濕陷性黃土地區路基路面病害處置方案探析

趙艷玲

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

濕陷性黃土分布于遼寧省西部(以下簡稱“遼西”),具有特殊性質。遇水浸潤后,土的強度明顯降低,在自重應力和附加應力共同作用下引起的濕陷變形,是一種下沉量大、下沉速度快的失穩性變形,工程危害極大。遼寧省阜朝、朝黑高速地處遼西濕陷性黃土地區,橋頭、半填半挖路基、斜坡路段在重車荷載作用下易引發不均勻沉降,使路基發生沉陷;或因水毀導致邊溝沉陷,排水不暢,地表水滲入,使路基發生凍脹等病害,嚴重影響運行質量,威脅行車安全。文章總結相關設計維修經驗,以期對濕陷性黃土地區路基路面設計、維修養護提供參考。

1 項目概況

阜朝高速長266km,朝黑高速長101km,均為設計時速100km/h的四車道高速公路,分別于2008年和2010年竣工通車。原路面結構為:3.5cm瀝青瑪蹄脂碎石抗滑層(SMA—16L型)+6cm中粒式瀝青混凝土(LAC—20Ⅰ型)+8cm粗粒式瀝青混凝土(LAC—25Ⅰ型)+20cm廠拌水泥穩定碎石上基層+20cm廠拌水泥穩定砂礫摻破碎礫石下基層+15cm級配砂礫(碎石)墊層。

通車以來,全線不均勻性沉降現象頻發,其中長深高速凌源段、丹錫高速朝黑段較為嚴重。

2013年以來采取的處置措施統計列舉如下:

(1)對于一般路面沉陷路段,采取銑刨加鋪的方式,提升路面行車舒適性,消除行車安全隱患。

(2)對于路面沉陷嚴重且有縱向裂縫,路基有橫向滑移危險的段落,進行路基深部處理,并采取必要的排水防護措施。

根據近年病害維修效果統計,銑刨加鋪處理路面沉陷有效率為84.8%,高壓旋噴樁處理沉陷有效率為94.6%,說明以銑刨加鋪和高壓旋噴樁處理阜朝、朝黑高速路面沉陷病害的方式合理有效。

2 處理原則

參考《機械振動與沖擊 人體暴露于全身振動的評價 第一部分:一般要求》(GB/T 13441.1),經計算得出,行駛速度為100km/h時,路面坡度差超過0.35%或錯臺2cm及以上會影響行車舒適性,危及行車安全,具體情況見表1。

表1 計算不同沉陷或錯臺高差時的加速度

在總結歷年專家維修意見和處理經驗的基礎上,通過現場沉陷調查,制定以下處理原則:

(1)對橋頭跳車、路面沉陷病害,每30m沉降量大于5cm,但路基不存在滑移風險的段落,進行路面銑刨加鋪。

(2)對路面沉陷嚴重,裂縫較寬,緣石變形嚴重,路基存在橫向滑移隱患的,進行路基及路基邊坡土體高壓旋噴處理并增設坡腳擋墻。

(3)對橋頭搭板下沉或斷裂,錯臺大于等于2cm的段落,進行高壓注漿。

(4)對路基凍脹,引起路面每30m擁包大于5cm的段落,做凍脹處理。

3 處理方案

3.1 銑刨加鋪

銑刨加鋪是最常規的路面沉陷處理手段。根據沉陷深度不同,采用相應的銑刨加鋪方案進行處理,處理結構圖見圖1。

圖1 路面沉陷處理結構圖(單位:cm)

(1)沉陷深度大于等于5cm,小于7cm時,將原瀝青層銑刨一定深度后,加鋪一層細粒式改性瀝青混凝土LAC-13找平層[1]。

(2)沉陷深度大于等于7cm時,將原瀝青層銑刨一定深度后,加鋪中粒式改性瀝青混凝土LAC-20找平層+5cm細粒式改性瀝青混凝土LAC-13。

找平層最小厚度5cm,大于10cm時應分層攤鋪[1]。

3.2 高壓旋噴樁深部處理

旋噴樁間距按1.8m×1.8m的正方形布置,采用單管法成樁,與路側鋼護欄、泄水槽等沖突的孔位應適當調整[2]。根據已有施工經驗,要求旋噴樁最小直徑為0.6m,旋噴樁長度和范圍應穿透路基填料并進入黃土地層不小于5m,黃土層較薄的應穿透黃土層,處理范圍為坡腳外增加兩排旋噴樁,當坡腳有限制或超出公路占地界時可適當減少,處理結構圖見圖2。

圖2 高壓旋噴樁處理結構圖(單位:m)

3.3 排水防護設施恢復

(1)沉陷路緣石的恢復

路面沉陷路段多伴隨路側花崗巖路緣石下沉。以往瀝青路面加鋪中,個別填方路段未注重在加鋪路面的同時上抬路緣石,造成瀝青路面加鋪后路緣石沉平,使填方路段的路面集中排水方式變成散排水,造成土路肩、邊坡或中分帶的水毀和沉陷。

對于土路肩和中分帶的路緣石下沉情況,均要求施工瀝青路面加鋪時上抬路緣石,保證中央分隔帶側路緣石高于加鋪后路面8cm,土路肩路緣石高于加鋪后路面12cm。

(2)沉陷積水邊溝的恢復

對于邊溝破損滲水或邊溝下沉的路段,應拆除問題邊溝,重新調整排水縱坡,保證新建邊溝排水通暢不積水。清理淤積邊溝,增加防滲措施,如邊溝下鋪設防滲土工布以及15cm厚的灰土墊層等。

