何穎川

(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司)

某高速公路路基縱向裂縫成因分析及處理方案

何穎川

(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司)

某高速公路半填半挖路段為軟土地基，不合理的軟基處理方案造成差異沉降的產(chǎn)生，導(dǎo)致60 m范圍的路基產(chǎn)生縱向裂縫，經(jīng)方案比選后，采用管樁復(fù)合地基處理方案，經(jīng)工程實(shí)踐表明，處理方案可行。

高速公路;縱向裂縫;差異沉降;成因;處理方案

1 工程的地形地質(zhì)概況

某高速公路K32+560～K32+620路段路基設(shè)計(jì)寬度為26 m，為半填半挖路段，左側(cè)填方的填土高度為4.6 m，左幅為水田耕地，右幅為山丘，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，該路段左幅路基范圍存在厚度不均勻的淤泥層，軟土層底向路基左側(cè)傾斜，坡腳處軟土厚度約為12.0 m，路基中部軟土厚度為2.9 m;軟土物理力學(xué)性質(zhì):軟土淤泥天然含水量為56.9% ～59.8%，壓縮系數(shù)1.40 MPa-1，壓縮模量 1.75 MPa，直接快剪剪切指標(biāo) C=9.9 kPa，=5.3 度，固結(jié)快剪剪切指標(biāo) C=14.8 kPa，=8.8 度，空隙比為1.5 ～1.7。固結(jié)系數(shù) Cv為8.7 ×10-4cm2/s，滲透系數(shù) Kv為4.3 ×10-6cm/s。

2 設(shè)計(jì)過程及施工情況

在施工圖設(shè)計(jì)階段，由于缺乏地質(zhì)鉆探資料，故該路段未采取軟基處理措施，僅描述為根據(jù)施工補(bǔ)勘資料進(jìn)一步明確是否需要進(jìn)行軟基處理以及所采用的軟基處理方案。經(jīng)在K32+576路基橫斷面進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)鉆，發(fā)現(xiàn)有傾斜軟基后，補(bǔ)充了軟基處理方案。根據(jù)補(bǔ)勘資料，軟基基底橫坡為1∶2.8。

圖1 軟基處理示意圖

處理方案分別提出了袋裝砂井、水泥攪拌樁以及管樁三種方案。由于項(xiàng)目工期較長，基于用時(shí)間換金錢的思路，在保證路基穩(wěn)定性的前提下，采用袋裝砂井+砂墊層+等載預(yù)壓處理方案。袋裝砂井正三角形布置，間距1.1 m，單根長度14 m，砂墊層厚度為0.6 m，鋪設(shè)一層土工格柵，等載預(yù)壓。經(jīng)計(jì)算，路堤和地基的整體穩(wěn)定性分析中采用推算的實(shí)際固結(jié)度的固結(jié)快剪指標(biāo)，其穩(wěn)定安全系數(shù)為1.41，滿足路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求。由沉降計(jì)算結(jié)果得到，預(yù)計(jì)總沉降量達(dá)1.6 m，在預(yù)壓期末，軟土固結(jié)度達(dá)85%，預(yù)計(jì)工后沉降小于30 cm，滿足規(guī)范要求。

自2007年9月到2008年11月，施工單位嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制填土速率，路基土填筑緩慢。

3 路基縱向裂縫的產(chǎn)生

2008年11月，該段路基尚在欠載預(yù)壓階段，距等載預(yù)壓填土高尚有1.05 m填土高?，F(xiàn)場在路基監(jiān)測的作業(yè)期間發(fā)現(xiàn)路基多處縱向裂縫，走向大體一致，最大寬度約為4 cm。

路基縱向裂縫產(chǎn)生的信息報(bào)告后，引起施工、監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)等單位的高度重視，各方技術(shù)人員及有關(guān)專家深入現(xiàn)場進(jìn)行了仔細(xì)的勘踏，現(xiàn)場對(duì)K32+568路基橫斷面進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)鉆，比照K32+576地質(zhì)橫斷面，進(jìn)一步摸清地質(zhì)情況。由補(bǔ)勘資料可以看出，原地面坡腳附近的軟基基底變陡，軟基基底橫坡達(dá) 1∶1.5。

圖2 路基橫斷面示意圖

對(duì)路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用簡化Bishop法采用推算的實(shí)際固結(jié)度的固結(jié)快剪指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，其穩(wěn)定安全系數(shù)為1.32;對(duì)路堤沿傾斜基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性采用不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算，其穩(wěn)定安全系數(shù)僅為1.15;路基穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求?？紤]到路基側(cè)向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內(nèi)，有關(guān)專家及技術(shù)人員經(jīng)研究討論，決定增設(shè)路基監(jiān)測斷面，加強(qiáng)監(jiān)測。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，至2009年2月，路基沉降及側(cè)向位移并未出現(xiàn)收斂的趨勢(shì)，而路基縱向裂縫則有貫通發(fā)展的趨勢(shì)，最大寬度約為9 cm。盡管側(cè)向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內(nèi)，但鑒于雨季即將來臨，有關(guān)專家及技術(shù)人員經(jīng)研究分析，果斷決定對(duì)裂縫路段采取治理措施。

