某高速公路高填方路基病害勘察及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張國(guó)銀

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，某高速公路K14+200—K14+292段路面出現(xiàn)不同程度的沉降、開裂等，其中K14+200—K14+256段右幅行車道路面有一縱向裂縫，長(zhǎng)度約56 m，裂縫已被瀝青充填，路面沉降幅度約5～10 cm，有發(fā)生側(cè)滑或存在側(cè)滑的潛在危害；K14+183、K14+188等處路面均有橫向裂縫分布，長(zhǎng)度約7.5～10 m不等，影響了公路行車的舒適性和安全性。為排除隱患，保障安全，滿足運(yùn)營(yíng)期間路基、路面各項(xiàng)指標(biāo)要求，對(duì)此路段進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1 地形、地貌

本次勘察路段位于黃土丘陵工程地質(zhì)區(qū)，由于長(zhǎng)期受流水侵蝕、切割，地形起伏大，地面黃土沖溝較發(fā)育，主溝方向多為北西、北東向。兩病害路段施工前均為一黃土沖溝，屬于高填方路段，標(biāo)高840～878 m，相對(duì)高差約38 m。

1.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭示，地層主要由第四系全新統(tǒng)（Q4me）路基填土、（Q4al+pl）沖洪積物、第四系上新統(tǒng)（Q3eol）風(fēng)積物、第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）黏性土組成。分述如下：

a）第四系全新統(tǒng)（Q4me）路基填土 表層 1.2～2.0 m為瀝青路面和混凝土墊層，素填土成份以中密-密實(shí)粉土為主，呈褐黃色，稍濕-濕，局部夾有粉質(zhì)黏土、少量鈣質(zhì)結(jié)核和灰白色鈣質(zhì)條紋，含有植物根系。

b）第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）粉土呈褐黃色，稍濕-濕，稍密-中密。

c）第四系上新統(tǒng)（Q3eol）粉土呈黃褐色，稍密-中密，稍濕-濕，土質(zhì)較均勻。

d）第四系中更新統(tǒng)（Q2pl）粉質(zhì)黏土粉土呈褐黃色，稍濕-濕，中密，粉質(zhì)黏土呈棕紅色，可塑-堅(jiān)硬，局部含有鈣質(zhì)結(jié)核。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度和場(chǎng)地穩(wěn)定性

項(xiàng)目區(qū)位于晉中新裂陷的東部-中東部，晉中新裂陷盆地是典型的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)物，并處在新構(gòu)造活動(dòng)的持續(xù)發(fā)展階段，裂陷區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的突出表現(xiàn)形式之一就是區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)頻繁。由于地表均被黃土覆蓋，未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造痕跡。

1.4 水文氣象

該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，受西伯利亞冷空氣和蒙古內(nèi)陸干燥氣候影響，四季分明，歷年平均氣溫9.8℃，最高37℃，最低-21.2℃。

區(qū)域地表徑流主要由降雨產(chǎn)生，年內(nèi)降雨分布極不均勻，年降雨量多集中在夏季6—9月份，汛期降雨量占全年平均值的75%，最大降雨量發(fā)生在7、8月份，出現(xiàn)局部暴雨的機(jī)會(huì)較多，非汛期降雨量少，年降水量變異系數(shù)0.25～0.35之間?？辈炱陂g，在鉆探深度范圍內(nèi)未揭示地下水，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)地表水分布。

2 勘察方法

本次調(diào)查范圍覆蓋到沉降路段的路基、邊坡及兩側(cè)沖溝，左右兩側(cè)最大延伸長(zhǎng)度達(dá)200 m；地調(diào)面積0.2 km2；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、病害發(fā)育位置、程度及路段長(zhǎng)度及沖溝發(fā)育情況，項(xiàng)目區(qū)路段共布置2個(gè)斷面（如圖 1、圖 2），4 個(gè)鉆孔，孔深 20～30 m，累計(jì)鉆探進(jìn)尺96 m。鉆探取樣間距填土為1.0 m，原地層為2.0 m，所有鉆孔巖芯均拍照存檔。共采取原狀樣品（土樣）64件，

圖1 工程地質(zhì)橫斷面圖Ⅰ-Ⅰ’

圖2 工程地質(zhì)橫斷面圖Ⅱ-Ⅱ’

