高速公路特殊路堤段沉降病害分析及應(yīng)對(duì)措施探討

吳 萍,農(nóng)承尚,何 平

(1.南寧高速公路建設(shè)發(fā)展有限公司,廣西 南寧 530029;2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029;3.廣西路橋集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

目前,高速公路路堤填筑施工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化程度高,碾壓質(zhì)量有保障,施工效率高。但在一些特殊路堤段,往往因?yàn)橐恍┘?xì)節(jié)處理不當(dāng)造成路堤沉降開裂,如橋梁與路塹之間的高填短路堤,公路縱、橫向均出現(xiàn)較陡的填挖交接界面,且在施工期作為施工便道存在明顯厚層推堆區(qū),因空間條件限制和復(fù)雜路況,加上監(jiān)管不到位,大型碾壓設(shè)備操作不便,搭接位置細(xì)節(jié)處理不當(dāng),造成工后路堤沉降。針對(duì)路基沉降病害治理,視情況采取返工處理、注漿穩(wěn)定、支擋加固等辦法[1-3]。而錨筋樁作為深入地層的受拉構(gòu)件,一端與工程結(jié)構(gòu)物連接,一端深入地層中將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大,增加錨固體的承壓作用,將自由段的拉力傳至土體深處,可以對(duì)邊坡、隧道和大壩等進(jìn)行主動(dòng)加固,而且施工方便、工期短,便于公路運(yùn)營養(yǎng)護(hù)[4]。本文針對(duì)某高速公路特殊路堤路段沉降開裂現(xiàn)象病害原因進(jìn)行調(diào)查及分析,采用錨筋樁技術(shù)綜合方案予以處治,并總結(jié)錨筋樁施工技術(shù)要點(diǎn)及特殊路堤施工注意事項(xiàng),為同類項(xiàng)目提供技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程病害及原因調(diào)查

1.1 工程概況

某高速公路路段原設(shè)計(jì)為短填方基路段,一端連接路基挖方,一端連接橋梁,K13+020～K13+040段屬于高架橋橋臺(tái)的錐坡范圍,K13+040～K13+080段為填方路堤,采用5.5～8.0 m高的重力式路堤擋土墻進(jìn)行固腳防護(hù)。墻頂路堤邊坡高8 m,采用拱形骨架+草灌噴播進(jìn)行防護(hù)綠化。其橫斷面圖見圖1。

圖1 路堤橫斷面圖(cm)

1.2 工程病害調(diào)查

項(xiàng)目K13+055～K13+070段右幅路面出現(xiàn)斜向開裂,起初裂縫位置為緊急停靠帶與外側(cè)車道中央范圍,裂縫寬約0.5～1.5 cm;后期裂縫縱向擴(kuò)展到K13+045處,橫向擴(kuò)展至中間車道、內(nèi)側(cè)車道。K13+050～K13+070段擋土墻出現(xiàn)不同程度的病害,其中K13+055～K13+060段擋土墻基礎(chǔ)出現(xiàn)下沉跡象;K13+060處沉降縫出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)前移,最大位移約20 cm,并有地下水滲涌現(xiàn)象;K13+060、K13+070等處沉降縫出現(xiàn)張開跡象;K13+050處沉降縫出現(xiàn)明顯地下水滲出情況,成為地下水滲涌的排泄通道。

為了更準(zhǔn)確掌握該路段路基沉降情況,項(xiàng)目對(duì)該路段開展長達(dá)10 d的沉降監(jiān)測(cè),繪制沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果曲線,監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示最大沉降量約為59 mm,發(fā)生在擋墻最大推移位置。路基沉降發(fā)展趨勢(shì)與路基病害分布情況基本一致。

1.3 工程病害原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)病害分布及損害程度,調(diào)查建設(shè)過程設(shè)計(jì)、施工等方面情況,初步判斷該路段路基病害原因如下:

(1)該路堤段屬于典型短路基,小樁號(hào)連接橋臺(tái),大樁號(hào)連接路塹邊坡,線路縱、橫方向均有陡坡半挖半填設(shè)計(jì),臺(tái)階搭接處細(xì)部碾壓處理不到位;同時(shí),施工期以該路段作為施工便道,形成厚層推堆區(qū),而路基填筑施工時(shí)未對(duì)推堆區(qū)進(jìn)行徹底處理,造成初期路堤沉降。

(2)該路段填筑為粉砂質(zhì)泥巖,局部含炭質(zhì),具有一定的崩解性。路床交驗(yàn)后出現(xiàn)初期路堤沉降和開裂,項(xiàng)目結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)該路段進(jìn)行注漿加固處治。在注漿加固處治實(shí)施過程中,漿液對(duì)填料起到軟化作用,加速其崩解過程,經(jīng)過其自崩解充填,路堤會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的下沉;同時(shí),在水泥漿液影響下,路堤填料的粘聚力、內(nèi)摩擦角會(huì)有顯著下降,從而導(dǎo)致?lián)跬翂Ρ车闹鲃?dòng)土壓力增大,增加了擋土墻的受力荷載;在路面施工封層之前,雨水的滲透也加劇了此類病害的發(fā)展。