4 路基縱向裂縫產(chǎn)生的原因分析

該路段半填半挖路段，而且軟土橫向?yàn)閮A斜分布，路基基底為左軟右硬。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，路基最大累計(jì)沉降量已達(dá)767.0 mm。而處于挖方段的右幅路基，不發(fā)生沉降。由于路基的沉降主要是由軟基的主固結(jié)引起的，所以左右路基之間就發(fā)生了高度為767.0 mm的錯(cuò)動(dòng)，其之間的路基土不能適應(yīng)如此過大的變形，導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。半軟半硬的地質(zhì)條件以及采用沉降量大的軟基處理方法造成了差異沉降的產(chǎn)生，差異沉降是路基裂縫產(chǎn)生的最直接的原因。

軟基固結(jié)沉降，一般伴隨的有強(qiáng)度的增長。對(duì)于均勻沉降的路基來說，固結(jié)沉降的產(chǎn)生，令強(qiáng)度增加，有利于路基的穩(wěn)定性。但是對(duì)于半填半挖路基來說，軟基固結(jié)沉降的卻未必有利于路基的穩(wěn)定性。這是因?yàn)檐浕探Y(jié)在半填半挖路段表現(xiàn)為差異沉降，使左右路基之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)使路基土發(fā)生剪切破壞，形成縱向裂縫，削弱了填方抗滑動(dòng)能力，若固結(jié)帶來的地基土強(qiáng)度增長的抗滑能力增加效果，小于差異沉降引起的抗滑能力削弱效果，此時(shí)的軟基固結(jié)沉降則不利于路基的穩(wěn)定性。雖然從監(jiān)測數(shù)據(jù)看來，側(cè)向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內(nèi)，但由于路基沉降及側(cè)向位移并未出現(xiàn)收斂的趨勢(shì)，說明差異沉降將進(jìn)一步加大，裂縫也將會(huì)繼續(xù)加大，具有潛在不穩(wěn)定的因素存在。路基裂縫的出現(xiàn)以及發(fā)展往往是發(fā)生路基失穩(wěn)滑塌事故的先兆。在軟土地基填筑路堤，滑塌事故的發(fā)生并不鮮見。即將到來的雨季，必將使路基的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，所以在雨季來臨前，處置裂縫路段是必要的，果斷做出對(duì)裂縫路段進(jìn)行處置的決定是正確的。

5 路基裂縫處理方案

通過地質(zhì)資料、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，在專家專題會(huì)議上提出了若干處理方案，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比較進(jìn)行選定。

5.1 處理方案的選擇

方案一:反壓護(hù)道

對(duì)原有填方裂縫區(qū)域范圍內(nèi)并向路基穩(wěn)定部分?jǐn)U寬2 m范圍的路基土全部進(jìn)行挖除，分臺(tái)階開挖，臺(tái)階寬度不小于1 m，清理深度至該范圍砂墊層;路基左側(cè)設(shè)反壓護(hù)道，寬度為25 m，高度2.0 m，反壓護(hù)道基底采用袋裝砂井處理，其填土與路基土同時(shí)填筑。

方案二:左幅路基改為橋梁

對(duì)出現(xiàn)裂縫路段采用橋梁方案，即K32+520-K32+625路段左幅前后兩座通道橋連為一體。

方案三:復(fù)合地基

對(duì)潛在滑動(dòng)的區(qū)域范圍內(nèi)路基土方進(jìn)行挖除，清理范圍與方案一相同，挖除后對(duì)路基基底進(jìn)行復(fù)合地基處理，復(fù)合地基方案選擇，分別提出來水泥攪拌樁、C袖閥管注漿、FG樁以及管樁四種方案。水泥攪拌樁造價(jià)低，但成樁質(zhì)量難以保證，樁身強(qiáng)度低，抗剪切能力弱，路基在在施工期間的計(jì)算沉降量達(dá)35 cm，路基差異沉降較大。CFG樁造價(jià)較低，但檢測困難，成樁質(zhì)量難以保證，且抗剪切能力較弱，路基在在施工期間的計(jì)算沉降量達(dá)25 cm，路基差異沉降較大。袖閥管注漿成樁質(zhì)量較好，但是工藝較為復(fù)雜，造價(jià)較高，且抗剪切能力較弱，路基在在施工期間的計(jì)算沉降量達(dá)27 cm，路基差異沉降較大。管樁造價(jià)高，但由于是預(yù)制構(gòu)件，樁身質(zhì)量好，施工技術(shù)成熟，成樁質(zhì)量有保證，路基在在施工期間的計(jì)算沉降量在15 cm以內(nèi)，路基差異沉降小。因此選擇管樁復(fù)合地基作為該路段軟基的復(fù)合地基處理方案。管樁直徑為40 cm，采用正三角形布置，間距為2.2 m，管樁頂設(shè)置托板，托板頂面鋪設(shè)30 cm厚碎石褥墊層，碎石層的上下面分別設(shè)置鋼塑土工格柵。

