淺析高填路堤裂縫產(chǎn)生原因及其防治措施

摘要:本文針對某高速的地質(zhì)特點，分析、論證了該段治理工程應(yīng)采取加固、處治等措施，以確保該段高速公路的順利施工和安全運營。

關(guān)鍵詞:高速公路 高路堤 裂縫 防治

一、前言

在高速公路建設(shè)中，難以避免地出現(xiàn)高填方路堤，在高填方路堤的設(shè)計、施工中，必須有效控制路基沉降以確保路堤邊坡穩(wěn)定，這就有必要采取各種路基邊坡防護(hù)或加固措施。路基邊坡防護(hù)和加固技術(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)慎重對待，尤其是在地形險峻、工程量巨大、易發(fā)生塌方的路段，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厮?、地質(zhì)及地產(chǎn)材料情況，針對易塌方的高邊坡、不穩(wěn)定的高路堤、受沖刷較大的沿河路段等重點路部位制定專項路基加固措施以保證路基穩(wěn)定，確保道路的安全運營。

二、高填路堤裂縫產(chǎn)生原因分析

筆者結(jié)合某高速公路高填路堤裂縫現(xiàn)場調(diào)查情況分析，認(rèn)為該段高填方路堤縱向開裂的原因主要包括如下三個方面:

⑴膨脹土路堤

路堤填土的吸水膨脹是路堤邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素。該路段為高填方路堤，填筑高度超過20米，按照公路路基設(shè)計規(guī)范JTJ013-95，填土高度超過20米時邊坡穩(wěn)定系數(shù)不得小于1.25，對于特殊土填筑的路堤，如膨脹土路堤邊坡，當(dāng)邊坡高度大于6米時，規(guī)范建議邊坡坡度應(yīng)在1:1.75~1:2.0的范圍。根據(jù)現(xiàn)場路基填土的試驗結(jié)果，該路段填土膨脹率Fa介于20%至50%的區(qū)間，屬于弱性膨脹土。由于路堤填土為膨脹土，其力學(xué)特性與飽和土的有較大差異，表現(xiàn)為典型的非飽和土工程特性，即強度與含水量(基質(zhì)吸力)的關(guān)系較大，在降雨和干濕循環(huán)作用下，強度會大幅下降，膨脹土邊坡土體中的吸力變化會直接影響到其邊坡的穩(wěn)定性。因而，在邊坡設(shè)計時一方面應(yīng)適當(dāng)加大邊坡穩(wěn)定系數(shù)的值以防止邊坡下陷、開裂等破壞的出現(xiàn)，另一方面對于膨脹土應(yīng)進(jìn)行有效的改良處理。按照設(shè)計要求，施工過程中除強膨脹土放棄不用外，對中、弱膨脹土，將兩側(cè)2米寬包邊填土采用7%摻灰改性處理的方法進(jìn)行填筑，由于包邊土和內(nèi)部填土的密度和壓實情況的不同，會導(dǎo)致路基沉降變形程度不同，特別是當(dāng)路段填筑到一定高度時遭遇降雨，膨脹土吸水后強度下降，直接造成裂縫沿兩種土邊界規(guī)則出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)裂縫雨水會沿裂縫下滲，會進(jìn)一步造成路基的沉陷、滑移和裂縫加劇，加上未采取防治反射裂縫的相關(guān)措施，鋪面后裂縫不可避免的會反射到路面結(jié)構(gòu)上。

⑵裂縫防治措施不當(dāng)

