渝西某高速公路軟弱土路堤地基處理及填方路堤病害處治

摘要 渝西地區分布大量的山區溝谷軟弱土，當高速公路以填方路堤通過時，處理不當常造成路堤整體失穩、路堤工后沉降超限以及不均勻沉降引起的路面開裂。該文以渝西某高速公路為例，介紹了軟弱土路堤的地基處理設計與施工控制要點，分析了TJ1合同段路堤病害的原因，并給出了處治措施。研究認為，K9+120～K9+170段產生了整體變形，須采用翻挖重新回填的處治方案，其余4處為不均勻沉降引起的局部水穩層開裂，須采用注漿加固。

關鍵詞 山區溝谷；軟弱土；地基處理；填方路堤病害

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0087-03

0 引言

渝西地區分布大量的山區溝谷軟弱土，當高速公路以填方路堤通過時，處理不當常造成路堤整體失穩、路堤工后沉降超限以及不均勻沉降引起的路面開裂。黃銳對該類山區軟弱土的工程特性進行了探討，總結其物理力學指標、工程特性[1]。成永剛認為，四川盆地的軟弱地基多以丘間谷地相的坡洪積或殘坡積為主，與濱海相或河湖相軟土相比工程性質相對較好[2]。西南交通大學聯合重慶梁忠高速公路有限公司，開展壓填片石處治淺層軟基的試驗研究，總結了拋石擠淤的加固方法和施工工藝[3]。鄭治分析山區溝谷軟弱地基的特點，討論以拋石擠淤為主的處治措施[4]。卿三惠對軟基路堤沉路控制進行了討論[5]。祝世強以內江至宜賓高速公路為例，分析了K96+800～K99+380路基病害成因，并討論了防治方法[6]。該文以渝西某高速公路為例，介紹了軟弱土路堤的地基處理設計與施工控制要點，分析了TJ1合同段路堤病害的原因，并給出了處治措施。

1 項目概況

1.1 工程概況

渝西某高速全長31.124 km，設計荷載為公路Ⅰ級，采用雙向四車道路基寬度26.5 m的雙向四車道高速公路，設計速度120 km，其中TJ1合同段全長16.086 km，主要工程規模為計價土石方1 968 000 m3，防護排水圬工82 000 m3，主線橋1.74 km/10座，主線涵洞/通道104座，互通立交4處。

1.2 工程地質概況

項目位于渝西地區，為侵蝕剝蝕丘陵及侵蝕河谷平壩，地表覆蓋殘坡積粉質黏土，出露基巖為侏羅系遂寧組（J3sn）紫紅色泥巖，局部偶夾少量的砂巖透鏡體，巖層近水平，褶皺等地質構造不發育。地基土天然含水量w=27%～30%之間，天然孔隙比e=0.7～0.9，液限IL=35%～40%，塑性指數Ip=11～17，黏聚力c =19～23 kPa，內摩擦角φ=12～18°，壓縮系數av100-200=0.4～0.5，壓縮模量Es=4～6 MPa，為低液限粉質黏土。土體孔隙比e＜1，土體多處于（IL＞0.25）可塑狀態，為中等壓縮性土體。

2 設計處理方案

根據軟弱土厚度、土體物理力學性質、地材出露情況及填土高度，采用了不同的處治措施。

（1）對于填土高度小于10 m的路堤，若淺層軟土厚度H≤2 m時，采用挖除換填；2 m＜厚度H≤4 m時，采用拋石擠淤處理；4 m＜厚度H，采用拋石擠淤強夯或水泥攪拌樁處治。

（2）對于填方高度高8～15 m、基底覆蓋層厚度＞4.0 m的路段的拋石強夯或水泥攪拌樁處治。

（3）對于填方高度大于15 m的高填（陡坡）路段，采用挖除換填至基巖或碎石樁進行處治。

（4）部分高填、陡坡路段若覆蓋層小于3 m，采用了挖除覆蓋層至基巖，徹底換填的處治措施。

（5）路堤補強采用沖擊碾壓、強夯，高填（陡坡）路堤在路床以下設3層土工格柵。

TJ1合同段共分布軟弱土2 302 m/27段，典型軟弱土處治方案如表1。

3 施工情況

根據現場靜力觸探的復查，TJ1合同段27段軟弱土路堤，路堤下部軟弱土的深度和物理力學指標與設計的地質符合性較好。

3.1 拋石擠淤施工控制要點

（1）拋填片石：片石采用挖方中砂巖加工而成，長軸長度不大于50 cm，厚度不小于15 cm，母巖飽和抗壓強度須大于25 MPa。

（2）碾壓：用26 t重型壓路機（激振力不小于40 t），分層將片石壓入軟弱土，并反復碾壓直到地基穩定，一般路段壓入深度20～30 cm，魚塘段30～50 cm。

