàn)明顯的滲水,滲水量稍大,土質含水量比較高;擋土墻基礎施工時,排水設施施工不規(guī)范,導致地下水無法順暢排出;在地下水浸泡影響下,地基土強度參數(shù)顯著下降,地基承載力不滿足設計要求,從而使擋土墻出現(xiàn)沉降、基礎滑移情況。

2 工程處治方案

結合現(xiàn)場情況的病害原因以及監(jiān)測成果進行分析,擬采用隔水、加固及監(jiān)測綜合方案進行處治。具體方案如圖2所示。

圖2 錨筋樁加固處治方案平面圖

2.1 擋墻加固設計

采用錨筋樁方案對K13+020～K13+080段右側路堤坡腳進行加固防護,緊貼路堤坡腳擋土墻外立面布設,如圖2所示。其中路基和錐坡坡腳段錨筋樁長12 m,橫斷面布置3排,橫向間距為1.7 m,縱向間距為1.0 m或1.5 m;橋梁錐坡平臺位置錨筋樁長為24 m,橫斷面間距為1.7 m,縱向間距為1.5 m;錨筋樁頂部設C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土連系梁將錨筋樁連接成整體,系梁斷面高1 m,寬分為4 m和2 m規(guī)格;第一排錨筋樁應布設于擋土墻的墻趾上,且連系梁應緊貼擋土墻外立面,方能發(fā)揮最大的支擋防護作用;K13+043～K13+080路基段系梁底部充填0.5 m厚的碎石墊層,作為地表滲水的排水層;錨筋樁鉆孔孔徑為φ150 mm,成孔困難時可擴孔至200 mm;加筋體為4根φ32 mm螺紋鋼+φ42 mm進漿管。

2.2 隔水設計

在擋墻伸縮縫位置埋設排水滲溝對地下水滲水進行引排。滲溝應垂直擋土墻方向進行布設,斷面尺寸為0.8 m×1.2 m,埋深≥1 m。擋墻頂部路基邊坡清除松土和植被后,采用掛網(wǎng)噴混凝土防護,進一步隔離地表水滲透。

2.3 監(jiān)測設計

布設觀測樁對邊坡進行沉降和位移監(jiān)測。觀測樁布設在樁頂系梁、擋土墻頂、路肩、右幅中心、右幅內側等位置,每天觀測不少于2次,沉降穩(wěn)定后可適當減少監(jiān)測頻率,直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定。同時在橋臺錐坡、K13+055等斷面布設深層測斜孔進行深層位移監(jiān)測,每個斷面布設測斜孔2～3個,監(jiān)測頻率及時段同地表位移監(jiān)測一致。

3 錨筋樁施工技術

錨筋樁施工難點在于錨筋樁成孔施工,存在問題主要表現(xiàn)為樁孔角度控制不到位、清孔時遇到黏性塊狀物質不易清理、鉆孔施工對已完樁孔的影響破壞、注漿后初期錨筋樁保護等,因此,根據(jù)錨筋樁數(shù)量和位置,在施工前應平整好作業(yè)面,規(guī)劃好鉆孔順序,施工過程嚴格按工序并及時驗收,才能保證快速高質量施工[5]。

3.1 錨筋樁施工工序

機械快速成孔→清孔→吊裝錨索束→灌注M30水泥砂漿→封孔口→清理錨筋頭鋼筋→連系梁鋼筋綁扎→立模澆筑混凝土。

3.2 施工技術要求

(1)錨筋樁施工完畢前禁止開挖下部邊坡,邊坡開挖應盡量采用機械開挖或光面控制爆破,以減少對邊坡及錨筋樁的擾動。

(2)錨筋樁成孔角度偏差應≤±1°,成孔過程中應做好孔向測量,偏差超過要求時應及時糾正。

(3)成孔完成后應核驗孔深是否滿足設計要求,并在吊裝鋼筋束之前進行清孔,去除浮渣,保證砂漿的粘著性。

(4)按設計要求安裝鋼筋束及注漿管的組合體,外露段應滿足樁頂系梁的施工要求;鋼筋束宜確保鋼筋的完整性,減少接頭,如需接長時,接頭應置于中下部,并采用對接焊,并應錯開銜接,接頭1.5 m內的接頭鋼筋面積不得超過錨筋束總面積的50%。

