太舊高速公路路基變形病害處治

郭萬林

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

太舊高速公路K417+455—K417+540段，屬半填半挖路段，左幅路基以挖方為主，右幅路基為填方。2012年夏季以來，右幅填方段路面出現(xiàn)多條縱向沉降裂縫，主裂縫主要分布于K417+460—K417+485段的行車道，裂縫寬度2～3 cm，總體走向基本平行路線方向。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

本段北側(cè)為白馬河支流的東河河床及Ⅰ級(jí)階地，南側(cè)為黃土丘陵，表現(xiàn)為黃土梁、峁及沖溝，勘察區(qū)位于東河河床和黃土丘陵之間的斜坡地帶。由于太舊高速公路施工，目前路基北側(cè)為20 m左右的高路堤邊坡，路基南側(cè)由于挖方取土已形成一塊小平地。地形為北低南高，海拔高程介于1 039.19～1 094.15 m，相對(duì)高差54.96 m。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭露，勘察區(qū)出露地層為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組（Q1n）、中更新統(tǒng)離石組（Q2l）及全新統(tǒng)選仁組（Q4x）。其中第四系下更新統(tǒng)泥河灣組（Q1n）為勘察區(qū)主要地層，巖性為淡紅色、褐紫色亞黏土、黏土夾灰白色粉細(xì)砂層，沉積相屬湖積環(huán)境，厚度大于40 m，分布于挖方路基及填方路基下部。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

勘察區(qū)位于沁水塊坳最大的次級(jí)構(gòu)造單元沾尚—武鄉(xiāng)—陽城北北東向褶帶的北部。該褶帶是沁水塊坳的主體，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，由一系列不同級(jí)別褶皺組成的寬緩復(fù)式向斜，勘察區(qū)屬黃土覆蓋丘陵區(qū)，受構(gòu)造影響不大。

1.4 地震烈度

根據(jù)GB18306—2001圖A1《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，勘察區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10，地震基本烈度為Ⅶ度。

1.5 水文地質(zhì)

勘察區(qū)位于白馬河支流東河南岸，東河屬季節(jié)性河流，平時(shí)為上游工礦企業(yè)排出的生產(chǎn)、生活污水，汛期常造成洪澇災(zāi)害。鉆孔揭示，該段路基內(nèi)存在地下水，地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，含水層為粉細(xì)砂層，厚0.6～1.2 m，水位標(biāo)高1 048.0～1 351.0 m，其補(bǔ)給來源為大氣降水。地下水是引起路基沉降變形的主要原因。

2 路基變形原因分析

該段為半填半挖路基，左幅路基以挖方為主，右幅路基為填方，填方路堤坡高20 m左右，填土厚度12～15 m，填土以下原地面橫坡坡度約1∶3，屬陡坡路堤。根據(jù)鉆探揭示，路基下9～12 m之間普遍夾有1～2層粉細(xì)砂，雨季豐水期間，受大氣降水直接下滲及路基南側(cè)山體地下水的側(cè)向補(bǔ)給，形成地下水，使路基局部土體浸泡，軟化，強(qiáng)度降低，因而引起路基沉降變形。

a）該段路基下存在含水層，雨季期間受大氣降水直接下滲及路基南側(cè)山體地下水的側(cè)向補(bǔ)給，形成地下水，使路基局部土體軟化，造成路基沉降變形。

b）受地下水的長(zhǎng)期影響及河水的侵蝕、沖刷，可能造成路堤邊坡連同軟弱層沿填挖交界處的滑塌。

3 穩(wěn)定性驗(yàn)算及推力計(jì)算

3.1 基本力系

滑坡推力計(jì)算時(shí)，在滑動(dòng)面變坡點(diǎn)將滑體分成若干塊，從最上一塊起，逐塊計(jì)算其剩余下滑力，最后一塊的剩余下滑力就是整個(gè)滑坡的下滑力[1]。

圖1 作用于滑體分塊的基本力系

式中：En為第n個(gè)條塊的剩余下滑力，kN/m；Tn為第n 個(gè)條塊 Gn的切線下滑力，kN/m，Tn=Gnsinαn；Nn為第 n 個(gè)條塊 Gn的法線分力，kN/m，Gn=Gncosαn；αn，αn-1為第n、（n-1）個(gè)條塊所在折線段滑面的傾角，（°）；φn為第n個(gè)條塊滑面上的內(nèi)摩擦角，（°）；cn為第n個(gè)條塊滑面上的單位黏聚力，kPa；Ln為第n個(gè)條塊分段的長(zhǎng)度，m；En-1為第（n-1）個(gè)條塊傳遞下來的剩余下滑力，kN/m。