路基和基層開裂后采取的防治措施不當(dāng)是造成裂縫進(jìn)一步發(fā)展的原因。該路段在路堤施工過程中路基頂面出現(xiàn)開裂后采取了如下的加固方案，在裂縫出現(xiàn)區(qū)域沿裂縫挖除寬度為0.5m原瀝青路面和基層，用C30混凝土填實到與兩側(cè)基層頂面平齊，混凝土內(nèi)布置橫向長度lm、間距0.2m的24mm二級鋼筋加固。這樣的處理方式本意是想利用鋼筋抵抗結(jié)構(gòu)的開裂，但是由于路基中部填土的沉降較兩側(cè)包邊土要小，造成該混凝土板在基層頂面呈懸臂或局部支承狀態(tài)，開裂位置于是從原先位置轉(zhuǎn)移到剛性混凝土板和基層粒料的交接界面，然后沿基層反射到瀝青混凝土路表面，因而后期發(fā)現(xiàn)的路面裂縫位置與原先基層上發(fā)現(xiàn)的裂縫位置有所不同。對于基層和路面上出現(xiàn)的裂縫，現(xiàn)場只是進(jìn)行了簡單的封閉處理，沒有采取有效的防排水措施，雨水仍可以通過裂縫進(jìn)入到路堤填土內(nèi)部，從而影響路堤邊坡的穩(wěn)定，也造成了路面裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。

⑶巖性邊坡處理措施不當(dāng)

傾斜巖性邊坡地表造成路堤土體側(cè)向滑移引起路基路面開裂。該段路堤坐落在灰?guī)r邊坡上，灰?guī)r嚴(yán)重風(fēng)化且節(jié)理豐富，裂隙較為發(fā)育，巖石上覆蓋的風(fēng)化土50~120cm不等，填前碾壓前進(jìn)對風(fēng)化土進(jìn)行清除處理，未對風(fēng)化巖石和破碎巖石徹底清除，也未對整個巖石界面進(jìn)行徹底的整平，只是挖成臺階狀，使土與巖石之間的摩阻力較小。當(dāng)路堤超過一定高度后，土體在自重的作用下將沿土與巖石的界面向下滑移，造成路堤土體開裂，進(jìn)而使路面產(chǎn)生反射裂縫。在下雨天，雨水沿巖石界面下滲同時裂隙水沿裂隙上升，下滲雨水和裂隙水將在土石界面匯集，將在土石之間產(chǎn)生潤滑作用，加速土體沿巖面的滑移速度，加大土體裂縫寬度。

三、邊坡加固和裂縫防治

3.1預(yù)應(yīng)力錨索框架梁聯(lián)合加固邊坡施工技術(shù)

3.1.1材料和機(jī)械設(shè)備選擇

預(yù)應(yīng)力錨索采用直徑Φ15.4mm高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，強度1860級，要求鋼絞線順直、無損傷、無死彎。鉆孔機(jī)械可采用QZ100型潛孔鉆機(jī)，建議采用福仁牌自鉆式錨桿可實現(xiàn)鉆孔、注漿、錨固等過程的一體化施工，錨具采用QM15~4型。

3.1.2主要施工工藝

鉆孔:一級臺階水平鉆孔穿透路基寬度，二級臺階以下按照傾角30°斜向鉆孔。在鉆孔前，首先確定錨固孔的孔位和孔距，打入標(biāo)樁，標(biāo)明鉆孔編號，孔位偏差不大于100mm。鉆機(jī)安裝時直于坡面，傾角偏差不超過2°并確保鉆機(jī)的穩(wěn)固，開鉆前應(yīng)仔細(xì)檢查孔位、孔距和偏角，確?？孜坏恼_性。鉆孔時采用無水鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中應(yīng)對每孔的進(jìn)尺速度、地下水情況及一些特殊情況做現(xiàn)場記錄，如遇塌孔，應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理，注漿36小時后方可重新鉆進(jìn)。鉆孔過程中還應(yīng)及時測量孔深和傾斜情況，發(fā)現(xiàn)傾斜應(yīng)及時糾正，考慮到沉渣的影響，實際鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計長度大0.4m左右，成孔后利用高壓空氣(0.2~0.4MPa)進(jìn)行清孔。

錨索制作與安裝:錨索采用415.4mm高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作而成，錨固段應(yīng)除銹、除油污，按照圖6-1要求綁扎架線環(huán)，自由段除銹后，涂抹黃油并立即外套波紋管，兩頭用鐵絲扎緊，并用電工膠布纏封。

