某高速公路路基縱向開裂處治技術(shù)探討

楊曉光

（華邦建投集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 病害路段原設(shè)計(jì)及施工情況情況

1.1 原設(shè)計(jì)情況

病害路段為填方路基，該段路基中心填高約9 m，基底0.9 m 采用隧道洞渣進(jìn)行換填。路基邊坡采用拱形骨架+客土噴播植草防護(hù)，客土厚度10 cm。路基范圍地表表層為種植土，其下為0～3.8 m 厚粉質(zhì)黏土層，多呈可塑狀。局部坡腳位置為3～5 m 厚碎石層。下伏基巖以泥盆系上統(tǒng)灰?guī)r為主，風(fēng)化較弱，巖質(zhì)較硬，巖體較完整。

1.2 施工情況

該段路基于2020 年7 月開始填筑，基底0.9 m深度范圍采用隧道洞渣進(jìn)行換填，2021 年1 月路床交驗(yàn)。交驗(yàn)后路面標(biāo)施工單位進(jìn)場(chǎng)施工路面結(jié)構(gòu)層，并于2021 年1 月施工至基層頂面。病害路段位于K13+877 涵洞兩側(cè)，前期土建施工階段該處蓋板涵因受右側(cè)通行影響，最后一節(jié)基礎(chǔ)、墻身在左幅路基填土過頂后才開挖施工。造成該路段范圍路基二次拼寬。

2021 年3 月5 日進(jìn)入雨季過后發(fā)現(xiàn)K13+850～K13+920 段路基出現(xiàn)路基不均勻沉降，反射路面基層開裂，在基層頂面形成縱向裂縫，自裂縫產(chǎn)生時(shí)對(duì)裂縫處外側(cè)路基進(jìn)行觀測(cè)：3 月5 日沉降值為1 cm，3月10 日累計(jì)沉降2 cm，3 月20 日累計(jì)沉降3 cm，4月6 日累計(jì)沉降3.5 cm，4 月6 日至今未發(fā)展。同時(shí)K13+877 涵洞右幅3 板發(fā)生沉降，沉降值為4.5 cm。

1.3 鉆探情況

在K13+850、K13+910 左側(cè)土路肩、右側(cè)土路肩，及中分帶旁1 m 左右位置各布置一處鉆孔進(jìn)行取芯，鉆孔深度按基巖頂面控制。采用沖擊、干鉆，從頂面開始每隔1 m 取一個(gè)芯樣，以便觀測(cè)路基密實(shí)程度。本次勘察結(jié)果表明，基巖至換填層底原狀土以粉質(zhì)黏土、碎石為主，層厚1.2～2.4 m，在基底未發(fā)現(xiàn)軟弱層。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同深度的土樣進(jìn)行酒精燃燒法檢測(cè)含水率，檢測(cè)結(jié)果:路肩下2 m 含水率17.3%，路肩下4 m 含水率19.8%，路肩下6 m 含水率17.4%，路肩下8 m 含水率14.5%，均超過試驗(yàn)室內(nèi)擊實(shí)最佳含水率12.4%。本次鉆探6 處鉆孔芯樣與原設(shè)計(jì)地勘成果一致，基巖層上為河流沖積相粉質(zhì)黏土，呈可塑～硬塑狀，局部存在細(xì)砂、碎石，基底未發(fā)現(xiàn)紅黏土或軟弱層。

根據(jù)所取芯樣表觀判斷，路基填筑填料以粉質(zhì)黏土為主，局部為強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，芯樣較為潮濕，密實(shí)度較差。同一斷面中部鉆孔路基填筑層芯樣密實(shí)程度相對(duì)較好，兩側(cè)密實(shí)度較差。路基基底換填層所取芯樣含水率較高，成型較差，從芯樣可見基底換填料為中分化砂巖、強(qiáng)～全風(fēng)化粉砂巖及粉質(zhì)黏土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)含水率測(cè)試結(jié)果，路基土層含水率均明顯超過試驗(yàn)室內(nèi)擊實(shí)最佳含水率，說明路基填土密實(shí)度較差。