(3)填方邊坡泄水槽修復

邊溝沉陷對應段落的泄水槽發生不同程度損壞,需對泄水槽進行重新修復,修整泄水槽的槽口與路緣石緊密銜接,防止滲漏,確保路面水暢通地排入路基邊溝中,修整的泄水槽槽口不再另給工程量。對槽身和出水口進行拆除重建。

(4)路基排水溝的補充設置

個別路段位于沖溝之上,路側沖溝底面低于路基邊溝的底面,如附近無暢通的橫向排水通道,則造成截斷的沖溝溝底積水,嚴重時造成黃土地基濕陷。應設置排水溝,將沖溝底部積水引排至附近排水構造物或自然溝渠中。

(5)坡腳增設擋墻

對地勢較陡、半填半挖路段及易產生坡面溜塌的路段,在坡腳設置M10漿砌片石擋墻進行防護。坡腳擋墻按出露地面1.5m高進行施工定位。墻體設置泄水孔,高出地面30cm,泄水孔直徑5cm,采用5cm硬塑管形成,水平間距2.5m,泄水孔后布置50cm×50cm土工布,采用聚丙烯長絲熱軋無紡土工布TCZ10/PP。擋土墻沿路線縱向設置沉降縫,分段長度一般為10m,伸縮縫與沉降縫合做一起,縫寬2cm,自墻頂做至基底[3]。基礎埋深不小于1.5m,擋墻墻身采用M10漿砌片石砌筑,石料強度不低于MU40,用M10砂漿勾縫,新增擋墻斷面圖見圖3。

圖3 邊坡坡腳新增擋墻斷面圖(單位:cm)

(6)坡面恢復

邊坡坡面進行旋噴樁處理時,對坡面會造成一定程度的破壞。施工完成后,需恢復植草坡面。

3.4 高壓注漿

對于橋頭搭板下沉或斷裂,發生錯臺超過2cm,對行車安全造成隱患的,應對局部損壞搭板進行修復,對搭板下路基及邊坡進行高壓注漿。

搭板脫空灌注混凝土施工可在非全封閉情況下施工,根據孔洞位置分別采取1次或2次封閉車道,進行1次或2次鉆孔灌注混凝土的組織方式。若灌注2次混凝土,應先封閉路肩、行車道進行鉆孔灌注,再封閉超車道進行鉆孔灌注,灌注混凝土孔為一個車道內或硬路肩部分標高最大的孔,其余孔作為觀察孔。灌注混凝土的順序在縱向上由橋臺遠端向橋臺側靠近。灌注混凝土孔具體布置見圖4。

圖4 搭板脫空處理壓漿布孔平面示意圖(單位:cm)

為避免灌注混凝土過程中發生溢漿、冒漿、跑漿,對搭板周圍脫空外露處及錐坡和臺前裂隙、裂縫、孔洞等部位用水泥砂漿封堵,對搭板邊緣(路基側)使用磚砌筑到與路面平齊,再用水泥砂漿封堵。

3.5 凍脹處理

濕陷性黃土地區路面排水不暢,極易引發路面凍脹病害。根據歷年檢測、維修情況,阜朝高速和朝黑高速局部路面出現凍脹引起的路面擁包病害,影響行車安全。結合往年凍脹處理經驗,建議采取換填+加強排水的處理措施。

(1)凍脹處理一(挖方段)

將凍脹段落內2.5m寬硬路肩、土路肩及邊溝按寬4.35m、深1.73m開挖。開挖后由坑槽向行車道和超車道路基內打入兩排Φ5仰斜式排水管排水,排水管距離路面深度分別為0.94m和1.53m。排水管頂面和兩側鉆孔,外包滲水土工布作為反濾層,排水管長度為8m,縱向間距2m,上下排排水管錯開布置,處理段落內低點加設一處排水管。隨后回填99cm透水性材料并恢復路面結構:38cm級配碎石+30cmC20混凝土+6cm細粒式改性瀝青混凝土AC-13C。

同時進行段落內中分帶硬化處理,挖除中分帶填土50cm,回填20cm級配碎石并壓實,再澆筑30cmC20混凝土,最后安裝防炫板,混凝土頂面距離緣石頂面5cm,處理結構圖見圖5。

圖5 挖方段凍脹處理結構圖(單位:cm)

(2)凍脹處理二(橋頭凍脹)

挖除橋頭35m范圍內路面結構后,對臺背進行換填,換填長度為17m,換填完成后恢復錐坡,錐坡內預埋排水管,排水出口在錐坡外。最后恢復路面結構,基層材料采用C20混凝土,混凝土末端通過植筋與舊路連接,圖6為挖除換填示意圖。

圖6 臺背挖除換填示意圖(單位:cm)

4 結論

(1)路基路面沉陷病害主要采取銑刨加鋪、排水防護設施恢復以及地基、路基深部處理三類措施。前兩類措施用于產生沉陷路段和排水防護設施損毀路段;深部處理用于病害較嚴重且需要處理路基和地基的路段,深部處理方法為高壓旋噴樁。總體施工順序是先進行地基和路基深部處理,再進行路基排水防護設施恢復,最后進行施工路面沉陷的瀝青層銑刨罩面加鋪。

(2)對于橋頭跳車、搭板脫空等病害,主要采取高壓注漿封堵坑洞的處理措施。高壓注漿操作簡潔、施工時間短、成本低,且無需全幅封閉交通。

(3)對于路基凍脹病害,由于表層凍害由地面水引起,深層凍害由地下水引起,故需加強地面排水,降低地下水位,主要處理措施為換填透水性材料和加強排水。