某高速公路石拱通道裂縫產(chǎn)生原因分析及處理

王

1 概述

某高速公路第25合同段K74+760為1-4 m石拱通道，洞頂填土12.64 m，由于雨水作用通道西側(cè)發(fā)生整體沉降，導(dǎo)致整體式基礎(chǔ)和拱圈發(fā)生與通道軸線基本平行的縱向裂縫(見圖1)。針對該情況，施工單位組織專門人員，每天對裂縫進(jìn)行觀測，分析查找裂縫出現(xiàn)的原因，并提出相應(yīng)的處理意見。

2 原因分析

2.1 原地質(zhì)情況

該通道地基處在挖方地段，但西側(cè)為洼地，表層有積水和淤泥，基礎(chǔ)開挖到基底設(shè)計(jì)標(biāo)高附近時發(fā)現(xiàn)地基土為濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起濕陷變形，下沉量大、下沉速度快，造成結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)性變形。施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用強(qiáng)夯法處理該通道地基，改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，消除濕陷性黃土地基的危害。

2.2 原地基處理

原地基承載力為180 kPa，該通道地基承載力設(shè)計(jì)為 300 kPa，原地基經(jīng)強(qiáng)夯處理，錘重10 t，底面積1.401 8 m2，落距5.5 m，最后兩擊的平均沉降量為 10.5 mm，8.5 mm，13.5 mm。計(jì)算得強(qiáng)夯的治理深度h＞5 m，地基處理滿足設(shè)計(jì)施工要求。另經(jīng)輕型觸探儀檢測得處理后的地基平均承載力為364.6 kPa，大于地基設(shè)計(jì)承載力300 kPa，同樣得出地基處理后的承載力滿足設(shè)計(jì)施工要求。

2.3 裂縫觀測

2006年5月17日，路基填土到通道頂標(biāo)高時通道出現(xiàn)裂縫(裂縫寬度3 mm)，此后每天安排技術(shù)員進(jìn)行裂縫觀測，觀測結(jié)果顯示，前期每下一次大雨后裂縫寬度就有較大幅度的增長，到2006年6月26日該通道的沉降開裂基本趨于穩(wěn)定不變，到2006年7月3日，裂縫達(dá)到最大寬度 40.1 mm。7月12日以后，裂縫寬度一直未發(fā)生變化，最大值仍為40.1 mm。

2.4 鉆芯取樣

根據(jù)通道裂縫出現(xiàn)的情況分析可知，地基沉降發(fā)生在通道西側(cè)。施工單位聘請地質(zhì)隊(duì)對該通道地基做物探分析，發(fā)現(xiàn)通道基礎(chǔ)下部存在局部空洞現(xiàn)象，但空洞具體寬度和深度不確定。后施工單位又組織采空區(qū)隊(duì)伍對通道西側(cè)進(jìn)行鉆芯取樣，總鉆進(jìn)深度為106.6 m，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，但在鉆機(jī)平臺下16.4 m～17.2 m(通道基礎(chǔ)底面以下40 cm左右)處出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象。經(jīng)土樣分析此掉鉆段為濕陷性黃土地段，而通道西側(cè)本為洼地，通道施工中雨水、施工臨時用水及雨水都匯聚在基礎(chǔ)西側(cè)附近，該處的濕陷性黃土遇水自行塌陷形成空洞，導(dǎo)致通道地基整體偏向西側(cè)沉降形成裂縫。

2.5 原因總結(jié)

造成石拱通道沉降開裂的原因有三點(diǎn):1)通道基礎(chǔ)為濕陷性黃土地基;2)施工過程中臨時排水設(shè)施處理不當(dāng)，施工中地表水流入通道地基下;3)通道施工完成后仍有地表水從洞口和沉降縫處流入地基內(nèi)。