2 路段現(xiàn)存病害及原因分析

2.1 路段病害

2021 年3 月14 日右幅基層頂面開始出現(xiàn)縱向裂縫，并逐漸發(fā)展擴(kuò)大，目前裂縫寬度約0.2～0.3 cm。左幅路面基層底部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。邊坡表面出現(xiàn)沖刷病害，邊坡土體發(fā)生變形導(dǎo)致骨架脫空，局部路堤排水溝側(cè)壁發(fā)生傾倒。

2.2 原因分析

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，地表土層除表層耕植土外，以粉質(zhì)黏土層、碎石層為主，未見高壓縮性軟土，且路基基底已采用換填加強(qiáng)處理[1]。病害路段路基外側(cè)未見明顯隆起，綜合判斷排除基底存在軟土導(dǎo)致路基整體向外滑移的情況。根據(jù)施工情況，該路段范圍并非全斷面整體填筑碾壓。作為后期拼寬路基，拼寬處往往為壓實(shí)薄弱部位，且不同時(shí)期填筑壓實(shí)可能引起橫斷面上存在差異沉降情況。路基填筑填料以粉質(zhì)黏土為主，局部為強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，芯樣較為潮濕，密實(shí)度較差。路基基底換填層所取芯樣含水率較高，成型較差，從芯樣可見基底換填料為中分化砂巖、強(qiáng)～全風(fēng)化粉砂巖以及粉質(zhì)黏土[2]。

路基邊部超寬填筑部分土層由于處于碾壓薄弱部位，密實(shí)度較差。受連續(xù)降雨影響，坡面表層出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，尤其是頂部位置存在沖刷裂縫。路基土體在受到雨水滲透作用影響下，發(fā)生下沉變形。同時(shí)超寬填筑部分侵占設(shè)計(jì)護(hù)坡道寬度范圍，對(duì)路堤排水溝產(chǎn)生側(cè)壓導(dǎo)致水溝側(cè)壁傾倒。路基外側(cè)改溝及改路受征地影響未能及時(shí)施工，現(xiàn)場(chǎng)地表臨時(shí)排水設(shè)施不通暢，導(dǎo)致邊坡坡腳處存在積水，一定程度上降低了坡腳處應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)一步加劇了路基土體的變形[3]。

3 路基縱向開裂處治方案

根據(jù)鉆探成果及原因分析，路段范圍路基處治以注漿加固、加強(qiáng)路基防排水為原則。具體實(shí)施步驟如下。

（1）處理范圍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂縫及路基脫空段落沿路線縱向向兩端延伸10 m 控制。

（2）處理路段。路床頂全斷面進(jìn)行注漿加固，采用鋼花管進(jìn)行注漿，注漿孔間距1.5 m，呈梅花形布置，孔底應(yīng)深入原基底換填地面以下不小于1 m 控制。左右側(cè)路基坡腳各設(shè)置兩排注漿孔，橫向間距1.5 m，縱向間距同路基范圍布置。

（3）根據(jù)地質(zhì)情況，K13+877 處涵洞底部距離基底基巖頂面垂直距離約1.5 m 左右，本次涵洞推薦采用鋼花管注漿加固或鋼管樁加固進(jìn)行處理。

（4）坡腳外側(cè)結(jié)合地方改移道路需求，設(shè)置機(jī)耕道兼反壓互道，機(jī)耕道基底應(yīng)開挖至硬塑土層，填高按2 m 控制，應(yīng)采用中風(fēng)化隧道洞渣進(jìn)行填筑，最大粒徑不大于15 cm，同時(shí)做好基底處理。處理方案見圖1 和圖2。

圖1 縱向裂縫段處治橫斷面（單位：mm）

圖2 縱向裂縫段處治橫平面（單位：mm）

（5）土路肩、中分帶各增設(shè)一層復(fù)合土工膜加強(qiáng)防滲處理。

（6）路基邊坡應(yīng)壓實(shí)平整，同時(shí)路基邊坡拱形骨架內(nèi)客土厚度增加至20 cm，且應(yīng)保證客土表面與骨架平齊，確保坡面水能通過骨架排入路側(cè)邊溝。

