李曉旭
(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,山西 太原 030012)
我國(guó)高速公路路基工程經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展,取得了諸多突破,同時(shí)積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。但是由于路線指標(biāo)要求高,必然存在大量的高填路基段落,高填路基依然是治理路基水毀的重點(diǎn)之一,對(duì)于高填路基加固及綜合排水就變得具有非常重要的意義。
山西省龍城高速公路某路段為高填路基,該段長(zhǎng)32 m,最大填土高度為29 m,位于路線右側(cè)。2015年8月,晉中市城區(qū)及東部山區(qū)突降暴雨,導(dǎo)致該段左側(cè)車道出現(xiàn)直徑10 m,深度約15 m的圓形塌陷坑,右側(cè)車道出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái),路基路面水毀嚴(yán)重(見(jiàn)圖1),由于時(shí)間緊迫,保通意義重大,臨時(shí)采取回填砂礫的措施,采用半幅通車半幅設(shè)計(jì)施工的應(yīng)急搶險(xiǎn)總體思路。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況,本段路基上游(左側(cè))積水較多(見(jiàn)圖2),溝底無(wú)排水涵洞,有一鋼筋混凝土暗板通道,路基左側(cè)為寬填,寬度約50 m,寬填高度距路基頂面約3.5 m。根據(jù)鉆孔資料結(jié)果原始路基填土厚25.5~27.5 m,巖性為粉土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核和灰白色鈣質(zhì)條紋,飽水帶位于943 m標(biāo)高以下填土至Q2粉質(zhì)黏土間,厚7.5 m,含水量為20.0%~25.4%,孔隙比為 0.75~0.83,液性指數(shù)為 0.63~0.93。Q2粉質(zhì)黏土為原有地基地層,呈堅(jiān)硬-硬塑狀態(tài),含水量為15.8%~18.9%,塑性指數(shù)為11.7~14.9,液性指數(shù)為-0.15~0.05,說(shuō)明粉質(zhì)黏土層物理指標(biāo)正常,為相對(duì)隔水層。
圖1路面塌陷坑
圖2 路基上游沖溝積水
a)降雨歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度大是造成高速公路路基水毀的主要原因。
通過(guò)向晉中市氣象局收集降雨資料,2015年7月31日至8月4日,榆次區(qū)東部區(qū)域連降暴雨,龍城高速公路沿線的東趙、石羊坂降雨量均超過(guò)了210 mm,蘇家莊、南合流等地降雨量達(dá) 169~191 mm,最大小時(shí)雨強(qiáng)東趙達(dá)71.7 mm/h,石羊坂達(dá)69.4 mm/h,南合流達(dá)65.6 mm/h,蘇家莊達(dá)54.3 mm/h。晉中市從有觀測(cè)記錄以來(lái)(1974年~2015年),歷史上日最大降雨量出現(xiàn)在2001年7月27日,達(dá)85.9 mm(最大小時(shí)雨強(qiáng)13.2 mm/h)。最大小時(shí)雨量出現(xiàn)在1996年7月14日17至18時(shí),雨量(雨強(qiáng))為37.8 mm/h(總降雨量為48.2 mm)。
根據(jù)晉中市氣象局提供的資料分析:本次降雨無(wú)論從日降水量,還是小時(shí)雨強(qiáng),均超過(guò)了歷史極值,最大小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)了百年一遇的強(qiáng)度,洪峰流量超過(guò)了高速公路的防洪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),本輪降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)長(zhǎng)是造成高速公路路基水毀的最主要原因。
b)沿線居民生產(chǎn)、生活等人為活動(dòng)導(dǎo)致排水體系的改變是高速公路路基水毀的重要原因。
沿線居民由于生產(chǎn)、生活及出行的需要,填溝修路形成了眾多縱橫交錯(cuò)淤地壩,將原有自然排水沖溝通道堵塞,本次降雨強(qiáng)度大,歷時(shí)5 d,鄉(xiāng)村道路等級(jí)低,在洪水的猛烈沖擊下,大部分道路被沖斷,淤地壩內(nèi)的積水層層傳遞,形成了潰壩效應(yīng),大量洪水短時(shí)間內(nèi)迅速積聚到了高速公路的上游,是導(dǎo)致路基發(fā)生水毀的重要原因。
