李云

（中鐵長江交通設計集團有限公司，重慶 400000）

0 引言

近年來，我國高速公路建設快速向山區(qū)延伸，而山嶺重丘區(qū)由于較大的地形高差、陡峻的地面橫坡和路線平縱指標限制均使得高速公路路線區(qū)域內出現較多的高填路堤和深挖路塹[1]。設計中要秉持“環(huán)境友好、資源集約”的綠色公路理念[2]。按規(guī)范定義，填土高度大于20m或填土高度雖未達到20m但基底有軟弱地層發(fā)育，填筑的路堤有可能失穩(wěn)、產生過量沉降及不均勻沉降時，應劃入高路堤，并逐工點勘察設計[3]。高路堤若處治不當會造成路面沉降變形、路面縱橫向開裂和路堤整體失穩(wěn)，威脅行車舒適性和安全性[4]。夏英志等[5]采用數值模擬的方法探討了填方高度、基土壓實度和填筑材料對高填方路堤沉降的影響；蔡業(yè)青等[6]采用鋼花管注漿對部分沉降開裂的高路堤進行了處治。本文以重慶山區(qū)某高填方路堤為例，分析路堤沉降原因，并結合該高速公路通車情況提出相應的處治措施。

1 工程概況

重慶市某高速公路K33+620—K33+700 段為高填路堤，路線由南向北跨越一丘陵溝谷，圓曲線半徑R=1500，超高橫坡4%，路面路基設計寬度為24.50m，最大填方高度約22.0m，工點起點接填挖交界，終點接路肩擋土墻，擋土墻外側采用錐坡進行銜接。設計處理措施為：對地基土進行挖除換填，對路堤采用間距4m一層1000kN·m 普夯進行處理，在路面以下1.5m 處，設置3層間距為0.6m的鋼塑土工格柵，坡面防護采用拱形骨架。路面結構為4cm SBS AC-13+6cm SBS AC-20C+8cm AC-25+20cm 水泥穩(wěn)定碎石+20cm 水泥穩(wěn)定碎石+20cm 水泥穩(wěn)定碎石。超高段排水采用縱向集水槽+集水井+橫向排水管的形式。

2 沉降變形原因分析

2.1 工程地質條件概況

高填路堤工點區(qū)為構造剝蝕中低山地貌，為U形溝谷，沖溝發(fā)育方向約290°，溝底地形較平緩，地面橫坡緩于1∶5，溝寬20～30m，溝兩岸地形坡度為40～50°，局部為陡崖，相對高差約50m。溝谷中覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）粉質黏土，最大厚度約2.5m，呈軟～可塑狀，兩側溝壁為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）泥巖、砂巖，巖層產狀近水平。地震動峰值加速度0.05g，地震動反應譜特征周期0.35s，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。地下水類型主要為松散土層孔隙水和基巖風化裂隙水，地下水總體較貧乏，雨季降雨后，沖溝匯水由東向西排泄。

2.2 沉降變形特征

2.2.1 路面沉降變形特征

該高速公路于2020 年10 月通車，至2021 年5 月，中分帶豎向位移為15cm，左側路肩處位移為18cm，尚未超過規(guī)范要求的容許沉降臨界值30cm。2021 年6—9月，雨季期間，沉降持續(xù)增加，至2021 年10 月，中分帶豎向位移為128cm，左側路肩處位移為80cm。路面形成圓弧狀拉裂縫，寬0.8～1.5m，中央分隔帶護欄發(fā)生弧形下沉（如圖1 所示），土路肩發(fā)生縱向裂縫，縫寬約1～1.5cm。

2.2.2 坡面變形特征

圖1 護欄沉降變形

填方邊坡高22m，第一級邊坡坡比1∶1.5，坡高8m，平臺寬2m；第二級邊坡坡比1∶1.75，坡高12m，坡腳采用3m 高護腳，埋入地下1.0m。第一級邊坡中下部骨架開裂錯動，骨架底梁發(fā)生剪切裂縫，縫寬約0.5～1.5cm，延伸長度1.5～2.0m（如圖2 所示）；第一級平臺近錐坡處，發(fā)生局部爆皮開裂；錐坡與擋墻銜接處，裂縫開展較大，約2～4cm（如圖3 所示），且從擋墻頂部延伸至擋墻腳趾處，此外可見錐坡坡面漿砌片石豎向貫通性裂縫。第二級邊坡拱形骨架未見裂縫等變形，第二級邊坡平臺及坡腳護腳墻沒有發(fā)現推移變形等現象。

圖2 第一級平臺變形特征

圖3 錐坡變形特征

2.3 沉降變形原因分析

本段高填方路堤的變形主要集中在路面、第一級邊坡和錐坡等部位，第二級邊坡及坡腳擋墻等完好，路面未發(fā)生明顯的下錯開裂。填方基面橫坡較為平緩，不是陡斜坡路堤。溝底覆蓋層薄，且采用徹底換填對其進行了處理。綜合地形地質條件、工程結構物的銜接和變形特征等分析認為：

（1）高路堤的變形是由于錐坡壓實度不足造成其對路堤主體側向約束不夠而引起的第一級邊坡不均勻沉降變形，路堤不存在整體圓弧滑動的情形。

（2）路面和中央分隔帶不均勻下沉，產生裂縫，致使暴雨季節(jié)超高段和中央分割帶雨水下滲，進一步加快了變形的發(fā)展。

（3）高速公路開通后，車輛特別是重車的反壓碾壓產生的動荷載使得不均勻沉降進一步加劇。

3 處治設計及施工工藝要求

3.1 處治措施

根據現場調查結果和分析，結合高速公路已經通車的實際情況，采用坡面注漿+封閉中分帶、鉆孔排水+加鋪瀝青路面的處治方案。

（1）注漿。為控制沉降的進一步發(fā)展，對錐坡、第一級邊坡和第一級平面采用鋼花管注漿處理。錐坡區(qū)域和第一級邊坡區(qū)域，采用長9.0m、外徑90mm、壁厚5mm 的注漿鋼花管斜向注漿，角度與水平方向呈20°夾角，按正三角形布置，孔間距為2.6m。填方一級平臺范圍內，采用長12.0m、外徑90mm、壁厚5mm 的注漿鋼花管豎向注漿，按矩形布置，橫向間距1m，縱向間距1.5m。