(5)灌注采用M30水泥砂漿,摻微膨脹劑,摻量為膠凝材料用量的10%～12%,通過試驗確定摻量。配合比由施工單位試驗,提供資料,與監(jiān)理方、設計方共同確定。采用孔底注漿工藝,并保證一次灌漿飽滿,當孔口返漿與灌入漿液質量一致時,灌漿即可結束。注漿完成后孔口應進行封孔,漿液凝固完成之前應確保樁體不受擾動。

(6)錨筋樁頂部縱向設C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土連系梁,連系梁應嵌入地面以下≥20 cm;采用P.O 42.5或以上標號水泥,混凝土標號不低于C30;系梁鋼筋綁扎焊接安裝時需把系梁尺寸內錨筋樁的漿體破除干凈,并與主筋焊接牢固,連成一整體。

(7)錨桿所用鋼筋應作除銹處理,若地層巖土具有腐蝕性,應作有效防腐處理。錨桿桿體外露部分避免敲擊、碰撞,3 d內不得懸吊重物。

3.3 施工注意事項

(1)鉆孔施工之前應將作業(yè)場地整平壓實,根據(jù)設計要求確定孔位并做好標記。

(2)施工現(xiàn)場滲水現(xiàn)象較為嚴重,鉆孔施工之前先進行排水滲溝施工,并將地表水疏通。

(3)鉆孔過程鉆機應保持平穩(wěn),立軸與鉆桿應在同一軸線上,并保持垂直,鉆孔孔斜率<1%。

(4)為避免鉆孔作業(yè)對臨近成孔的影響,建議隔樁鉆孔;成孔后應及時開展下一步吊裝鋼筋施工。

(5)施工現(xiàn)場較為泥濘,成孔后若未能及時吊裝鋼筋,應采取措施臨時堵塞樁孔,避免樁孔堵塞。

4 處治效果

本文案例路基經(jīng)過實施該處治方案后,路基變形趨勢得到有效控制,路堤穩(wěn)定性良好。經(jīng)翻挖重新施作的路面質量良好,安全運營4個月后,未再次出現(xiàn)明顯病害情況,說明處治方案較為成功。

5 結語

本文案例路基在建設及運營過程中均出現(xiàn)了不同程度下沉開裂病害,總結原因和措施如下:

(1)設計階段建議橋梁布設時充分考慮相關因素的影響,避免路、橋銜接段置于斜坡地形上,規(guī)避后續(xù)施工的路基病害風險。同時橋臺宜布設在穩(wěn)定的場地上,避免置于欠穩(wěn)定的斜坡上,提高錐坡穩(wěn)定性。

(2)施工階段加強擋土墻基坑驗槽,除檢驗基坑承載力是否滿足設計要求外,應特別注意核實地下水發(fā)育情況,如有明顯基坑滲水情況,必須做好截、排水措施,避免地基土被地下水浸泡,從而導致承載力降低;對于可能存在崩解情況的路基土石方,建議不要用于路堤填筑,避免因巖土體崩解導致路堤出現(xiàn)不均勻沉降,從而導致路堤病害發(fā)生;路堤注漿加固設計要慎重,尤其要充分考慮漿液對路堤填土、地基土的軟化作用,以及注漿壓力對結構物的傳導效應,避免鄰近結構物、路堤出現(xiàn)次生病害。

(3)錨筋樁施工機械化施工程度較高,施工便捷,錨固效果理想,可在擋墻圍擋能力衰減時,提高基礎錨固能力,從而穩(wěn)定路堤,為其他同類項目提供經(jīng)驗參考。