3.2 計(jì)算參數(shù)的選擇

滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的準(zhǔn)確取值直接影響邊坡計(jì)算、分析的可靠性。根據(jù)路基變形情況，共布設(shè)4處鉆孔，分別位于K417+495和K417+462斷面，選擇這兩個(gè)斷面，假定c值反算φ值，再采用工程類比法參考類似滑坡滑面土的抗剪強(qiáng)度，綜合確定該滑坡滑面的c、φ值。

根據(jù)滑坡變形情況，設(shè)定Ks=1.0時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)與目前滑坡狀態(tài)基本一致，即下滑力為零，滑帶土為可塑粉質(zhì)黏土，假設(shè)c=5 kPa，利用公式（1），反算得φ=7.5°。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合滑坡區(qū)上部物質(zhì)組成特點(diǎn)，取土體的天然重度平均值γ=19.0 kN/m3。

3.3 剩余下滑力

初擬將抗滑樁置于路基左側(cè)10 m處，按安全系數(shù)1.3，利用公式（1），求得潛在滑面的剩余下滑力1 200 kN，滑面傾角6°。

4 處治措施

為不影響交通，在研究分析勘察資料的基礎(chǔ)上，本著“技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理”和“一次處治，不留后患”的原則，提出了原路基增設(shè)抗滑樁的綜合處治措施，現(xiàn)說明如下。

在K417+455—K417+540段路基右側(cè)邊坡距離路基邊緣10 m處設(shè)一排抗滑樁，共18根，每根樁長(zhǎng)18 m，樁體采用2 m×3 m的鋼筋混凝土，樁中心間距5.0 m?？够瑯恫捎萌斯ね诳讟妒┕すに嚕O(shè)鋼筋混凝土護(hù)壁。

為避免雨水滲入路基，應(yīng)完善現(xiàn)有排水設(shè)施，將路基南側(cè)排水渠疏通，保證山坡雨水沿排水渠排入溝渠。

本次處治段落南側(cè)山坡植被良好，排水系統(tǒng)完善，滲入路基雨水較少，但為消除安全隱患，仍考慮設(shè)仰斜式排水管排除砂層可能的積水。自路基邊坡向內(nèi)打入直徑10 cm的帶孔PVC管，平均長(zhǎng)度22 m，坡度6%，管端位于填挖交界處粉砂層底。PVC管每隔5 m一道，位于2根抗滑樁中間，PVC管周圍及管端包裹滲水土工布，以防堵塞。

為避免路基坡腳和邊坡受到?jīng)_蝕，對(duì)仰斜式排水管出口之下邊坡采用漿砌片石護(hù)坡防護(hù)，護(hù)坡寬度1 m；同時(shí)在坡腳設(shè)漿砌片石護(hù)腳，護(hù)腳高度3 m，頂寬1 m，外邊坡坡率1∶0.25，內(nèi)邊坡坡率為1∶0.1，埋置深度1.5 m。漿砌片石護(hù)坡及護(hù)腳均采用M7.5水泥砂漿砌MU30片石，并用M10水泥砂漿勾縫。路基處治設(shè)計(jì)圖見圖2。

圖2 路基處治設(shè)計(jì)圖

5 施工工序及方法

5.1 平整場(chǎng)地

由于抗滑樁在路基邊坡處進(jìn)行施工，施工前應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地平整。路基南側(cè)由于挖方取土已形成一塊小平地，可由此進(jìn)入，在路基邊坡采用填土或開挖方式，形成5 m寬的施工平臺(tái)，以保證施工能夠正常開展。

5.2 挖孔及護(hù)壁

抗滑樁樁孔采用人工開挖，在平面位置應(yīng)該隔樁開挖，樁身強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)可開挖鄰樁，且樁孔尺寸不能夠小于設(shè)計(jì)尺寸。樁孔開挖時(shí)，應(yīng)自上而下按照1 m厚度分節(jié)進(jìn)行開挖。為防止塌孔，每一層土方開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土護(hù)壁，下一節(jié)開挖應(yīng)在上一節(jié)護(hù)壁混凝土終凝后進(jìn)行[2]。