5.2 處理方案的比較

方案一:處理技術(shù)要求較為簡單，安全可靠，而且能有效加快后續(xù)路基填筑的施工進(jìn)度，處理費(fèi)用少，但需補(bǔ)征地，且征地面積較大，相應(yīng)征地費(fèi)用較多。方案一增加的處理費(fèi)用約125萬。

方案二:方案技術(shù)成熟，安全可靠，不需要補(bǔ)征地，但方案需增加約560萬處理費(fèi)用，造價(jià)高，因此該方案只作為參考方案。

方案三:處理技術(shù)要求較為簡單，管樁復(fù)合地基可有效減少沉降量，同時(shí)也無需進(jìn)行補(bǔ)征地，但管樁處理的費(fèi)用較高。方案三增加的處理費(fèi)用約160萬。

5.3 處理方案的確定

專家組在初期傾向于采用方案一，但是充分考慮了方案一反壓平臺(tái)及補(bǔ)征地所可能造成的社會(huì)不良影響后，通過對(duì)幾種處理方案的進(jìn)一步研討論證、方案優(yōu)化。最終確定采用基于方案三的優(yōu)化方案:開挖深度至原地面標(biāo)高以上1 m，左側(cè)坡腳3排管樁按三角形布置，樁間距2.0m樁頂采用系梁連接，發(fā)揮約束側(cè)向位移、提高抗滑能力的作用;坡腳以內(nèi)的其余范圍，同樣采用管樁處理，按正方形布置，間距2.5 m，樁頂設(shè)托板，該區(qū)域的管樁處理起到減少沉降的作用。

6 處理效果

對(duì)該段軟基采用管樁復(fù)合地基進(jìn)行處理后，路基填筑嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行填土速率控制，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，未發(fā)生路基失穩(wěn)報(bào)警。該路段目前已通車，路基使用情況良好。

7 結(jié)語

從該路段的裂縫產(chǎn)生的原因分析、處理方案比選以及處理效果來看，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論供參考:

(1)對(duì)于半填半挖的軟基路段，軟基通常具有基底傾斜、厚度不均的特點(diǎn)。路基經(jīng)過半填半挖的軟基路段，需要加強(qiáng)地質(zhì)勘察，建議地質(zhì)鉆孔按照縱向20 m一個(gè)地質(zhì)橫斷面進(jìn)行加密布置，橫斷面布設(shè)3到4個(gè)孔，加密孔可以采用簡易方法進(jìn)行勘探，以了解原地面坡腳到路堤坡腳及其外側(cè)的軟土基底的空間分布及軟土厚度的空間分布特性。

(2)對(duì)于基底傾斜路基的軟基處理方案，應(yīng)十分注重穩(wěn)定性驗(yàn)算，需重視原地面坡腳附近的軟基基底變陡的空間分布特點(diǎn)，對(duì)路堤的堤身穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤沿斜坡地基或軟弱層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分別進(jìn)行計(jì)算。

(3)軟基基底傾斜路基穩(wěn)定性驗(yàn)算，必須以避免差異沉降發(fā)生作為前提，若預(yù)期發(fā)生差異沉降，穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)考慮對(duì)路基及地基的強(qiáng)度進(jìn)行折減。

(4)對(duì)于半填半挖路基，差異沉降較為敏感，其軟基處理方案不但要考慮工后沉降，而是首先考慮工前沉降的可接受程度，在半填半挖路段，軟基設(shè)計(jì)方案應(yīng)優(yōu)先考慮減少沉降的處理方案，降低出現(xiàn)差異沉降而導(dǎo)致路基失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

(5)采用排水固結(jié)方案進(jìn)行半填半挖路段軟基處理，可能產(chǎn)生差異沉降而形成裂縫，出現(xiàn)路基失穩(wěn)情況，軟基處理難以獲得令人滿意的效果。

(6)對(duì)于半填半挖路段軟基采用管樁復(fù)合地基處理方案可行。

［1］公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

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1008-3383(2013)03-0080-02

2013-01-14