基于樹根樁和靜壓注漿的高速公路高填路基病害處治研究

為解決高速公路路基開裂、沉陷、邊坡滑塌等病害，文章以某高速公路高填路基病害處治工程為依托，采用樹根樁技術(shù)加固路堤坡面以及用靜壓注漿技術(shù)加固路基，對高填路基進(jìn)行聯(lián)合處治。結(jié)果表明：樹根樁和靜壓注漿聯(lián)合運用在高速公路高填路基沉陷、邊坡滑塌等病害處治中，使路基最高平面位移速率控制為306.53 mm/d，最大高程位移速率由-237.00 mm/d降低至0～0.5 mm/d的安全可控值，路面無新增裂縫，取得較好效果。該方法的應(yīng)用對保障高速公路運營安全具有重要意義。

高速公路；路基；邊坡；樹根樁；靜壓注漿

U418.5A230754

作者簡介：

覃" 華（1987—），工程師，研究方向：道路與橋梁研究工作。

0" 引言

隨著我國高速公路建設(shè)里程的高速發(fā)展，截止2022-12-29，廣西全區(qū)111個縣（市、區(qū)）開通了高速公路，實現(xiàn)了“縣縣通高速”的里程碑，且廣西高速公路的運營總里程再創(chuàng)新高，提升至8 270 km，讓“5縱8橫8支線”高速公路網(wǎng)進(jìn)一步完善。但由于廣西地處山區(qū)，受地形限制，山區(qū)高速公路不僅橋隧比較大，而且存在大量的高填方路堤及大挖方路塹。在強降雨、地震等影響下，高填方路基隨之出現(xiàn)了路基沉陷、邊坡滑塌、路面開裂等病害，嚴(yán)重影響高速公路運營安全［1-2］。因此，研究樹根樁及靜壓注漿在公路路基沉陷、邊坡滑塌等病害處治中的應(yīng)用，對保障高速公路運營安全具有重要意義。目前常見的高填方路基病害處治方法有卸載減重法、支擋結(jié)構(gòu)法、錨固法、注漿加固法等［3］。卸載減重法技術(shù)要求低、投資小，但需要有較大的施工空間及棄土場。支擋結(jié)構(gòu)法包含擋土墻、抗滑樁等，處治效果好，但擋土墻需具備開挖基礎(chǔ)，病害發(fā)展中的施工安全風(fēng)險較大，抗滑樁則需要較大的施工平臺且造價較高。樹根樁法、注漿加固法的施工工藝簡單、效果較好，但單獨使用都具有一定的局限性。在我國大部分工程大多選擇單一方法，少有將不同方法進(jìn)行有機組合使用，本文以某高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害處治工程為例，研究樹根樁及靜壓注漿聯(lián)合運用進(jìn)行路基病害處治的施工效果，以期為該類公路邊坡處治提供參考。

1" 工程概況

1.1" 工程簡介

某高速公路設(shè)計速度120 km/h，標(biāo)準(zhǔn)四車道，道路路基寬26 m，其中K162+260～K162+580段為剝蝕丘陵地貌高填路堤，中心最大路基填土高度為29.37 m，最大邊坡高度為31.07 m。該段路基位于斜坡上及山間沖溝，地形起伏較大，沖溝區(qū)表層為軟-可塑狀沖洪積黏土，厚約1.2～2.0 m，下為硬塑狀黏土，斜坡地表覆蓋粉質(zhì)黏土，硬塑狀，厚約1.0～4.0 m，下伏基巖為強-中風(fēng)化砂巖，附近測得巖層產(chǎn)狀為60°/NW＜25°。路基填土設(shè)計斷面如圖1所示。

1.2" 病害簡介

由于連續(xù)強降雨原因，于K162+260～K162+580段路面出現(xiàn)縱向裂縫。初次量測裂縫寬度，左幅縱向裂縫最大寬度約4 cm，距路基中心線1.603～8.786 m；右幅縱向裂縫最大寬度約為1.5 cm，距路基中心線4.238～12.127 m。下邊坡坡腳滑移10～15 cm。經(jīng)觀察現(xiàn)場裂縫發(fā)展速度快，路面局部拱起，坡腳發(fā)育剪出裂縫，路基有進(jìn)一步失穩(wěn)的風(fēng)險。

1.3" GNSS監(jiān)測布置情況

病害發(fā)生后，在路面、邊坡布置GNSS監(jiān)測點，實時監(jiān)測邊坡滑動位移、沉降、方位角變化，通過數(shù)據(jù)分析，充分了解病害發(fā)展情況，為提出病害處治方案提供有力數(shù)據(jù)支撐?，F(xiàn)場GNSS站點布置如下頁圖2所示。