（7）應(yīng)盡快施工線外改移溝渠，保證區(qū)域排水體系通暢，防止坡腳積水。

（8）強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)處理原則，加強(qiáng)路基、涵洞變形監(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)變形位移加劇等情況應(yīng)及時(shí)上報(bào)，調(diào)整處治方案。

（9）基層頂面裂縫位置鋪設(shè)1.5 m 寬玻纖格柵。

4 路基縱向開裂處治

4.1 材料

路基縱向開裂處治主要用材為42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。漿液配合比應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定，并經(jīng)監(jiān)理單位審批后方可使用。根據(jù)本工程的施工經(jīng)驗(yàn)，其配合比可采用1:1，也可根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。漿液應(yīng)滿足的技術(shù)指標(biāo)如下[4]：

（1）漿液應(yīng)具有良好的流動(dòng)性及密實(shí)性，其泌水率應(yīng)小于等于1%。

（2）漿液凝結(jié)時(shí)間適宜，初凝時(shí)間不少于2 h，終凝時(shí)間不多于3.5 h。

（3）強(qiáng)度增長(zhǎng)快。經(jīng)一晝夜后，其強(qiáng)度至少應(yīng)達(dá)到4 800 kPa，40 h 后，其強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到7 000 kPa。

4.2 工藝流程

路基縱向開裂處治注漿施工工藝流程見圖3。

圖3 路基縱向開裂處治注漿施工工藝流程

（1）注漿孔布置。在確定需注漿的區(qū)域內(nèi)，按照梅花的形狀進(jìn)行布孔，孔間距為1.5 m。

（2）壓漿鋼花管。壓漿鋼花管采用直徑89 mm，壁厚5 mm 的無縫鋼管，頂部以下1 m 和底部以上0.5 m 范圍內(nèi)不打設(shè)孔，中間部分打設(shè)注漿孔，排間距約50 cm，每排3 孔，壓漿鋼花管見圖4 和圖5。

圖4 壓漿鋼花管注漿管截面（單位：cm）

圖5 壓漿鋼花管注漿管孔位布置（單位：mm）

（3）工藝流程。用膨脹氣囊將一端管口封閉，然后將制備好的漿液經(jīng)濾網(wǎng)過濾后注入儲(chǔ)漿池，連接壓漿泵，進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿時(shí)，應(yīng)按“先兩側(cè)，后中間”的順序進(jìn)行[5]。

（4）注漿。建議壓漿壓力0.3～1.0 Mpa，注漿量以1～1.2 m3/m 為宜。同時(shí)還應(yīng)考慮實(shí)際情況，對(duì)注漿壓力和注漿量進(jìn)行調(diào)整。為防止相鄰兩孔竄漿，應(yīng)采用隔孔注漿。

（5）注漿結(jié)束后，拔出封口裝置，清洗干凈。最終拔管之前，需邊注漿、邊關(guān)閉閥門，最后再拔出封口裝置，再進(jìn)行下一孔注漿作業(yè)。

4.3 勞動(dòng)力及機(jī)械投入

施工勞動(dòng)力及機(jī)械配置見表1 和表2。

表1 勞動(dòng)力配置

表2 機(jī)械設(shè)備配置

4.4 壓漿注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格按照試驗(yàn)樁確定的工序和工藝組織施工。

（2）當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量仍不飽滿時(shí)，應(yīng)停止注漿，采用間歇式注漿，間隔一定時(shí)間后再次注漿。

（3）現(xiàn)場(chǎng)施工完畢7 d 后進(jìn)行水泥漿試件的試驗(yàn)檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)行彎沉檢測(cè)，均滿足設(shè)計(jì)控制指標(biāo)后，方可進(jìn)行路面工程施工。

5 結(jié)論

本工程總共進(jìn)行了1 211 個(gè)孔的注漿作業(yè)，累計(jì)注漿5 568.3 m，累計(jì)水泥用量1 864.8 t，每孔平均注漿1.54 t，每米注漿約0.34 t，路基空隙率大幅降低，地基承載力得到大幅提升。對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，直觀的體現(xiàn)了方案的可行性。施工完成后，經(jīng)靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯、彎沉檢測(cè)等多種手段進(jìn)行檢測(cè)，該路段承載力和彎沉均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，從更科學(xué)的角度證明了該方案的可行性。