王彥章

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030012)

近年來，隨著高等級公路的不斷發(fā)展，在車輛荷載的不斷作用下，高速公路橋頭路基出現(xiàn)沉降變形，路面出現(xiàn)開裂，作為常見公路病害之一，嚴(yán)重影響了道路交通運(yùn)輸?shù)臅惩ㄅc安全，已經(jīng)引起業(yè)界的足夠重視。

1 工程概況

陽盂高速于2011年5月建成通車，2013年5月，發(fā)現(xiàn)該高速桃河特大橋盂縣端橋頭路基K8+830.8～K8+852段左幅路基出現(xiàn)沉降變形，路面有細(xì)小裂縫出現(xiàn)。該路段為填方路段，中心最大填土高度12m。至2013年7月底，在左幅橋臺(tái)橋梁錐坡上發(fā)現(xiàn)大量貫通裂縫，路面上的裂縫進(jìn)一步發(fā)展，自然溝底以上5～6m處坡面上發(fā)育一環(huán)形鼓脹裂縫，顯示該段路基發(fā)生滑移變形，詳見圖1。經(jīng)測量，變形區(qū)域整體呈扇形，最寬達(dá)60m，主軸長度50 m，走向190°。

圖1 路面及橋臺(tái)護(hù)坡裂縫

2 勘察成果

采用地質(zhì)調(diào)查和鉆探相結(jié)合的方法，對該場地進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，完成沉降邊界裂縫及剪出口位置準(zhǔn)確測量，實(shí)測沉降主軸斷面，并對該場地進(jìn)行工程地質(zhì)鉆探。

2.1 地層巖性

經(jīng)鉆探揭示，場地巖性主要由第四系全新統(tǒng)(Q4)路基填土、第四系上更新統(tǒng)坡洪積()碎石土和奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)灰?guī)r組成。

1)第四系全新統(tǒng)(Q4)路基填土:路基填土分為雜填土和素填土兩種，雜填土成份以碎石土為主，含有薄層礫砂和卵石成份，表層0.6m為瀝青路面，碎石顆粒成分主要由全～強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r碎塊、碎屑組成，含少量全風(fēng)化泥灰?guī)r碎屑，稍密，稍濕，一般粒徑1～6cm，最大粒徑9cm;素填土成份以稍密粉土為主，褐黃色，稍濕～濕，局部含有零星碎石。

3)奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)灰?guī)r:青灰色，強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)晶結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖心為碎塊狀及少量短柱狀，一般長2～4cm，最長8cm。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本場地巖層為單斜構(gòu)造，傾角小于5°，產(chǎn)狀較平緩，構(gòu)造對場地穩(wěn)定性無影響。

2.3 水文地質(zhì)

本段路基在鉆探范圍內(nèi)未揭示地下水，但在鉆孔第四層9.8～12.4m粉土層中，含水量較大，飽和度達(dá) 81.6% ～90.9%。

3 邊坡穩(wěn)定性分析與評價(jià)

該場地位于黃土披蓋基巖中低山區(qū)，勘察區(qū)為基巖中緩坡，上覆坡洪積碎石土和路基填土，填土揭示厚度12.4m，左側(cè)護(hù)坡坡腳距路線中心30～50m，坡腳與路基標(biāo)高最大高差30m。路基填筑之前的原地面坡度較大，達(dá)18°，填土底部為一層粉土，鉆孔揭示厚度為2.6m，雨季地表降水滲入，導(dǎo)致該層粉土含水量增大，含水率達(dá)20% ～23.4%，飽和度達(dá)81.6% ～90.9%，抗剪強(qiáng)度大大降低，使坡體產(chǎn)生沉降及滑移變形。

總體評價(jià)，邊坡穩(wěn)定性較差。

4 處治原則及處治方案

采用一次根治，不留后患，綜合治理，確保安全的處治原則。

針對該段路基左幅路基出現(xiàn)沉降變形，造成了路基的不穩(wěn)定，路面有裂縫出現(xiàn)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，采取如下處理方式:

1)在橋臺(tái)錐坡第一級平臺(tái)處設(shè)置抗滑樁，阻止路基繼續(xù)下滑。

2)為提高路基的整體強(qiáng)度，挖除路面后，路基下挖0.84m，清除已填筑的填土，換填碎石土。

3)為填充填石路基的空隙，提高路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，采用壓力注漿，通過漿液滲透，固結(jié)路基，鉆孔深度13～15.5m，靠近路基邊緣的兩排注漿管采用φ50鋼管，其余注漿管采用φ50PVC管，注漿孔間距1.5m。

4)完善修復(fù)原路基防護(hù)排水設(shè)計(jì)及路面的重新鋪筑。

4.1 抗滑樁設(shè)計(jì)方案

4.1.1 推力計(jì)算

為查明邊坡的工程地質(zhì)條件，共布設(shè)了1個(gè)地質(zhì)斷面，由于后緣及剪出口位置明確，故在斷面上布1個(gè)鉆孔控制地層。變形主軸橫斷面最具代表性，取其為控制性斷面進(jìn)行計(jì)算。邊坡破壞是沿邊坡中部剪出，其潛在滑面為路基素填土與原地面的界面。

邊坡目前處于蠕滑階段，穩(wěn)定系數(shù)Ks取0.98，滑體取天然重度平均值γ=22kN/m3?；瑤翞樗靥钔粒煞轂樯悦芊弁?，濕，塑性指數(shù)7.7～7.9，液性指數(shù)0.75 ～0.94。

