東呂高速K625+000—K625+200段路基沉陷原因分析及處治措施

劉小龍

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原030001）

1 項(xiàng)目概況

東呂高速平榆段公路于2012年底通車(chē)運(yùn)營(yíng)，2021年運(yùn)營(yíng)近9年。因山西省遭遇罕見(jiàn)雨水，強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。山西省多條河流決堤，給人民的生產(chǎn)生活帶來(lái)極大危害。對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)影響更是巨大，公路水毀嚴(yán)重。受此次強(qiáng)降雨影響，昌源河引發(fā)大水，東呂高速平榆段K625+000—K625+200 段路基發(fā)生沉陷。

根據(jù)相關(guān)調(diào)查資料顯示：K625+000—K625+200段路基中心填土高度約5.58～7.57m，填料為碎石類(lèi)土。該段左側(cè)臨河路堤采用的是重力式擋墻，基礎(chǔ)埋深約3.5～3.9m，擋墻高度9.5～11.5m，頂寬度約1.15～1.35m，底寬4.55～5.35m，擋墻基底為卵石層，承載力大于500kPa。擋墻砌筑采用了M7.5 的漿砌片石，片石強(qiáng)度不低于30MPa，勾縫采用了M10 的水泥砂漿。擋墻外側(cè)護(hù)坡道范圍內(nèi)原地面采用25cm厚的漿砌片石鋪砌。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，平遙至榆社高速公路K625+000—K625+200 段平遙方向臨河（昌源河）路基，沿超車(chē)道與行車(chē)道中間形成一條貫通裂縫，最大寬度5cm 左右，養(yǎng)護(hù)單位已用瀝青澆灌（見(jiàn)圖1）。應(yīng)急停車(chē)道右側(cè)緊靠路堤墻路面鼓起，高度約20cm。受昌源河沖刷的影響，水面以上1～1.5m 路堤墻勾縫脫落嚴(yán)重，路堤墻未發(fā)生變形。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，K625+000 路堤墻附近昌源河水深約1.5m 左右，水位標(biāo)高約1251.53m。

圖1 平遙至榆社高速公路K625+000—K625+200 段現(xiàn)場(chǎng)圖

2 勘察過(guò)程及完成勘察工作量

此次勘察按照調(diào)查、物探指導(dǎo)鉆探的思路，根據(jù)調(diào)查、物探的初步結(jié)論，布設(shè)鉆孔，迅速組織鉆探施工。

2.1 物探

此次探測(cè)采用美國(guó)產(chǎn)地質(zhì)雷達(dá)。物探根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際狀況，沿榆社至平遙方向共布置測(cè)線2 條，各測(cè)線位置和實(shí)測(cè)長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

表1 各測(cè)線位置和實(shí)測(cè)長(zhǎng)度

根據(jù)各條測(cè)線雷達(dá)成像剖面圖，運(yùn)用解釋方法對(duì)所有剖面進(jìn)行了認(rèn)真的分析解釋。各異常典型圖像如下所示。

2.1.1 過(guò)往車(chē)輛干擾（見(jiàn)圖2）

圖2 車(chē)輛干擾異常典型圖

2.1.2 土層潮濕（見(jiàn)圖3）

圖3 土層潮濕異常典型圖

2.1.3 密實(shí)異常（見(jiàn)圖4）

圖4 不密實(shí)異常典型圖

此次探測(cè)區(qū)域整體土層潮濕，信號(hào)衰減快，未發(fā)現(xiàn)明顯空洞異常。路面以下表層1.5～3.1m 存在多處不密實(shí)異常，K625+010—K625+050 段4.3～9.6m存在一處不密實(shí)異常。此次探測(cè)土層不密實(shí)異常段落統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 此次探測(cè)線各土層不密實(shí)段落統(tǒng)計(jì)表

K624+870—K625+290 段路基沉陷區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果圖，如圖5所示。

圖5 K624+870—K625+290 段路基沉陷區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果圖

2.2 鉆探

此次勘察完成鉆孔3 個(gè)，孔深17.0～19.0m，總進(jìn)尺55.0m，共采取擾動(dòng)樣品17 件。對(duì)所有試樣進(jìn)行了土工測(cè)試。

鉆探揭示：K625+000—K625+200 段左側(cè)10m 路基厚度一般在4.3～6.2m，瀝青路面（面層、基層、底基層）厚度一般在0.5～1.6m。路基填土成分以碎石為主，稍密結(jié)構(gòu)（N63.5=4～8 擊），潮濕狀態(tài)，顆粒成分以砂巖為主，少量泥巖，混合土充填，一般粒徑2～5cm，最大為11cm。其中的砂巖為中風(fēng)化狀，強(qiáng)度較高，錘擊聲脆，粒徑一般大于3cm，最大超過(guò)10cm 柱狀；泥巖多為強(qiáng)風(fēng)化狀，手捏易碎，粒徑2～4cm（見(jiàn)圖6）。路基下伏礫卵石呈中密結(jié)構(gòu)（N63.5＞10 擊），潮濕、飽和狀態(tài)。鉆孔地下水埋深8.5～9.2m，水位標(biāo)高1246.35～1251.53m，與地表水連通。