錨索孔注漿:錨索孔內(nèi)采用425#水泥配置的l:l的M30水泥砂漿，水灰比0.45，砂漿強度不小于30MPa，采用從孔底到孔中的返漿式注漿，注漿壓力不低于0.25MPa.注漿前漿液應(yīng)充分?jǐn)嚢?，現(xiàn)攪現(xiàn)用，當(dāng)孔內(nèi)漿液初凝后應(yīng)及時進(jìn)行二次注漿以保證注漿飽滿。

框架梁施工:框架梁采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑，澆筑時預(yù)埋QM錨墊板及孔口PVC管，每片框架梁(12m)應(yīng)整體澆筑，一次完成，兩片梁之間設(shè)置2cm的伸縮縫，縫內(nèi)用瀝青麻筋填塞。

錨索張拉錨固:當(dāng)框架梁達(dá)到設(shè)計強度后，可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索的張拉和鎖定。張拉分五級兩次進(jìn)行，即按照設(shè)計噸位的20%，40%，60%，80%，100%、110%進(jìn)行張拉，其中前三級為一次張拉，一次張拉完畢后5天進(jìn)行二次張拉，超張拉110%后鎖定。張拉完畢后留30mm長的鋼絞線，其余截去，采用C25混凝土及時封閉錨頭坑。

現(xiàn)場試驗:為了確定錨索的極限承載力，驗證錨索設(shè)計參數(shù)和施工工藝的合理性以及工程質(zhì)量，現(xiàn)場需進(jìn)行錨索的抗拔試驗應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2路基路面防排水處理

考慮到膨脹土路基填土受水的影響較大，必須進(jìn)行路基路面的防排水處理，

重點做好如下幾各方面:檢查路堤邊坡和路面的原有排水設(shè)施的情況，如排水溝的溝通情況，路面橫坡的坡度等;路面裂縫開裂嚴(yán)重處建議鏟除瀝青混凝土層，在水泥穩(wěn)定粒料基層上鋪一層土工布以防治雨水通過裂縫進(jìn)入到路堤填土內(nèi)部;做好瀝青混凝土路面裂縫的修補工作。

3.3瀝青路面裂縫修補

3.3.1修補材料

裂縫修補材料建議選擇路斗士C3405型密封膠，該產(chǎn)品是一種單組分、高性能的聚合乳化瀝青路面裂縫密封材料，適合于直接灌注到3mm到25.4mm寬度的裂縫當(dāng)中。該材料在寒冷的天氣里仍保持其柔韌性，在炎熱的天氣里不流動，使用該材料封縫可以有效防止水通過裂縫進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

3.3.2修補工藝

裂縫修補主要包括裂縫開槽、裂縫清理和灌縫三個階段.裂縫比較細(xì)時，材料通常難以灌入到縫隙內(nèi)部，因而當(dāng)裂縫寬度小于13mm，應(yīng)采用開槽機(jī)對裂縫進(jìn)行切割，建議將裂縫開鑿成寬度為12.7mm，深度為12.7mm的槽口;裂縫灌注前，應(yīng)采用空壓機(jī)產(chǎn)生的氣流將開過槽的裂縫中的灰塵、雜物及周邊松動的物體清除干凈，保持裂縫的清潔和干燥，以達(dá)到最佳的粘結(jié)和密封效果:灌縫時應(yīng)自下而上充分填滿，每條裂縫的灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，灌縫結(jié)束后密封表面宜稍寬于裂縫寬度，對于路斗士C3405密封膠，施工后兩個小時即可開放交通。

四、結(jié)語

該工程高填方路堤裂縫治理工程結(jié)束之后，通過實際檢測表明，本文研究結(jié)果的應(yīng)用，較好地解決了工程難題，保證工程質(zhì)量，為在類似條件下進(jìn)行高速公路建設(shè)提供了堅實的依據(jù)。