3 路基沉降變形原因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 地質(zhì)勘探及地層特征

從鉆孔土樣試驗(yàn)資料與斷面圖分析，0.0～0.9 m為路面結(jié)果部分，平均厚度0.85 m，最薄為0.7 m，其余孔為0.9 m，主要為路面結(jié)構(gòu)層，路面結(jié)構(gòu)以下地層如下：

a）第四系全新統(tǒng)（Q4me）路基填土 填土成份以中密-密實(shí)粉土為主，局部夾有粉質(zhì)黏土、少量鈣質(zhì)結(jié)核和灰白色鈣質(zhì)條紋，含有植物根系，混合不均勻，呈黃褐色，中密-密實(shí)狀，稍濕-濕，0.7～17.1 m，平均厚度12.4 m。其中ZK3最厚為17.1 m。路基填土上部局部路段含水量偏高，其中ZK2鉆孔0.9～3.6 m含水量19.1%～22.5%，飽和度68.6%～81.1%，孔隙比0.64～0.89；ZK3鉆孔8.4～9.6 m含水量21.3%，飽和度73.4%，孔隙比0.79。另外，在K14+254路段附近右側(cè)路基坡腳涵洞出水口填土土體含水量大，呈可塑狀態(tài)，手捻可呈條狀。

b）第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）粉土呈黃褐色，稍濕-濕，稍密 -中密。ZK2鉆孔 7.2～9.2 m，含水量22.5%，飽和度 66.4%，孔隙比 0.92；ZK3鉆孔17.1～25.0 m，含水量8.9%～11.9%，飽和度26.9%～49.1%，孔隙比 0.87～0.91；ZK4鉆孔 16.8～28.4 m，含水量12.2%～18.0%，飽和度47.3%～53.1%，孔隙比0.63～0.84。

c）第四系中更新統(tǒng)（Q2pl）粉質(zhì)黏土土質(zhì)較均勻，含鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲，黏性較弱。含水量14.9%～18.7%，塑性指數(shù) 10.1～14.9，液性指數(shù)小于 0，呈堅(jiān)硬狀態(tài)。

3.2 病害原因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和斷面分析，路基裂縫及沉降病害主要發(fā)生在填挖交界處和高填方路段，K14+200—K14+292段裂縫以縱向裂縫為主。沉降原因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)如下：

a）原填方路段原地形為“V”沖溝，地表水下滲易匯集于原沖溝溝底，造成填土與原地層交界面附近土層含水量偏高，降低土體強(qiáng)度，造成地基沉降。

b）該段路基屬于填挖結(jié)合路段，在填挖交界部位由于路基壓實(shí)不足容易引起路基不均勻沉降。

c）K14+250附近為填方路段，設(shè)置有管涵，該處地勢(shì)平緩，排水不暢，致使填方邊坡坡腳附近土體含水量增大，土體強(qiáng)度降低，影響路基側(cè)向穩(wěn)定，在路基頂部形成縱向裂縫。同時(shí)地表水排泄不暢下滲引起路基局部土層含水量增大、強(qiáng)度降低是引起填方路段路基產(chǎn)生不均勻沉降變形的主要原因[1]。

d）ZK2、ZK3、ZK4 分別于 5.0 m、11.5 m、7.0 m處漏漿，可能存在小空洞，造成路基不均勻沉降。

4 處治措施

a）加強(qiáng)對(duì)填方沉陷路段的觀測(cè)，及時(shí)封填地面裂縫，防止雨水的再次滲入軟化路基，并對(duì)沉降路段進(jìn)行注漿處理。

b）對(duì)K14+200—K14+292高填方路段右側(cè)路堤邊坡坡腳采用支擋防護(hù)措施，并疏通涵洞及沖溝排水系統(tǒng)，防止地表水繼續(xù)浸泡軟化路基坡腳，影響路基側(cè)向穩(wěn)定性。

c）完善路基路面排水措施，減小地表水對(duì)路基的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

路基質(zhì)量直接影響公路運(yùn)營(yíng)和行車安全，減小路基的不均勻沉降是一個(gè)值得不斷研究的課題，首先在勘察階段應(yīng)查明路基工程地質(zhì)條件，施工中應(yīng)對(duì)路基填挖結(jié)合部位、排水設(shè)施采取科學(xué)合理的處治措施，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和填筑材料，確保路基有足夠的穩(wěn)定性和耐久性，能夠承載車輛的反復(fù)荷載并抵御自然條件的影響。