(3)該段擋土墻基礎(chǔ)施工中發(fā)現(xiàn)基坑出現(xiàn)明顯的滲水,滲水量稍大,土質(zhì)含水量比較高;擋土墻基礎(chǔ)施工時(shí),排水設(shè)施施工不規(guī)范,導(dǎo)致地下水無法順暢排出;在地下水浸泡影響下,地基土強(qiáng)度參數(shù)顯著下降,地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求,從而使擋土墻出現(xiàn)沉降、基礎(chǔ)滑移情況。

2 工程處治方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況的病害原因以及監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析,擬采用隔水、加固及監(jiān)測(cè)綜合方案進(jìn)行處治。具體方案如圖2所示。

圖2 錨筋樁加固處治方案平面圖

2.1 擋墻加固設(shè)計(jì)

采用錨筋樁方案對(duì)K13+020～K13+080段右側(cè)路堤坡腳進(jìn)行加固防護(hù),緊貼路堤坡腳擋土墻外立面布設(shè),如圖2所示。其中路基和錐坡坡腳段錨筋樁長12 m,橫斷面布置3排,橫向間距為1.7 m,縱向間距為1.0 m或1.5 m;橋梁錐坡平臺(tái)位置錨筋樁長為24 m,橫斷面間距為1.7 m,縱向間距為1.5 m;錨筋樁頂部設(shè)C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土連系梁將錨筋樁連接成整體,系梁斷面高1 m,寬分為4 m和2 m規(guī)格;第一排錨筋樁應(yīng)布設(shè)于擋土墻的墻趾上,且連系梁應(yīng)緊貼擋土墻外立面,方能發(fā)揮最大的支擋防護(hù)作用;K13+043～K13+080路基段系梁底部充填0.5 m厚的碎石墊層,作為地表滲水的排水層;錨筋樁鉆孔孔徑為φ150 mm,成孔困難時(shí)可擴(kuò)孔至200 mm;加筋體為4根φ32 mm螺紋鋼+φ42 mm進(jìn)漿管。

2.2 隔水設(shè)計(jì)

在擋墻伸縮縫位置埋設(shè)排水滲溝對(duì)地下水滲水進(jìn)行引排。滲溝應(yīng)垂直擋土墻方向進(jìn)行布設(shè),斷面尺寸為0.8 m×1.2 m,埋深≥1 m。擋墻頂部路基邊坡清除松土和植被后,采用掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù),進(jìn)一步隔離地表水滲透。

2.3 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

布設(shè)觀測(cè)樁對(duì)邊坡進(jìn)行沉降和位移監(jiān)測(cè)。觀測(cè)樁布設(shè)在樁頂系梁、擋土墻頂、路肩、右幅中心、右幅內(nèi)側(cè)等位置,每天觀測(cè)不少于2次,沉降穩(wěn)定后可適當(dāng)減少監(jiān)測(cè)頻率,直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定。同時(shí)在橋臺(tái)錐坡、K13+055等斷面布設(shè)深層測(cè)斜孔進(jìn)行深層位移監(jiān)測(cè),每個(gè)斷面布設(shè)測(cè)斜孔2～3個(gè),監(jiān)測(cè)頻率及時(shí)段同地表位移監(jiān)測(cè)一致。

3 錨筋樁施工技術(shù)

錨筋樁施工難點(diǎn)在于錨筋樁成孔施工,存在問題主要表現(xiàn)為樁孔角度控制不到位、清孔時(shí)遇到黏性塊狀物質(zhì)不易清理、鉆孔施工對(duì)已完樁孔的影響破壞、注漿后初期錨筋樁保護(hù)等,因此,根據(jù)錨筋樁數(shù)量和位置,在施工前應(yīng)平整好作業(yè)面,規(guī)劃好鉆孔順序,施工過程嚴(yán)格按工序并及時(shí)驗(yàn)收,才能保證快速高質(zhì)量施工[5]。

3.1 錨筋樁施工工序

機(jī)械快速成孔→清孔→吊裝錨索束→灌注M30水泥砂漿→封孔口→清理錨筋頭鋼筋→連系梁鋼筋綁扎→立模澆筑混凝土。

3.2 施工技術(shù)要求

(1)錨筋樁施工完畢前禁止開挖下部邊坡,邊坡開挖應(yīng)盡量采用機(jī)械開挖或光面控制爆破,以減少對(duì)邊坡及錨筋樁的擾動(dòng)。

(2)錨筋樁成孔角度偏差應(yīng)≤±1°,成孔過程中應(yīng)做好孔向測(cè)量,偏差超過要求時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正。