（3）檢測：方法1為沉降差曲線法，通過做“碾壓遍數－沉降差曲線”，曲線走勢平穩后即可（每條曲線點數不少于4個）。方法2為載荷試驗，承載力要求250 kPa。

3.2 水泥攪拌樁施工控制要點

（1）布樁圖：根據設計圖紙逐個工點，按平面處理范圍、布樁方式（梅花型）和間距，畫出樁位布置圖，標明路線平面位置、里程樁號、處理范圍、逐樁編號和逐樁坐標，標示設計樁長，并報監理審批，報業主備案。

（2）制備水泥漿：樁體固化劑用強度等級為42.5級普通硅酸鹽水泥，摻量為被加固過濕土質量的14%～17%，采用濕法施工，水泥漿液水灰比0.45～0.5。

（3）四噴四攪工藝：每根樁的正常成樁時間應不少于40 min，噴漿壓力不小于0.4 MPa，嚴格按照0.8 m/min提升攪拌機。

（4）檢測：采用輕便觸探（N10）進行施工檢測，隨機取樁數2%，當樁身7 d齡期的擊數大于40即為合格，否則視為不合格；成樁28 d后進行鉆孔抽芯，抽檢頻率1%～2%，φ×h=50 mm×100 mm無側限抗壓強度需大于1.0 MPa；采用載荷試驗對地基承載力進行檢測，設計要求地基承載力為230 kPa。

3.3 碎石樁施工控制要點

（1）樁體碎石材料要求：采用級配碎石，粒徑應小于8 cm，其中1～5 cm粒料質量占總質量的50%～55%，5～8 cm粒料質量占總質量的25%～30%，含泥量小于5%。

（2）終孔深度的判別：振動沉管達到設計深度不停振，同時靜力施壓，出現樁管不繼續下沉并使打樁機前端抬離地面。

（3）檢測：成樁20 d后進行，樁身密實度檢驗，合格標準，單樁平均擊數不小于設計擊數。小于設計擊數的連續長度不大于50 cm，累計長度不大于樁長的15%。最小擊數不小于設計擊數的70%，設計擊數不小于7擊/10 cm。載荷試驗采用“碎石樁+墊層+土工格柵”，復合地基承載力要求不小于220 kPa。

3.4 路堤填筑與路堤補強施工控制要點

（1）填料及壓實度：采用挖方中的泥巖填筑，嚴禁采用清表土或軟弱土填筑，填料強度和粒徑應滿足《公路路基施工技術規范》表4.1.2要求；壓實度按路床96%、上路堤94%、下路堤93%執行。

（2）路堤補強措施：填方路堤高度大于18 m的填方路段或填方高度大于18 m但段落長度小于120 m的填方路段，采用強夯對路堤進行補強處理，夯擊能2 000 kJ，層間距4～6 m；填方邊坡高度大于18 m、段落長度不小于120 m的填方路段，采用沖擊碾壓對路堤補強處理，沖擊能量25 kJ，層間距2 m。

（3）路堤填筑時間：設計路堤填筑時間不少于6個月（一般3個月填筑10 m高，靜置2～3個月后，接著3個月填筑剩余高度）。填筑完成后不少于6個月靜置期，分3級加載，特別是軟弱地基土上高填方，應嚴格控制填筑速率。按瀝青路面15年設計期限，考慮為工后沉降期。

（4）軟弱地基土上的填方路堤沉降觀測：填筑過程中，應進行沉降和穩定監測，嚴格控制填土速率，避免由于加載過快而造成地基破壞。控制標準，路堤中心線地面沉降速率每晝夜不大于10 mm；坡腳水平位移速率每晝夜不大于5 mm，其填筑速率，應以水平位移控制為主，如超過此限應立即停止填筑。路面鋪筑須待沉降穩定后進行，要求連續2個月觀測的沉降量每月不超過5 mm方可鋪筑路面。

