某高速公路路基沉降加固處治設(shè)計

李艷明

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

1.1 原設(shè)計概況

某高速公路K110+080—K110+140段主要為填方路基，填土高度為1.2～32 m，其位于黃土沖溝溝頭處，溝頭呈U字型。本路段屬黃土殘垣斜梁區(qū)地貌，原地基具有Ⅲ級（嚴(yán)重）自重濕陷。

考慮原地基Ⅲ級（嚴(yán)重）自重濕陷及路基填土高度，原設(shè)計對地基采用強(qiáng)夯處理，單點夯擊能為2 000 kN·m；同時對于U型深溝高填段，沿填挖交界溝壁側(cè)7 m范圍，每填高3 m采用1 000 kN·m強(qiáng)夯處理。

1.2 路基病害發(fā)展情況

圖1 工點病害情況及積水情況

該段路基沉降發(fā)展經(jīng)歷過3次過程，第一次路面裂縫最大寬度為8 mm，總長度為6 m，未發(fā)現(xiàn)路基沉降和裂縫進(jìn)一步發(fā)展的跡象，養(yǎng)護(hù)中心采用灌封膠進(jìn)行了封閉處理；第二次路面裂縫最大寬度為10 mm，長度向兩側(cè)延伸7 m，總長度為20 m，養(yǎng)護(hù)中心采用灌封膠進(jìn)行了封閉處理；第三次路面裂縫長度、寬度突然發(fā)生大量滑移，最大縫寬27 cm，總長度為60 m，深度約4.2 m，可見寬度0.1～0.2 m，最大可見深度為0.1 m，路基產(chǎn)生了較大的沉降變形。

2 工程勘察及工程地質(zhì)條件

2.1 工程勘察

為探明路基沉降原因，本次勘察共設(shè)置5個探井，其中TJ1、TJ2、TJ3沿路面裂縫布置于行車道及硬路肩上，TJ4布置于路基坡腳處，TJ5布置于路基排水溝外側(cè)，具體位置見圖2。

圖2 探井位置圖

根據(jù)勘察結(jié)果，鉆孔內(nèi)未揭露穩(wěn)定地下水位，TJ1取樣土天然含水量10.8%～15.5%，TJ2取樣土天然含水量7.2%～16.6%，TJ3取樣土天然含水量8.0%～11.5%，TJ4取樣土天然含水量 18.0%～19.7%，TJ5取樣土天然含水量18.2%～22.4%。從各探井含水量可知，路面范圍內(nèi)TJ1、TJ2、TJ3的含水量相對比較正常，路基坡腳處及以外的TJ4、TJ5的含水量偏大，最大含水量達(dá)22.4%。

2.2 地層巖性

勘察期間未發(fā)現(xiàn)有影響場地穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用。此次勘察揭露深度20.0 m，巖性主要由瀝青、水穩(wěn)層、第四系全新統(tǒng)填土和上更新統(tǒng)粉土組成。場地內(nèi)地勢平坦，分布較均勻。地層土性結(jié)合其工程地質(zhì)特征，自上而下可將土性分為以下5層：

a）瀝青 平均層厚0.2 m。

b）基層 平均層厚0.55 m。在TJ1（K110+102）處，0.3～0.35 m處有裂縫，寬度約2 cm。在TJ2（K110+120）處，裂縫寬度約 0.1～0.15 m，深度達(dá)1 m。在 TJ3（K110+138）處，裂縫寬度約 0.1 m，深度達(dá)0.4 m。該層平均厚度0.8 m。

c）填土（Q4mi）以粉土為主，回填碾壓，可見小石子，K110+120處5 m回填土較濕。該層平均厚度9.16 m。

d）粉土（Q3eol）淺黃色-紅褐色，稍濕，稍密-中密，可見白色菌絲。具濕陷性。該層平均層厚4.5 m，承載力為100 kPa。

e）粉土（Q31al）淺黃色-紅褐色，稍濕，密實，可見白色菌絲。該層未揭穿，承載力為120 kPa。

3 路基沉陷原因分析

據(jù)該高速公路原設(shè)計文件可知，原設(shè)計中的填挖交界線貫穿整幅路基。路基沉降區(qū)位于原設(shè)計中的填挖交界線以左（路線前進(jìn)方向）的行車道、硬路肩及土路肩內(nèi)，沉降裂縫邊界離填挖交界線最近距離7～8 m，且沉降區(qū)域只發(fā)生在左側(cè)路基上，右側(cè)路基未發(fā)生沉降，由此可排除路基沿填挖交界線產(chǎn)生不均勻沉降。

圖3 路基沉降位置圖

依據(jù)勘察報告，該段地基屬Ⅲ級（嚴(yán)重）自重濕陷黃土，濕陷性黃土在天然含水量時，往往具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，但受水浸濕后抗剪強(qiáng)度大幅降低，承載力下降。