圖6 試樣土工測(cè)試結(jié)果

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

勘察區(qū)地貌單元為昌源河山間河谷區(qū)，平榆高速公路該段沿昌源河河床、漫灘及Ⅰ級(jí)階地展布，區(qū)內(nèi)地形相對(duì)較平緩，地勢(shì)由西向東傾斜，地表多為沖洪積相的礫卵石及黏性土。

3.2 地層巖性

3.2.2 Q4al+pl：分布于昌源河河床、河漫灘及Ⅰ級(jí)階地，巖性為礫卵石及砂類(lèi)土、黏性土，厚度1～20m。

3.3.3 T2er：分布于昌源河河谷兩側(cè)山體，巖性為灰綠、黃綠、灰白色，薄-厚層中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖夾紫紅色泥巖，地層產(chǎn)狀320o∠8～10o，砂巖節(jié)理多為微張，部分張開(kāi)，泥巖節(jié)理多為密閉，強(qiáng)-微風(fēng)化，區(qū)域總厚度約630m。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

勘察區(qū)未見(jiàn)斷裂構(gòu)造發(fā)育。

4 水文地質(zhì)條件

K625+000—K625+200 段路基為沿昌源河臨河路堤。昌源河屬汾河的一級(jí)支流，路線通過(guò)寶塔山特長(zhǎng)隧道后，展布于昌源河河床、漫灘及Ⅰ級(jí)階地中，并多次與主河床交叉[1]。

此次鉆探結(jié)果：鉆孔內(nèi)地下水位8.5～9.2m，水位標(biāo)高1246.35～1251.53m，與地表水貫通，地下水與地表水位標(biāo)高基本一致。

5 沉陷原因分析

根據(jù)勘察成果揭示，路基沉陷主要由以下四方面原因引起：

5.1 降雨入滲導(dǎo)致路基填土軟化

路基填土為潮濕狀態(tài)，填料成分以碎石為主，顆粒成分以砂巖為主，含少量泥巖碎塊，混合土充填。受降雨的影響，泥巖顆粒及充填物軟化，在車(chē)輛荷載及自重作用下易發(fā)生固結(jié)壓縮變形。

5.2 降水的垂直徑流導(dǎo)致細(xì)粒物質(zhì)豎向遷移

大部分路段路面以下1.5～3.1m 存在多處不密實(shí)異常區(qū)，局部存在較深不密實(shí)異常區(qū)，充分說(shuō)明隨著降雨向下入滲，淺層路基填料細(xì)粒物質(zhì)向下部遷移，造成表層填土整體處于不密實(shí)狀態(tài)。路基厚度一般在4.3～6.2m，動(dòng)力觸探試驗(yàn)N63.5=4～8 擊，路基填土結(jié)構(gòu)稍密，驗(yàn)證了路基填土的不密實(shí)狀態(tài)。

5.3 地表水及地下水水平徑流導(dǎo)致細(xì)粒物質(zhì)向下游遷移

路基深部不密實(shí)區(qū)域主要分布在昌源河上游方向，勘察區(qū)地下水與地表水水位標(biāo)高一致，互相貫通，隨著水流向下游流動(dòng)，上游路基底部細(xì)顆粒向下游遷移，易造成上游局部路段存在深部不密實(shí)狀態(tài)。

5.4 河流沖刷導(dǎo)致路基內(nèi)填料向外遷移

該路段為臨河路堤，河流沖刷較強(qiáng)，漿砌片石擋墻勾縫脫落嚴(yán)重，擋墻縫隙較大，擋墻內(nèi)路基填料細(xì)粒物質(zhì)易被河水沖刷帶走，造成路基不密實(shí)[2]。

6 結(jié)論

其一，降雨入滲導(dǎo)致路基填土軟化；降水的垂直徑流導(dǎo)致細(xì)粒物質(zhì)豎向遷移；地表水及地下水水平徑流導(dǎo)致細(xì)粒物質(zhì)向下游遷移；河流沖刷導(dǎo)致路基內(nèi)填料向外遷移是路基發(fā)生沉陷的主要因素。

其二，建議對(duì)K625+000—K625+200 段沉陷路基進(jìn)行注漿加固處治，注漿應(yīng)設(shè)置沿裂縫注漿孔，采用無(wú)壓力注漿或0.05MPa 左右壓力為宜。同時(shí)，在昌源河內(nèi)設(shè)置引流壩，將河水引開(kāi)，避免沖刷公路路堤墻。對(duì)該段勾縫已脫落的路堤墻，重新勾縫。在公路路堤墻底，設(shè)置石籠或漿砌護(hù)岸，加固路堤墻的同時(shí)防止河流沖刷。