霍永高速公路路基病害專項(xiàng)處治

秦小超

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

霍永高速公路是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃環(huán)、縱、橫交錯(cuò)中第九橫的重要組成部分，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-Ⅰ級(jí)。在其通車運(yùn)營(yíng)4 年間，養(yǎng)護(hù)部門及時(shí)養(yǎng)護(hù)，但仍不可避免地出現(xiàn)了不同程度的沉陷病害。

1.1 路基病害現(xiàn)狀

K50+870—K50+920 段主線路基與緊鄰的山云互通E 匝道路基產(chǎn)生了滑移破壞，造成主線路面產(chǎn)生裂縫、主線填方邊坡和E 匝道路基沉陷。

主線路基在左幅路面產(chǎn)生較為明顯的兩條裂縫，為1 條縱向張拉裂縫和1 條沉陷裂縫，如圖1 所示。其中張拉裂縫位于K50+870—K50+920 段靠近中央分隔帶的超車道和行車道，總體呈線狀，在白色標(biāo)線附近蜿蜒擴(kuò)展，總長(zhǎng)度約50 m，寬度3～5 cm，臨時(shí)采取干拌砂填充縫漿，表面灌縫膠封閉的方法進(jìn)行處治；沉陷裂縫位于K50+870—K50+900 段的緊急停車帶和行車道，呈弧狀U 形，從路基邊緣開(kāi)始經(jīng)行車道后至路基邊緣，總長(zhǎng)度約35 m，裂縫寬度 3～8 cm，垂直落差 4～10 cm，形成明顯錯(cuò)臺(tái)，嚴(yán)重影響行車安全。

圖1 主線路面裂縫

主線K50+870—K50+920 段左幅外側(cè)為山云互通E 匝道（填挖交界處），填方坡面為六棱塊全坡防護(hù)的路基邊坡產(chǎn)生沉陷，沉陷現(xiàn)狀為路線沉陷裂縫對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的全坡防護(hù)整體下陷，沉陷最大深度已達(dá)30 cm，靠近急流槽處的六棱塊呈現(xiàn)無(wú)序翹起狀態(tài)，如圖2 所示。調(diào)查期間還可以看到，主線路基邊坡坡腳有水不斷流出，出水明顯，就現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，主要原因?yàn)樽匀唤邓芈访娉霈F(xiàn)的裂縫滲入路基，然后順著水流通道從坡腳流出，主線路基很可能已經(jīng)產(chǎn)生了局部貫通的滑裂面。另外，經(jīng)調(diào)查得知，山云互通E 匝道在此之前也發(fā)生過(guò)沉陷，目前已經(jīng)采用路面修復(fù)治理。

圖2 路基邊坡塌陷

1.2 工程地質(zhì)條件

本路段病害路基為半挖半填路基?？辈爝^(guò)程中布設(shè)2 個(gè)鉆孔，均位于K50+886 斷面，其中ZK1 位于主線坡腳和匝道交界的平臺(tái)上，ZK2 位于主線K50+886 中線左側(cè) 9 m 處。從 ZK1 的巖芯看，0～12.4 m 是匝道回填路基素填土，0～3.5 m 為粉質(zhì)黏土，軟塑；3.5～12.4 m 為粉土，稍密，稍濕 - 濕；12.4 m 以下是原地基，12.4～23.0 m 均為粉質(zhì)黏土，可塑與軟塑錯(cuò)層。從ZK2 巖芯看，0～2.8 m 是回填路基土，其中 0～0.9 m 為路面結(jié)構(gòu)層；0.9～2.8 m 為素填土（粉質(zhì)黏土），軟塑；2.8 m 以下是原地基，2.8～6.4 m 為粉質(zhì)黏土，可塑；6.4～14.5 m 為粉土，稍密、稍濕- 濕；14.5～25.0 m 為粉質(zhì)黏土，右上至下硬塑過(guò)渡為可塑?？辈旆秶鷥?nèi)未見(jiàn)空洞和地下水。

主線路基上部2.0～2.2 m 處的樣品含水量為27.2%，液性指數(shù)為0.89；主線坡腳處樣品含水率為26.2%，液性指數(shù)0.72，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C=12.2 kPa、φ=16.1°。填挖界面附近土體含水率在26.6%～27.2%之間，液性指數(shù)在0.78～0.89，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C=5.3 kPa、φ=11.3°。

2 路基沉陷原因分析

從鉆孔樣芯和樣品試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，主線路基填土和填挖界面附近土層濕軟?？辈旌驮囼?yàn)結(jié)果表明，該段路基可能產(chǎn)生兩種滑移破壞，滑移面斷面圖如圖3 所示，一是主線路基滑移從主線坡腳剪出；二是沿深部填挖界面軟弱帶產(chǎn)生整體式滑移，同時(shí)毀壞主線和匝道路基。

病害產(chǎn)生的原因是本路段經(jīng)歷了4 個(gè)雨季的沖刷，較長(zhǎng)時(shí)間的降雨夾雜強(qiáng)降雨天氣，雨水沿路面縫隙和截水溝薄弱部位進(jìn)入路基，一部分滲入路基土體，另一部分沿填挖界面下滲，造成主線路基濕軟，并在填挖界面附近形成軟弱帶，進(jìn)而降低路基承載力，路面車輛荷載和路基自重成為路基不均勻沉降明顯因素，同時(shí)此處互通匝道與主線路基緊鄰，存在明顯差異的填、挖方路基自然沉降不一，也是造成側(cè)向滑移的因素，滑移加劇使路面開(kāi)裂成為必然結(jié)果。