2" 病害成因分析

該段路基存在巖土交界面，根據(jù)深層位移監(jiān)測，路基失穩(wěn)后，整體沿分界面滑移，路基失穩(wěn)滑動示意圖見下頁圖3。

分析路基病害主要成因［4-5］為：路側(cè)沖溝受連續(xù)大雨影響，山溝匯水不能及時排出而水位升高形成山坳水塘，水從路側(cè)土體下滲至路基底部，因而路基下部的土體含水量會逐漸增加，并增加至飽和狀態(tài)，最終導(dǎo)致土體的抗剪強度迅速減小，受路基自重影響發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)滑移。同時巖土交界面受水的潤滑作用，摩擦系數(shù)降低，土體從巖土交界面沿斜坡滑動加劇，從而引發(fā)路面開裂，且失穩(wěn)趨勢越發(fā)明顯，詳見圖4、圖5。其中，圖4中1-GNSS1-P～5-GNSS3-P表示測點平面累計位移，1-GNSS1-H～5-GNSS3-H表示測點平面累計沉降高程。

由圖4可知，核心區(qū)域6月16日6：00至6月18日6：00，4-GNSS1平面累計位移為66.90 mm，沉降高程累計為-65.50 mm；4-GNSS2平面累計位移為73.26 mm，沉降高程累計為-23.6 mm；5-GNSS1平面累計位移為103.14 mm，沉降高程累計為-109.506 mm；5-GNSS2平面累計位移為165.60 mm，沉降高程累計為-55.10 mm，路基病害發(fā)展迅速。

由圖5可知，地表位移方位角為280°～300°，與坡向300°基本一致，路基呈現(xiàn)為滑動式破壞。

基于樹根樁和靜壓注漿的高速公路高填路基病害處治研究/覃" 華

3" 病害處治方法

3.1" 現(xiàn)場處治形式

（1）運用樹根樁技術(shù)加固路堤坡面以及用靜壓注漿技術(shù)加固路基，對該高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害進(jìn)行聯(lián)合處治，注漿范圍為左幅K162+290～K162+520段（左幅主四排），右幅K162+230～K162+545段（右幅四排、匝道兩排），按梅花形布量，縱、橫同距均為2.5 m。

（2）對K162+260～K162+500段路基第1～4級邊坡用110 mm樹根樁加固，規(guī)格為長24 m、18 m、15 m和12 m，垂向間距為3.0 mm×4.0 m，每組布3根28 mm二級螺紋鋼作為主筋樁體。同時樹根樁孔兼作路基邊坡壓力化學(xué)灌漿孔，采用壓注化學(xué)漿加固整個路基坡體，樹根樁頭采用C30格梁混凝土格梁連成整體，邊坡穩(wěn)定后方進(jìn)行其他收尾工作。

聯(lián)合處治方案如圖6、圖7所示。

3.2" 靜壓注漿技術(shù)施工過程

靜壓注漿其作用機理是水泥漿液的加入可以占據(jù)土體中空隙的位置，迫使土顆粒間隙中水分和空氣變少，進(jìn)而與疏松、密實程度低的土顆粒膠結(jié)提升結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)定性，最終實現(xiàn)路基變形的減少［6］。其施工工藝流程［7］為：布孔→造孔→下注漿管→灌漿→封孔。

（1）根據(jù)設(shè)計要求布設(shè)注漿孔，并用鋼筋等工具在路面標(biāo)記孔位，確定鉆孔位置。

（2）采用干作業(yè)法成孔，孔徑大小為90 mm。在鉆機就位并對好孔位后，確定鉆機垂直度、鉆具長度和直徑。成孔深度應(yīng)該控制在穿過回填土層進(jìn)入原狀土2 m內(nèi)。

（3）鉆孔完成后，把注漿管下放至孔內(nèi)，其長度應(yīng)該與成孔深度相同，并向外提升0.5 m。

（4）灌漿采用P.C42.5的復(fù)合硅酸鹽水泥制備純水泥漿，水灰比根據(jù)現(xiàn)場注漿效果選擇在1∶1～1∶1.2，速凝劑的摻量為3%～5%，同時，水泥用量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際用量計算而定。按照兩端往中間的順序隔孔灌注水泥漿。從孔底開始灌漿，并根據(jù)灌漿壓力增大、路面和邊坡的隆起變化等情況逐漸提升灌漿管，壓力為0.1～1.5 MPa，每次提升灌漿管高度為50～80 cm。至距離孔口1 m位置時不再提升灌漿管，當(dāng)灌漿壓力到達(dá)1.5 MPa時結(jié)束該孔灌漿。根據(jù)灌漿壓力及路面抬升或邊坡變化等綜合因素判定結(jié)束單孔灌漿，灌漿過程中避免壓力過大，保證灌漿操作的可控性。進(jìn)漿速率≤5 L/min時，說明土體已經(jīng)密實。在施工過程中要密切注意監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場邊坡環(huán)境變化，出現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時停止或撤離，以保證施工安全及施工質(zhì)量。