滑帶土的剪切強(qiáng)度直接影響計(jì)算推力的數(shù)值和處治工程量與處治方案，為了選擇合理的強(qiáng)度參數(shù)，采用綜合方法進(jìn)行確定。即根據(jù)滑帶土剪切試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，結(jié)合相同或近似地質(zhì)條件下滑帶土的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，反算滑帶土的強(qiáng)度參數(shù)，最后進(jìn)行綜合分析，選定可能惡化條件的強(qiáng)度指標(biāo)作為計(jì)算推力的依據(jù)。

采取滑帶土作殘余抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，相關(guān)參數(shù)見表1。

由上表可知，c值試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布區(qū)間基本一致，φ值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏大，因滑帶土樣品中含有少量砂礫所致。反算指標(biāo)為假設(shè) c=7.5kPa，反算φ值。

采用傳遞系數(shù)法折線形滑面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，φ值為12°，在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的區(qū)間之內(nèi)。故在推力計(jì)算時(shí)，采用c=7.5kPa，φ=12°作為計(jì)算依據(jù)。

根據(jù)剩余推理計(jì)算公式，滑動(dòng)主軸橫斷的剩余下滑力見表2。

表1 滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)

表2 滑動(dòng)主軸斷面推力計(jì)算表 (kN·m－1)

4.1.2 抗滑樁設(shè)計(jì)

經(jīng)過以上推力計(jì)算，為保證路基的穩(wěn)定性，防止坡體繼續(xù)側(cè)滑，需在橋臺(tái)錐坡第一級平臺(tái)處設(shè)置抗滑樁，樁中心距均為6.0m，抗滑樁采用人工挖孔樁施工工藝，設(shè)鋼筋混凝土護(hù)壁。其中1～5號樁采用截面尺寸為2.0m ×3.0m 的抗滑樁，樁長17.0m，共5根;6～10號樁采用截面尺寸為1.6m×2.4m的抗滑樁，樁長14.0m，共5根，抗滑樁設(shè)計(jì)平面布置見圖2。

4.2 注漿設(shè)計(jì)方案

4.2.1 處治范圍及方法

根據(jù)勘察結(jié)果，對左幅K8+830.8～K8+852段路基選用壓力注漿進(jìn)行加固處理，長度21.2m，處理寬度11.25m。

4.2.2 注漿設(shè)計(jì)

圖2 抗滑樁平面布置圖

注漿孔采用梅花形布置，孔間距和排距為1.5m，全段共分為4 個(gè)區(qū)(A、B、C、D)，設(shè)計(jì)孔間距為1.5m，鉆孔數(shù)量91個(gè)，孔深13 ～15.5m。

注漿初始壓力 0.5 ～1.0MPa，終孔壓力為 1.0～1.5MPa，抗壓強(qiáng)度不小于 3MPa。

4.2.3 漿液配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和材料配比試驗(yàn)，水灰比宜為1∶1.0。根據(jù)現(xiàn)場情況，采用在漿液中摻加水泥重量3%的水玻璃速凝劑，使注入路基的漿液盡快凝固，防止?jié){液流失。

4.2.4 注漿材料及其質(zhì)量要求

本設(shè)計(jì)文件中所規(guī)定的注漿材料由水、水泥、速凝劑組成。施工拌制用水符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》。水泥為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的32.5#硅酸鹽水泥或具抗腐蝕性的同標(biāo)號其它水泥，采用汽車運(yùn)輸。速凝劑選用水玻璃，水玻璃的濃度為35～40波美度，水玻璃細(xì)度模數(shù) 2.4 ～3.4。

4.2.5 注漿量設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場試驗(yàn)，每米的注漿量約為0.4 ～0.5m3，每米水泥用量為300 ～375kg(1 ∶1.0水泥漿液密度為1.5t/m3)。

4.2.6 注漿工程數(shù)量

本項(xiàng)目共需完成注漿孔91個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺1313m，注漿量 616.9m3，水泥用量 462.7t，水用量 462.7t，水玻璃用量 13.9t，φ50 鋼管注漿管403.0m，φ50PVC 注漿管910.0m。

5 施工要點(diǎn)

1)施工順序:先進(jìn)行抗滑樁的施工，施工完成后，挖除路面及路面底基層以下0.84m厚路基填土，然后鉆孔注漿，換填0.84m厚碎石土，施工防護(hù)及排水，最后鋪裝路面。

2)抗滑樁施工應(yīng)按照“隔一挖一”的施工順序進(jìn)行開挖，第一序次的樁開挖澆注成型后，方可進(jìn)行下一序次樁的施工。

3)抗滑樁應(yīng)分節(jié)施工護(hù)壁，每節(jié)開挖深度為1.0m，開挖一節(jié)，做好該節(jié)護(hù)壁，當(dāng)護(hù)壁混凝土具有一定強(qiáng)度后方可開挖下一節(jié)。

4)澆注混凝土?xí)r，必須保證護(hù)壁不侵占抗滑樁截面空間，樁孔開挖過程中應(yīng)隨時(shí)校準(zhǔn)其垂直度和凈空尺寸。

5)路基注漿加固區(qū)，28d的抗壓強(qiáng)度要求不低于3MPa。

6 結(jié)束語

綜上所述，針對該段橋頭路基沉降變形，路面開裂，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性較差的現(xiàn)象，采取了在橋臺(tái)錐坡第一級平臺(tái)處設(shè)置抗滑樁和對路基進(jìn)行壓力注漿加固路基的處治方案，并提出了施工要點(diǎn)。為解決類似問題提供一定思路。

［1］JTG D30－2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTG F10－2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］JGJ 79－2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.