3 處理方案

3.1 地基加固

1)在通道基礎(chǔ)西側(cè)外邊緣2.0 m處布一道垂直注漿孔，使通道基礎(chǔ)西側(cè)外邊緣形成防滲帷幕，阻止基礎(chǔ)下注漿向外流散。帷幕注漿孔孔深12 m(洞身上口算起)，注漿段 5.2 m～12 m，孔距為1.5 m。水泥漿的水灰比為1∶1，為使水泥漿液能夠迅速凝固和防擴(kuò)散較遠(yuǎn)，摻入30%(體積比)或水泥重量的1.5%的水玻璃溶液(40°Be′)，水玻璃的模數(shù)為 3～ 3.3，注漿壓力為 0.3 MPa～0.5 MPa。2)在通道基礎(chǔ)外邊緣1.0 m處設(shè)一排傾斜孔，通道內(nèi)縱軸線及縱軸線偏西0.5 m處各設(shè)一排傾斜孔，采取斜孔對基礎(chǔ)下土層進(jìn)行注漿加固，基礎(chǔ)外邊緣斜孔傾角為10°，通道內(nèi)縱軸線上斜孔傾角為30°，縱軸線偏西0.5 m斜孔傾角為45°(施工中根據(jù)具體情況可適當(dāng)調(diào)整)，盡量保證西側(cè)臺身下方注漿飽滿?；A(chǔ)外邊緣斜孔及縱軸線上斜孔注漿段為5.2 m～12 m，縱軸線偏西0.5 m斜孔注漿段為5.2 m～9.4 m(具體見圖2，圖3)，傾斜孔孔距按1.5 m布設(shè)，但根據(jù)鉆孔情況在有空洞段孔距按1.0 m布設(shè)。注漿孔水灰比采用1∶1，注漿壓力為0.5 MPa～1 MPa，每孔采取少量多次的間歇注漿方式，注漿流量為15 L/min～20 L/min，注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為0.3 L/min。3)施工要求。a.選用42.5級細(xì)顆粒水泥，并且在施工前要進(jìn)行注漿效果試驗(yàn)。b.為保證水泥漿液的穩(wěn)定性，防止水泥顆粒離析、沉淀，在水泥漿液中加入3%～5%的膨潤土。c.注漿孔的鉆孔孔徑一般為89 mm。注漿花管長5 m，花孔數(shù)為25個，孔徑為5 mm，花孔孔距為6 cm。d.注漿順序應(yīng)先外圍帷幕孔再注傾斜孔。為防止注漿過程中冒漿和附加沉降，所有的注漿孔采取跳孔施工。e.施工中可根據(jù)試注的效果調(diào)整其注漿參數(shù)。f.注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，要定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整注漿量和漿液濃度。g.間歇注漿前必須用清水洗孔，壓水時間不得小于10 min。h.通道基礎(chǔ)進(jìn)行注漿處理后，需進(jìn)行動力觸探試驗(yàn)檢驗(yàn)其注漿效果。

3.2 通道加固

通道基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理后，采取動力觸探進(jìn)行檢驗(yàn)其注漿效果，滿足承載力要求后方可進(jìn)行拱涵加固。將通道上路基填土按1∶0.75開挖，將原護(hù)拱砌體拆除，在通道縱、橫斷面布置φ 25的鋼筋，鋼筋長度60 cm，間距為50 cm，插入原砌體40 cm，在植入的鋼筋上縱橫向綁扎φ 10的圓鋼形成鋼筋網(wǎng)片，再在原拱圈砌體上澆筑30 cm厚的混凝土拱圈(見圖4)。

3.3 防水處理

基礎(chǔ)經(jīng)過注漿處理后，通道西側(cè)下部整體形成一個防水封閉結(jié)構(gòu)。對于沉降縫處填瀝青麻絮止水，通道開挖處的洞身需重新刷膠泥防水層。對于進(jìn)洞口因水流匯聚，在八字墻四周的地表先用二八灰土處理，再在其上澆筑一層15 cm厚的C25防水混凝土，其縱坡和通道設(shè)計(jì)縱坡(0.5%)一致并設(shè)計(jì)單向橫坡(2%)偏向通道西側(cè)，將地表水匯聚在通道的西側(cè)，在西側(cè)的洞腳處設(shè)置排水溝，把進(jìn)洞口的地表水引出洞外，并把與排水溝接觸的洞身做防水處理。同時處理過程中需加強(qiáng)臨時排水，保護(hù)通道地基。

4 結(jié)語

該通道加固處理后，經(jīng)動力觸探檢驗(yàn)其地基承載力符合設(shè)計(jì)施工要求，通道頂路基土回填后，通道無開裂現(xiàn)象。由于濕陷性黃土地基遇水塌陷引起該通道出現(xiàn)裂縫，因此在以后的施工中針對濕陷性黃土地基需經(jīng)強(qiáng)夯處理，改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，減小或消除地基的濕陷變形，并在濕陷性黃土地基上鋪一層30 cm厚的二八灰土防水，同時要處理好通道沉降縫止水問題，以防施工過程中的臨時排水及施工完后的地表徑流流入濕陷性黃土地基中。

[1] 趙鵬飛.大斷面黃土隧道地面裂縫控制措施研究[J].山西建筑，2009，35(8):339-340.