（5）使用摻有速干劑的水泥進(jìn)行孔口密封。

3.3" 樹根樁技術(shù)施工過程

樹根樁是一種直徑較?。?0～30 cm）、長細(xì)比較大（＞30）的鉆孔灌注樁，因此也稱為微型樁。在樹根樁成樁灌漿過程中，同時對樁周土體進(jìn)行灌漿，生成“小樹根”，達(dá)到加強邊坡加固的效果，施工難度較低，便于布置，與土層的適應(yīng)性好，因此在深基坑開挖支護(hù)、地面沉陷修復(fù)、路基加固以及邊坡加固等方面得到了較為成功的應(yīng)用［8-11］。施工工藝流程為［12-14］：布孔→鉆機就位對中→鉆孔→樁體主筋制作及安放→下注漿管→壓漿→檢測。

（1）根據(jù)設(shè)計要求使用測量儀器布設(shè)樁位，同時用鋼筋對樁位進(jìn)行標(biāo)識。

（2）采用干作業(yè)成孔，機械就位對準(zhǔn)后，校正地質(zhì)鉆角度，孔（樁）斜度60°左右，視場地可作20°范圍內(nèi)的調(diào)整，鉆孔至設(shè)計深度。

（3）按設(shè)計和規(guī)范要求制作樁體主筋，主筋材料應(yīng)通長配置。成孔后垂直下放樁體主筋，在孔口固定好。

（4）注漿管材料為PVC管，隨鋼筋下放進(jìn)行綁定。在注漿管末端鉆孔，垂向間距為3.0 m×4.0 m，注漿管管口在放置孔內(nèi)前應(yīng)用透明膠帶封閉。

（5）注漿采用化學(xué)漿液，配合比為水∶水泥∶化學(xué)漿=0.6∶1∶0.1～0.25，化學(xué)漿液凝結(jié)時間應(yīng)≤90 s。施工時采取跳孔施工、間歇施工和增加速凝劑摻量等方式進(jìn)行注漿，控制注漿管中的注漿壓力及注漿速度，確保漿液能夠充分填充鉆孔中的空隙，避免出現(xiàn)漿液流失現(xiàn)象。在第一次注漿初凝后進(jìn)行第二次壓漿，第二次注漿時要連續(xù)進(jìn)行，不得間歇，直至孔口冒漿為止，確?？變?nèi)注漿飽滿。

（6）為確定樹根樁強度，以每10根樁制作1組規(guī)格為150 mm×150 mm×150 mm的試塊，每3塊為1組，測定其抗壓強度；采用抗拔靜載試驗檢驗樹根樁的抗拔力，以確保樹根樁的錨固防滑效果；采用低應(yīng)變檢測樹根樁的完整性，以保證其穩(wěn)定性和安全性［15］。

3.4" 聯(lián)合處治效果分析

加固工程完成后，經(jīng)連續(xù)幾個月的監(jiān)測記錄，如圖8所示，路基平面位移及高程位移自第100 d后（即聯(lián)合處治施工完成后），處于平穩(wěn)無變化狀態(tài)。后期通過對該段路基持續(xù)監(jiān)測，定期巡查現(xiàn)場，路基、路面也未出現(xiàn)新的裂縫與沉降，達(dá)到了良好的穩(wěn)定效果。

4" 結(jié)語

本文以樹根樁及靜壓注漿進(jìn)行某高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害處治為實例，靜壓注漿可以較好地將路基凝結(jié)為整體，綜合樹根樁的錨固作用，將二者有機結(jié)合起來對路基的處治加固，可以有效地使路基最高平面位移速率控制為306.53 mm/d，最大高程位移速率由-237.00 mm/d降低至0～0.5 mm/d的安全可控值，路面無新增裂縫。結(jié)果顯示，樹根樁和靜壓注漿聯(lián)合運用在高速公路高填路基沉陷、邊坡滑塌等病害處治中可取得較好效果，且在工期上具有巨大優(yōu)勢，施工工藝簡便易行，成本上經(jīng)濟實用，為后續(xù)該類路基病害處治提供了較好的參考經(jīng)驗，對保障高速公路運營安全具有重要意義。

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20240312