高速公路橋頭路基縱向滑移處治措施研究

李鵬志,唐雨舟,何 歡

（四川交投設(shè)計(jì)咨詢研究院有限責(zé)任公司,四川 成都 610041）

0 引言

西南地區(qū)高速公路陡斜坡軟弱地基為常見工況，運(yùn)營過程中在軟基處治不徹底、路堤填料質(zhì)量欠佳、地表水下滲軟化或地震液化、巖溶、采空區(qū)塌陷其他外因作用下，常發(fā)生路基沉陷或路基滑移等病害，尤其是在填挖交界、橋路相接等部位，若處治不及時(shí)或措施不當(dāng)，路堤常由變形病害向失穩(wěn)病害演變發(fā)展。該文以西南地區(qū)某高速公路橋頭路基縱向滑移的典型病害為例，對病害成因和處治方案進(jìn)行了探討，并最終采用了結(jié)構(gòu)安全、施工便利、造價(jià)節(jié)約的處治措施，有效保證了高速公路結(jié)構(gòu)及運(yùn)營安全。

1 工程概況

某高速公路全長135 km，于2012 年12 月建成通車。0#橋臺采用肋板式結(jié)構(gòu)，未設(shè)置錐坡，路基兩側(cè)設(shè)置路肩墻與橋臺臺背橫向擋墻相接，如圖1 所示。橋頭路基原地表上覆人工填土，下為殘坡積黏土，最大埋深16.40 m；0~2#橋墩處原地表為坡洪積碎石質(zhì)粉質(zhì)黏土，下伏基巖為炭質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)砂巖。施工過程中臺背擋墻基底采用2 m厚砂礫石換填，未進(jìn)行深層處治，如圖2 所示。

圖1 橋臺橫向臺背擋墻

圖2 臺背擋墻

2 病害識別

2023 年4 月橋檢過程中，養(yǎng)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)臺背擋墻出現(xiàn)病害，墻面見大面積滲水，出現(xiàn)大面積勾縫脫落，墻身出現(xiàn)橫向、豎向裂縫，裂縫錯(cuò)臺寬度最大達(dá)到7 cm，如圖4 所示。擋墻中部呈明顯鼓脹變形狀，臺后擋墻與橋臺之前的空隙明顯變小，如圖3 所示。

圖3 臺后擋墻鼓脹變形

圖4 錯(cuò)縫寬度

2022 年6 月，橋頭路基及0#~2#墩臺土體存在縱向滑移的跡象。路基段路面出現(xiàn)橫向貫通裂縫，1#橋墩附近發(fā)現(xiàn)土體數(shù)條縱向剪切裂縫，0#橋臺肋板出現(xiàn)數(shù)條橫向、斜向裂縫，1#、2#墩底出現(xiàn)數(shù)條水平裂縫。

3 病害成因分析

3.1 路基滑移病害成因分析

一是具備滑動(dòng)的傾斜地形條件，線路方向地面斜坡坡度約20°，且2#橋墩前緣為臨空面，自然匯水形成的沖溝橫穿而過。

二是不利的地質(zhì)條件，上覆深厚軟、可塑狀黏土，力學(xué)性質(zhì)較差，施工階段未進(jìn)行深層處理，下伏煤系地層，抗剪強(qiáng)度低，基覆界線易形成軟弱滑動(dòng)面[1]。

三是誘發(fā)滑動(dòng)的外因，首先是后緣路基填土及擋墻等構(gòu)筑物加載；其次是線路左側(cè)為高山斜坡匯水區(qū)較大，如圖5 所示，原地表水排泄不暢發(fā)生漫流，并下滲至地基及潛在滑動(dòng)面，對巖土體產(chǎn)生潛蝕、溶解、軟化等物理化學(xué)作用，進(jìn)一步降低滑動(dòng)面巖土的力學(xué)強(qiáng)度，最終形成推移式的淺層滑動(dòng)[2]，探坑滲水如圖6 所示。

圖5 橋頭路基地形

圖6 探坑滲水

土層滑坡尚處于弱變形（蠕動(dòng)）階段，需及時(shí)進(jìn)行加固防護(hù)，防止滑坡進(jìn)一步發(fā)展，對橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。

