高速公路路基塌陷成因分析及處治

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。

1 工程概況

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。

2 工程地質(zhì)勘察

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

3 路基塌陷成因分析

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。

4 處治方案

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

4.1 高壓旋噴樁加固

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。

4.2 頂推涵洞

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

4.3 完善隔水、引水的綜合排水措施

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。

5 結(jié)語(yǔ)

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。