根據(jù)實地調(diào)查，路基左側(cè)為黃土沖溝溝頭，近年來逐漸成為村垃圾場，雨水較大時是村里的泄洪通道，由于下游溝口標(biāo)高相對較高，洪水常常蓄積于路基外側(cè)，據(jù)管理人員介紹，特大降雨時路基外側(cè)蓄水曾淹過高速公路排水溝頂。

排水溝外土體部分為松散填土形成，路基外側(cè)積水容易沿填土下滲；同時，路基外側(cè)存在落水洞，積水易沿落水洞下滲并侵蝕路基。

依據(jù)TJ1～TJ5天然含水量數(shù)值可知，路面范圍內(nèi)探井土體含水量相對較小，而路基坡腳處及外側(cè)探井土體含水量一般大于18%，路基坡腳土體受水浸濕而承載力下降是造成路基沉陷的主要原因。

4 路基沉降處治設(shè)計

針對不同原因的路基沉降，結(jié)合路基所處地形地貌、地質(zhì)情況與水文情況、處治加固施工難易程度等因素，一般工程上采用注漿加固[1-2]、劈裂注漿加固[3]、高壓旋噴樁加固[4-5]、局部開挖回填等工程措施對路基沉降進(jìn)行處治設(shè)計。

根據(jù)勘察結(jié)果、現(xiàn)場情況及路基沉陷原因等考慮，選取合理處治方案。其一由于路基含水率偏大，注漿加固及劈裂注漿加固處治路基沉降效果相對較差；其二現(xiàn)高速公路處于運營狀態(tài)，且路基填土高度較高，故排除路基開挖回填處治路基沉降，綜合考慮對本路基沉降路段采用高壓旋噴樁加固和線外排水工程綜合處治。

4.1 加固處治設(shè)計

采用高壓旋噴樁對沉陷路基進(jìn)行加固，旋噴樁樁徑50 cm，樁距150 cm，排距130 cm，梅花型布置，樁伸入原地面下500 cm。固化劑采用水灰比1∶1的水泥凈漿，水泥采用強(qiáng)度等級不低于32.5級的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，加固體設(shè)計強(qiáng)度為3.0 MPa，樁身每米水泥用量不小于200 kg。旋噴壓力為大于等于 25 MPa，旋噴速度 16～20 r/min，提升速度0.20～0.25 m/min，噴嘴直徑2～3 mm，漿液流量80～120 L/min。采用粉土（Q31al）作為高壓旋噴樁持力層。在裂縫外側(cè)（超車道內(nèi)）布置2排高壓旋噴樁，裂縫內(nèi)側(cè)布置5排（行車道2排，硬路肩3排）高壓旋噴樁；同時，為防止路基外側(cè)水再次侵入路基坡腳內(nèi)，對路基排水溝外1.5 m處設(shè)置1排高壓旋噴帷幕樁，帷幕樁搭接寬度為1/3樁徑，處治范圍K110+072—K110+148段，其他參數(shù)同加固樁。

4.2 排水工程設(shè)計

在村道匯水處設(shè)置急流槽，急流槽出水口連接新建（100×100）cm矩形排水溝，矩形排水溝下設(shè)10 cm 6%灰土墊層。矩形排水溝沿右側(cè)山坡腳布設(shè)并順接到K110+000處路基排水溝。

對現(xiàn)有路基排水溝沉陷部分進(jìn)行修復(fù)抬高，確保路基排水溝排水通暢，防止排水溝水在沉陷部位蓄積而繼續(xù)下滲侵蝕路基。

同時，對匯水處垃圾進(jìn)行清理，并對其采用植樹綠化，在鄰近新建排水溝處設(shè)置喇叭口，確保匯水順利流入新建排水溝。

在硬化場地下游處設(shè)置30 m攔渣矮墻，防止垃圾進(jìn)入路基排水溝。

4.3 路面工程

按原設(shè)計路面結(jié)構(gòu)圖恢復(fù)上中瀝青面層（4 cm AC-13改性瀝青混凝土上面層+6 cm AC-20瀝青混凝土中面層）。

5 交通組織安全設(shè)計

由于施工時基本涉及左側(cè)整幅路基，施工不存在通行條件，需提前從中央分隔帶開口處改道右側(cè)路基逆向行駛。施工前做好臨時交通組織，設(shè)置警示、指示及隔離設(shè)施等安全實施，確保通行安全和通暢。拆除現(xiàn)已沉降變形的波形護(hù)欄，待施工完畢后重新修筑三波式護(hù)欄。

6 結(jié)語

在黃土地區(qū)，路基排水設(shè)計是高速公路設(shè)計中重要的一環(huán)，每年因排水設(shè)施破壞造成路基沉降、路面開裂、邊坡滑塌等案例很多，需引起注意。本文以高速公路路基沉降路段為依托，通過勘察并分析其原因，經(jīng)比選設(shè)計采用高壓旋噴樁加固路基沉降路段，同時完善線外排水工程，成功控制路基沉降變形，取得良好的處治加固效果。