3.2 擋墻病害成因分析

一是水的作用：調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)中分帶附近墻面大面積滲水，中分帶匯水排泄不暢匯流至于擋墻處，并沿?fù)鯄蜆蚺_間縫隙下滲至墻背填土中，降低填土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，導(dǎo)致土壓力增大。二是擋墻石料較差，砂漿風(fēng)化脫落較嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)鯄ψ陨韽?qiáng)度較低。三是擋墻基礎(chǔ)置于軟弱地基，地基飽水后模量降低，不均勻沉降導(dǎo)致?lián)鯄Σ『觿　?/p>

在上述各種不利因素組合作用下，如遭遇持續(xù)降雨等不良工況，病害存在進(jìn)一步惡化或擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)。

4 加固方案研究比選

4.1 縱向滑移推力檢算

淺層滑動(dòng)目前處于弱變形（蠕動(dòng)）階段，欠穩(wěn)定，采用1.0 安全系數(shù)反算，擬合滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度反算結(jié)果：C=10 kPa，φ=8°。

采用1.25 安全系數(shù)，進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：

4.2 方案一：路堤樁板墻+反壓護(hù)坡

0#臺前設(shè)置反壓體及樁板墻，增強(qiáng)路堤縱向整體穩(wěn)定性，避免土地蠕變滑動(dòng)對墩柱形成偏壓，同時(shí)避免兩側(cè)補(bǔ)征用地，方案示意見圖7~8。

圖7 方案一斷面示意圖

4.3 方案二：鋼花管錨桿+鉆孔樁

臺背擋墻設(shè)置鋼花管錨桿框架梁加固。為提高錨索抗拔力，減小后期錨固段土層蠕變產(chǎn)生的抗拔力損失，采用二次劈裂注漿提高土體有效錨固力。臺后設(shè)置6 根鉆孔樁加固，樁徑2.0 m。施工過程中需要封閉半幅交通，施工后需恢復(fù)路面等設(shè)施，方案示意見圖9~10。

圖9 方案二斷面示意圖

圖10 方案三立面示意圖

4.4 方案三：預(yù)應(yīng)力錨索+鉆孔樁加固

臺背擋墻設(shè)置錨索框架梁加固。為減小后期因黏土蠕變引起的預(yù)應(yīng)力損失，采用二次劈裂注漿[3]。錨索施工完成后，臺后設(shè)置6 根鉆孔樁加固，樁徑2.0 m。方案示意見圖11~12。

圖11 方案三斷面示意圖

圖12 方案三平面示意圖

4.5 排水附屬工程

（1）優(yōu)化路面排水系統(tǒng)，中分帶增加土工膜等防滲措施，并新建排水管，順接中央分隔帶水溝至橋下。

（2）擋墻下部設(shè)置一排仰斜泄水孔。

（3）路基左側(cè)土邊溝及自然溝渠采用混凝土鋪砌渠化。

（4）施工過程中加強(qiáng)擋墻變形監(jiān)測，并結(jié)合降雨天氣提前預(yù)警，進(jìn)行必要的交通管制。

4.6 方案比選

各方案優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1 所示：

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)綜合對比表

結(jié)合交通組織、造價(jià)、工期及現(xiàn)場施工條件，最終選用方案二鋼花管錨桿+鉆孔樁加固為推薦方案。

5 結(jié)語

該項(xiàng)目竣工超過一年，經(jīng)歷過雨季監(jiān)測評估，擋墻及土體變形趨于穩(wěn)定，病害得到有效加固處治，確保了高速公路結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全，竣工效果如圖13。主要總結(jié)如下：

圖13 鋼花管錨桿框架竣工

（1）病害發(fā)生后，應(yīng)進(jìn)行全面調(diào)查，并收集竣工圖、原地勘、病害養(yǎng)護(hù)歷史、氣象記錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)等資料，然后進(jìn)行病害識別和成因分析。

（2）病害處治措施結(jié)合成因分析，對癥下藥，處治措施除了需要滿足結(jié)構(gòu)安全、耐久性、相關(guān)規(guī)范要求外，同時(shí)綜合考慮施工便利、交通組織干擾小、工期可控及造價(jià)節(jié)約等因素。

（3）確保施工過程的運(yùn)營安全，采用“永臨結(jié)合，先保通后永久加固”的原則，盡量利用既有工程強(qiáng)度，施工過程加強(qiáng)監(jiān)測，防止對既有工程造成二次破壞。

（4）該文所述案例在西南紅層地區(qū)較為典型，該次病害整治措施的成功應(yīng)用，可以為擋墻及路堤滑移病害提供一種思路。