（2）排水設計。對中央分隔帶采用隔水土工膜+2cm 厚水泥砂漿進行封閉；對超高段縱向集水槽拉裂縫采用環(huán)氧樹脂進行填塞，封閉失效的橫向排水管，路肩側按間隔30cm進行橫向鉆孔，重新安設橫向排水管。

（3）路面恢復。夜晚凌晨至次日早上，對沉降的路面進行銑刨，按原設計標高加鋪瀝青。

（4）監(jiān)測措施。對中分帶、路肩、一級平臺和錐坡處安設GNSS 變形監(jiān)測設備，對處治效果進行監(jiān)測分析。

3.2 注漿施工工藝

3.2.1 注漿壓力

注漿壓力是控制注漿質量和漿液量的重要參數。第一次灌漿，注漿壓力采用0.1～0.2MPa，以形成硬殼層；然后再次注漿，注漿壓力采用0.2～0.3MPa，灌漿泵和孔口處均安設壓力表，最大標值不宜大于1.5MPa。注漿壓力以孔口壓力表指針擺動中值為準，誤差不得超過5%。

3.2.2 漿液配置

（1）注漿液攪拌

注漿漿液應攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應在初凝前用完，并嚴防石塊、雜物混入漿液。攪拌漿液不短于3min，攪拌好的水泥漿液用不大于3×3mm 的雙層濾網進行過濾后方能使用。

（2）漿材、漿液要求

采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，其質量品質應滿足現行國家標準；拌和采用生活用水或飲用水，不能采用生活污水和工廠排放污水或含有有機懸浮質水及其他對混凝土有害的水作為漿液拌和用水；第一次注漿配合比為水∶水泥=1∶1，第二次注漿配合比為水∶水泥=0.8∶1。

（3）注漿方式

注漿時分兩次壓力注漿，第一次注漿后4～6h 后進行第二次注漿，注漿均帶壓注漿，注漿時采用如下工裝進行加壓、保壓，鋼管與封堵時埋設鋼管直徑相同，使用時用管道夾具連接牢固，注漿完畢后需穩(wěn)壓2～3min。

（4）注漿觀測

注漿施工過程中，須派專人巡視護腳、觀察和記錄其位置狀況，同時對竄冒漿情況進行觀測和記錄，一旦發(fā)現異常情況，要及時采用封堵、減壓、濃漿、間隙法注漿等措施進行處理。如遇塌孔嚴重時，可采用花管注漿法或其他不嚴重影響注漿質量的方法。注漿孔鉆孔施工過程中，應有針對性地選取不少于3孔進行取芯鉆進，并對填料的土體性質進行記錄。對不取芯的鉆孔，若遇空洞、垮孔、軟塑土、大塊石、地下水等異常情況應進行記錄和描述。

（5）止?jié){

在規(guī)定壓力下，注漿量小于1L/min 時，穩(wěn)壓2～3min，若壓力不下降或壓力下降不超過5%，則可正常止?jié){。

（6）特殊情況處理

對于孔底漏漿嚴重的情況，可采用濃漿封底；對于變形過大不能正常止?jié){的情況，可采用2～3min 間隙法注漿；若仍不能抑制變形，間隔1～2d后進行復灌。

（7）處治效果檢驗

采用鉆孔取芯復灌法對處治效果質量進行檢驗。注漿結束后，復灌孔的數量應按規(guī)定頻率隨機抽選，復灌孔采用1 次成孔1 次注漿法，注漿應滿足止?jié){標準，止?jié){后記錄復灌孔注漿量。復灌法驗收標準為復注孔注漿量小于鄰近注漿孔平均注漿量的25%，否則應進行補灌，每一處處理工點至少1個復灌檢測孔。當注漿孔數大于50 個時，復灌檢測孔數不少于4 個。同時可以根據要求增加面波檢測，通過填筑體注漿施工前后面波檢測結果，對注漿施工質量進行綜合判斷。

（8）監(jiān)測數據要求

連續(xù)兩個月觀測的沉降量每月不超過5mm，即認為路堤已經穩(wěn)定。

4 結論

山區(qū)高度公路建設不可避免地面臨高填路堤工點，高路堤處治不當會造成路面沉降變形、路面縱橫向開裂、路堤整體失穩(wěn)等病害，威脅行車舒適性和安全性。通過對重慶山區(qū)某高路堤的地形地質條件、變形特征和處治設計等的分析認為：

（1）該段高路堤第一級邊坡不均勻沉降變形主要因錐坡壓實度不足造成其對路堤主體側向約束不夠而引起，路堤不存在整體圓弧滑動的情形。

（2）路面和中央分隔帶不均勻下沉，產生裂縫，致使暴雨季節(jié)超高段和中央分割帶雨水下滲，進一步促進了變形的發(fā)展。

（3）高速公路開通后，車輛特別是重車的反壓碾壓，產生的動荷載使得不均勻沉降進一步加劇。

（4）結合高速公路通車實際情況，采用坡面注漿+封閉中分帶、鉆孔排水+加鋪瀝青路面的處治方案對沉降變形進行處治。研究認為，控制注漿工藝和加強質量檢測是保證處治效果的關鍵。