(3)成孔完成后應(yīng)核驗(yàn)孔深是否滿足設(shè)計(jì)要求,并在吊裝鋼筋束之前進(jìn)行清孔,去除浮渣,保證砂漿的粘著性。

(4)按設(shè)計(jì)要求安裝鋼筋束及注漿管的組合體,外露段應(yīng)滿足樁頂系梁的施工要求;鋼筋束宜確保鋼筋的完整性,減少接頭,如需接長時(shí),接頭應(yīng)置于中下部,并采用對(duì)接焊,并應(yīng)錯(cuò)開銜接,接頭1.5 m內(nèi)的接頭鋼筋面積不得超過錨筋束總面積的50%。

(5)灌注采用M30水泥砂漿,摻微膨脹劑,摻量為膠凝材料用量的10%～12%,通過試驗(yàn)確定摻量。配合比由施工單位試驗(yàn),提供資料,與監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方共同確定。采用孔底注漿工藝,并保證一次灌漿飽滿,當(dāng)孔口返漿與灌入漿液質(zhì)量一致時(shí),灌漿即可結(jié)束。注漿完成后孔口應(yīng)進(jìn)行封孔,漿液凝固完成之前應(yīng)確保樁體不受擾動(dòng)。

(6)錨筋樁頂部縱向設(shè)C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土連系梁,連系梁應(yīng)嵌入地面以下≥20 cm;采用P.O 42.5或以上標(biāo)號(hào)水泥,混凝土標(biāo)號(hào)不低于C30;系梁鋼筋綁扎焊接安裝時(shí)需把系梁尺寸內(nèi)錨筋樁的漿體破除干凈,并與主筋焊接牢固,連成一整體。

(7)錨桿所用鋼筋應(yīng)作除銹處理,若地層巖土具有腐蝕性,應(yīng)作有效防腐處理。錨桿桿體外露部分避免敲擊、碰撞,3 d內(nèi)不得懸吊重物。

3.3 施工注意事項(xiàng)

(1)鉆孔施工之前應(yīng)將作業(yè)場(chǎng)地整平壓實(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定孔位并做好標(biāo)記。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)滲水現(xiàn)象較為嚴(yán)重,鉆孔施工之前先進(jìn)行排水滲溝施工,并將地表水疏通。

(3)鉆孔過程鉆機(jī)應(yīng)保持平穩(wěn),立軸與鉆桿應(yīng)在同一軸線上,并保持垂直,鉆孔孔斜率<1%。

(4)為避免鉆孔作業(yè)對(duì)臨近成孔的影響,建議隔樁鉆孔;成孔后應(yīng)及時(shí)開展下一步吊裝鋼筋施工。

(5)施工現(xiàn)場(chǎng)較為泥濘,成孔后若未能及時(shí)吊裝鋼筋,應(yīng)采取措施臨時(shí)堵塞樁孔,避免樁孔堵塞。

4 處治效果

本文案例路基經(jīng)過實(shí)施該處治方案后,路基變形趨勢(shì)得到有效控制,路堤穩(wěn)定性良好。經(jīng)翻挖重新施作的路面質(zhì)量良好,安全運(yùn)營4個(gè)月后,未再次出現(xiàn)明顯病害情況,說明處治方案較為成功。

5 結(jié)語

本文案例路基在建設(shè)及運(yùn)營過程中均出現(xiàn)了不同程度下沉開裂病害,總結(jié)原因和措施如下:

(1)設(shè)計(jì)階段建議橋梁布設(shè)時(shí)充分考慮相關(guān)因素的影響,避免路、橋銜接段置于斜坡地形上,規(guī)避后續(xù)施工的路基病害風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)橋臺(tái)宜布設(shè)在穩(wěn)定的場(chǎng)地上,避免置于欠穩(wěn)定的斜坡上,提高錐坡穩(wěn)定性。

(2)施工階段加強(qiáng)擋土墻基坑驗(yàn)槽,除檢驗(yàn)基坑承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求外,應(yīng)特別注意核實(shí)地下水發(fā)育情況,如有明顯基坑滲水情況,必須做好截、排水措施,避免地基土被地下水浸泡,從而導(dǎo)致承載力降低;對(duì)于可能存在崩解情況的路基土石方,建議不要用于路堤填筑,避免因巖土體崩解導(dǎo)致路堤出現(xiàn)不均勻沉降,從而導(dǎo)致路堤病害發(fā)生;路堤注漿加固設(shè)計(jì)要慎重,尤其要充分考慮漿液對(duì)路堤填土、地基土的軟化作用,以及注漿壓力對(duì)結(jié)構(gòu)物的傳導(dǎo)效應(yīng),避免鄰近結(jié)構(gòu)物、路堤出現(xiàn)次生病害。

(3)錨筋樁施工機(jī)械化施工程度較高,施工便捷,錨固效果理想,可在擋墻圍擋能力衰減時(shí),提高基礎(chǔ)錨固能力,從而穩(wěn)定路堤,為其他同類項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)參考。