4 填方路堤病害

4.1 填方路堤病害

2019年12月開始施工TJ1合同段范圍內27段軟弱地基處理工程，至2020年10月完成全部地基處理工程的施工，并進入路堤填筑階段。2021年3月，完成全線大部分一般填方路堤的施工，2020年6月完成全部的高填路堤的施工，并轉入水穩層鋪筑階段。2021年8月雨季，調查發現TJ1合同段范圍內出現5處填方路堤病害（如表2）。

病害的破壞類型分為2類，一類如K9+120～K9+170段，其為一陡坡路堤，在填方路堤的坡頂形成了貫通的弧形破壞，水穩層裂縫張開較大為3.5 cm（圖1），邊坡坡腳鼓脹，坡面拱形骨架護坡局部產生了爆皮，監測數據也顯示其變形不收斂；另一類如K14+830～K14+875段（圖2），未形成貫通的弧形破壞，水穩層脹開裂縫較小，邊坡坡腳鼓脹未見鼓脹，坡面骨架或植物防護未見變形，監測數據也顯示變形收斂。

4.2 病害原因分析

TJ1合同段填方路堤變形主要以水穩層開裂產生縱橫向裂縫為主，除K9+120～K9+170段外，其余未見坡腳鼓脹，坡面防護爆皮等現象。結合地形地貌、工程地質條件、結構物的銜接和典型的變形特征等分析認為：

（1）K9+120～K9+170為陡坡路堤的整體變形破壞，其發生了沿著填土界面的折線型破壞，其余4個段落為不均勻沉降引起的局部水穩層開裂。

（2）6—8月份雨季，降雨沿裂縫入滲，進一步加劇了變形的發生，特別是K9+120～K9+170段，雨水入滲至原地面，使得填方界面發生軟化，致使該段填方路堤的整體穩定性降低明顯。

（3）部分填方路堤填筑完成時間較短，迫于工期壓力，在路堤和下部軟弱土未完成沉降的前提上，開始鋪筑路面，如第2、5處病害點，其拉裂縫較其余的張開更為明顯。

5 處治措施

（1）K9+120～K9+170段產生了整體變形，故采用了翻挖重新回填的處治方案，并在坡腳設置了6 m的反壓平臺，填筑時每2 m設置一層土工格柵，伸入進弧形破壞區不少于8 m。

（2）其余4處采用注漿加固，路基注漿孔按梅花形布置，沿路面裂縫方向成排布置，橫向上進行交錯，孔間距3.0 m。裂縫附近布置時，兩側距離裂縫1.0～1.5 m，向路基外側方向逐排布置至路肩位置，順裂紋方向端頭補增一排（垂直裂紋方向）注漿孔。如果該段為2、3級邊坡，則在各邊坡平臺位置布1排注漿孔，間距2.5 m。

（3）對處治后的路堤的中部、路肩和邊坡平臺設置沉降和變形觀測點，觀測至運營2年后。

6 結論

（1）TJ1合同段共分布軟弱土2 302 m/27段，地基處理采用拋石擠淤、拋石強夯、水泥攪拌樁和碎石樁等方案，填方路堤補強采用沖擊碾壓、強夯，高填（陡坡）路堤在路床以下采用加筋措施。

（2）施工現場靜力觸探顯示路堤下部軟弱土的深度和物理力學指標與設計的地質符合性較好，地基處理方案和路堤補強施工控制到位，病害主要原因為持續性降雨入滲至路堤與原地面處，軟化填方界面。

（3）TJ1合同段共出現了5處填方路堤病害，其中K9+120～K9+170段產生了整體變形，須翻挖重新回填，其余4處為不均勻沉降引起的局部水穩層開裂，須采用注漿加固。

參考文獻

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[2]成永剛， 范安軍." 四川省公路軟弱地基處理的現狀及動態[J]." 四川建筑科學研究， 2015（4）： 54-57.

[3]胡翔. 壓填片石處治四川盆地淺層軟基的試驗研究[D]. 成都：西南交通大學， 2016.

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[5]卿三惠." 紅層軟巖地區高速鐵路軟基路堤沉路控制研究[D]. 成都：西南交通大學， 2007.

[6]祝世強， 羅永忠， 馬和平， 等. 內—宜高速公路K96+800～K99+380路基病害成因分析及防治方法探討[J]. 中國地質災害與防治學報， 2002（2）： 88-92.