c)由于該處高填路基設(shè)有一道4×2.7 m鋼筋混凝土暗板通道,公路施工過(guò)程中,取消了原有設(shè)計(jì)涵洞采用路基寬填的形式,導(dǎo)致排水不暢,也是比較重要的原因。
為了不影響通車,采取了填筑砂礫保通的臨時(shí)方案,針對(duì)目前路基塌陷坑已采用碎石回填,對(duì)該段路基分幅采用高壓旋噴樁加固處治,為解決上游積水在路基滲透過(guò)程中產(chǎn)生的路基土體流失從而威脅公路路基安全,在路基內(nèi)采用頂進(jìn)法增設(shè)一道涵洞完善綜合防排水的處治方案,見(jiàn)圖3平面處治設(shè)計(jì)圖。
圖3 平面處治設(shè)計(jì)圖
高壓旋噴樁加固地基是公路路基處理中廣泛應(yīng)用之一,高壓旋噴樁為高壓噴射注漿樁,又稱旋噴法注漿,是地基加固主要采用的一種措施,在路基加固實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用[1-3]。
4.1.1 旋噴樁加固機(jī)理
旋噴樁加固地基是將特別定制的噴射頭利用鉆孔達(dá)到指定的深度,此噴射頭上帶有一個(gè)或兩個(gè)橫向噴嘴,噴嘴直徑約2 mm,利用15 MPa以上的壓力將水泥漿通過(guò)橫向噴嘴向土中噴射水泥漿。噴射的同時(shí),邊旋轉(zhuǎn)邊以一定的速度勻速提升鉆桿。高壓的水泥漿液依靠強(qiáng)大的切削能力,邊切削周圍土體邊與之?dāng)嚢?,最后形成圓柱狀的水泥土加固混合體,即所謂的高壓旋噴樁[4]。
4.1.2 旋噴樁處治設(shè)計(jì)
旋噴樁噴射直徑(樁徑)為600 mm,采用梅花型布孔,孔間距1.5 m,長(zhǎng)度以深入原地面2 m控制。漿液壓力25 MPa,漿液流量80 L/min,提升速度0.2 m/min,旋轉(zhuǎn)速度20 rpm。固結(jié)土強(qiáng)度要求達(dá)到3 MPa。
圖4 高壓旋噴樁處治設(shè)計(jì)圖
水泥選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥漿液的水灰比為1∶1。
漿量采用噴量法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:
式中:Q為漿量,m3;H為噴射長(zhǎng)度,m;q為單位時(shí)間噴漿量,m3/min;β為損失系數(shù),通常為 0.1~0.2;v為提升速度,m/min。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求的工藝參數(shù),每米噴漿量為0.440 m3,每米水泥用量為333 kg。
在高速公路路面以下10.2 m處頂推涵洞一道,采用預(yù)制鋼筋混凝土圓管涵,直徑2 m,管口型式為鋼承口式,頂進(jìn)時(shí),接縫處采用鋼板內(nèi)漲圈加固接口,頂管施工完畢后,需對(duì)管周進(jìn)行注漿處理,采用水泥漿液,水灰比0.8∶1,并摻3%的水玻璃。
圖5 頂進(jìn)涵布置圖
a)在路基左幅坡腳外(沖溝上游)25 m處設(shè)置兩排灰土止水帷幕樁,以隔絕上游積水對(duì)路基的滲透,灰土樁樁徑為80 cm,樁間距70 cm,梅花型布設(shè),樁長(zhǎng)以深入原地面2.0 m控制?;彝翗痘彝临|(zhì)量比為10%,并摻3%的水泥,樁體的平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.96。樁頂設(shè)置2.5 m擋水墻導(dǎo)流,上游積水升至涵洞進(jìn)口標(biāo)高時(shí),通過(guò)導(dǎo)流設(shè)施將水引導(dǎo)至涵洞后排出。
b)將高速公路路面、邊坡、邊溝產(chǎn)生的原匯集至沖溝上游的水,通過(guò)設(shè)置步梯式排水溝直接引導(dǎo)至涵洞排至沖溝下游。
a)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)針對(duì)高填土路基塌陷病害特點(diǎn),分析病害成因,按照“因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理”的原則,采取處治措施對(duì)路基塌陷病害進(jìn)行綜合處治。
b)黃土沖溝地形建設(shè)高速公路時(shí),需合理布設(shè)構(gòu)造物,尤其是在高填路基設(shè)計(jì)方面,需充分考慮暴雨對(duì)路基的沖刷、滲透以及排水設(shè)施的合理性,施工時(shí)對(duì)高填路基必須嚴(yán)格控制,層層把關(guān),高速公路運(yùn)營(yíng)后必須加強(qiáng)對(duì)高填路基的養(yǎng)護(hù)和安全隱患時(shí)時(shí)排查。
c)合理采用高壓旋噴樁加固地基,結(jié)合綜合防排水設(shè)計(jì)方案,可以提高地基承載力,有效地治理路基塌陷病害。