現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁厚度30 cm，樁底擴(kuò)大，每層護(hù)壁高度為100 cm，上下護(hù)壁搭接10 cm；每根主鋼筋應(yīng)插入下層護(hù)壁內(nèi)50 cm，務(wù)必使上下護(hù)壁相互拉接避免護(hù)壁因自重而拉裂。護(hù)壁混凝土模板的支撐應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到能保持護(hù)壁結(jié)構(gòu)不變形后方可拆除。施工過程中可根據(jù)實(shí)際情況，在混凝土護(hù)壁兩側(cè)設(shè)置斜撐、橫撐，以防止護(hù)壁變形，保證施工安全。

5.3 鋼筋籠制作

單根抗滑樁鋼筋重量為8 763.92 kg，其中面?zhèn)戎鹘詈捅硞?cè)主筋采用φ32的HRB335鋼筋，間距為15 cm；兩側(cè)主筋采用φ22的HRB335鋼筋，間距為40 cm；箍筋采用 φ16的 HPB235鋼筋，間距為30 cm。受力鋼筋應(yīng)采用對(duì)焊接頭，接頭位置應(yīng)相互錯(cuò)開，在同一截面內(nèi)，接頭數(shù)不超過鋼筋總的1/4，同時(shí)有接頭的截面之間的距離不小于2.5 m。鋼筋束中鋼筋需緊貼，并沿鋼筋長(zhǎng)1～2 m點(diǎn)焊成束。如鋼筋籠在場(chǎng)外制作吊裝困難比較大，可在井下綁扎完成。綁扎前需再檢查孔內(nèi)的情況，以確定孔內(nèi)無塌方和沉渣。

5.4 灌注樁身混凝土

抗滑樁樁身采用C30混凝土進(jìn)行灌注。灌注前，應(yīng)檢查斷面凈空，清洗混凝土護(hù)壁。樁孔灌注混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，避免出現(xiàn)較弱的施工縫，保證混凝土的整體性和強(qiáng)度，并加快施工進(jìn)度。

5.5 仰斜式排水管施工

待抗滑樁全部施工完畢，樁體發(fā)揮作用后，方可開挖進(jìn)行仰斜式排水管的施工。排水管采用直徑10 cm的帶孔PVC管，自路基邊坡以6%的橫坡向內(nèi)打入，管端位于填挖交界處粉砂層底，PVC管每隔5 m一道，位于2根抗滑樁中間，共設(shè)17道。PVC管周圍及管端包裹滲水土工布，以防堵塞。

5.6 砌筑漿砌片石護(hù)腳及護(hù)坡

為避免路基坡腳和邊坡受到?jīng)_蝕，對(duì)仰斜式排水管出口之下邊坡采用漿砌片石護(hù)坡防護(hù)，護(hù)坡寬度1 m；同時(shí)在坡腳設(shè)漿砌片石護(hù)腳，護(hù)腳高度3 m，頂寬1 m，外邊坡坡率1∶0.25，內(nèi)邊坡坡率為1∶0.1，埋置深度1.5 m。漿砌片石護(hù)坡及護(hù)腳均采用M7.5水泥砂漿砌MU30片石，并用M10水泥砂漿勾縫。

6 施工注意事項(xiàng)

a）太舊高速公路交通量大，為確保施工安全，應(yīng)在高速公路上設(shè)置明顯的交通標(biāo)志，采取交通疏導(dǎo)措施，保證外側(cè)車道臨時(shí)封閉，內(nèi)側(cè)車道通行。

b）抗滑樁采用人工挖孔施工，應(yīng)派專人監(jiān)測(cè)，保證施工安全。

c）抗滑樁樁孔開挖時(shí)應(yīng)自兩側(cè)向中部間隔開挖，不得連續(xù)開挖。

d）抗滑樁樁身混凝土應(yīng)邊灌注邊振搗，全樁混凝土應(yīng)一次澆注完成。

e）抗滑樁應(yīng)分節(jié)進(jìn)行護(hù)壁施工，每節(jié)開挖深度為1 m，當(dāng)護(hù)壁混凝土具有一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行下一節(jié)開挖。

f）開挖過程中若護(hù)壁發(fā)現(xiàn)突變或變形過大等情況，應(yīng)立即停止施工，并與設(shè)計(jì)單位取得聯(lián)系以便及時(shí)處理。

7 結(jié)束語

對(duì)于路基下存在含水層的半填半挖路基，當(dāng)路面出現(xiàn)縱向沉降裂縫時(shí)，隨著時(shí)間推移，路基易發(fā)生變形、滑塌，采用抗滑樁處理此類路基，可徹底解決，不留后患。特別需要注意的是，由于太舊高速公路交通量大，施工時(shí)應(yīng)設(shè)置明顯的交通標(biāo)志，確保施工安全。