圖3 滑移面斷面圖

3 滑坡推力計(jì)算

3.1 強(qiáng)度指標(biāo)

滑帶土的強(qiáng)度指標(biāo)通過(guò)選取C 值，反算φ 值確定，根據(jù)勘探和試驗(yàn)結(jié)果，取γ=18.6 kN/m3為正常工況下滑體的重度，γ=20.4 kN/m3為連續(xù)降雨條件下滑體的重度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1 和表2。

表1 沿主線路基滑動(dòng)時(shí)滑動(dòng)土強(qiáng)度指標(biāo)表

表2 沿填挖界面滑動(dòng)時(shí)滑動(dòng)土強(qiáng)度指標(biāo)表

3.2 滑坡推力

由于滑裂面存在兩處可能，如圖3 所示，抗滑樁的設(shè)置位置有3 處可選，主線邊緣、匝道內(nèi)側(cè)、匝道邊緣，結(jié)合布設(shè)抗滑樁的位置，采用規(guī)范[1]中要求采用的傳遞系數(shù)法，用理正軟件對(duì)上述3 處位置進(jìn)行滑坡推力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4 和表5。

表3 主線邊緣設(shè)抗滑樁 kN

表4 匝道內(nèi)側(cè)設(shè)抗滑樁 kN

表5 匝道外側(cè)設(shè)抗滑樁 kN

由表3～表5 看出，在主線邊緣設(shè)抗滑樁時(shí)的滑坡推力為匝道內(nèi)側(cè)的30%～40%，為匝道外側(cè)的35%～45%，后兩者滑坡推力值均大于1 000 kN，且非正常工況下已在2 000 kN 附近變化，過(guò)大的滑坡推力對(duì)抗滑樁樁徑和樁間距的要求較高，在此處填挖交界填方段不易操作，且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查詢問(wèn)公路養(yǎng)護(hù)部門，得知在此次處治前，主線與匝道均已針對(duì)沉陷進(jìn)行過(guò)重新攤鋪路面處理，并在較長(zhǎng)時(shí)間里匝道路基沉陷不明顯，未觀測(cè)到不良現(xiàn)象出現(xiàn)，最終設(shè)計(jì)為將抗滑樁布設(shè)在主線路面邊緣，主要治理沿填挖結(jié)合面發(fā)生的整體式滑移破壞。

4 處治措施

鑒于路面出現(xiàn)明顯裂縫，路基出現(xiàn)滑移破壞，為了能夠快速解決出現(xiàn)的問(wèn)題，且達(dá)到長(zhǎng)期預(yù)防的目的，就病害問(wèn)題和實(shí)測(cè)工程地質(zhì)，制定抗滑樁與灰砂樁協(xié)同處治的方案，處治方案布置圖見(jiàn)圖4?？够瑯兑云浒踩煽啃愿?，對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)小、自身穩(wěn)定性好等特性起到對(duì)滑動(dòng)路基的支擋作用[2]，灰砂樁以生石灰的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)路基土起到降低含水率、提高密實(shí)度的作用[3]。

根據(jù)滑坡推力計(jì)算結(jié)果，沿路線K50+870—K50+900 段左幅距路基邊緣0.5 m 處設(shè)置1 排抗滑樁，17 根，樁長(zhǎng)17 m，樁徑1.5 m，樁中心距 3.0 m?？够瑯犊v向鋼筋為直徑32 mm 的HRB400 鋼筋，樁身采用C30 混凝土澆注，混凝土骨料粒徑不大于60 mm，水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5 級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥，自下而上振搗澆注。同時(shí)布設(shè)5～6 排灰砂樁，降低路基土含水量，灰砂樁樁長(zhǎng)12 m，樁徑40 cm，按照梅花型布置，樁中心距1.2 m?；疑皹短钪疑绑w積比為7∶3，石灰采用生石灰，砂采用級(jí)配良好的中粗砂；樁頂1 m 采用C20 水泥混凝土搗實(shí)封頂?？够瑯杜c灰砂樁布設(shè)完畢后，將左幅路面銑刨至路面基層頂部，重新鋪筑路面結(jié)構(gòu)。

圖4 處治方案平面布置圖

5 結(jié)論

高速公路在運(yùn)營(yíng)期間由于各種因素可能會(huì)發(fā)生不同程度的病害，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合路基病害和鉆孔勘探資料，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，對(duì)霍永高速公路K50+870—K50+920 段左幅路基沉陷提出針對(duì)性的處治措施，現(xiàn)此路段車輛通行狀況良好。

a）降雨雨水沿路面縫隙下滲使路基土濕軟、承載力下降是路基發(fā)生沉陷，進(jìn)而路面出現(xiàn)張拉裂縫的主要原因。

b）抗滑樁與灰砂樁協(xié)同處治路基沉陷，能夠充分發(fā)揮兩者特有的性質(zhì)，進(jìn)而以較小擾動(dòng)，較大程度解決填挖結(jié)合路基填方段路基沉陷病害。