李云

（中鐵長(zhǎng)江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 400000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)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(biāo)限制均使得高速公路路線區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較多的高填路堤和深挖路塹[1]。設(shè)計(jì)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(dá)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(chǎn)生過(guò)量沉降及不均勻沉降時(shí)，應(yīng)劃入高路堤，并逐工點(diǎn)勘察設(shè)計(jì)[3]。高路堤若處治不當(dāng)會(huì)造成路面沉降變形、路面縱橫向開(kāi)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(shù)值模擬的方法探討了填方高度、基土壓實(shí)度和填筑材料對(duì)高填方路堤沉降的影響；蔡業(yè)青等[6]采用鋼花管注漿對(duì)部分沉降開(kāi)裂的高路堤進(jìn)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(jié)合該高速公路通車情況提出相應(yīng)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(shè)計(jì)寬度為24.50m，最大填方高度約22.0m，工點(diǎn)起點(diǎn)接填挖交界，終點(diǎn)接路肩擋土墻，擋土墻外側(cè)采用錐坡進(jìn)行銜接。設(shè)計(jì)處理措施為：對(duì)地基土進(jìn)行挖除換填，對(duì)路堤采用間距4m一層1000kN·m 普夯進(jìn)行處理，在路面以下1.5m 處，設(shè)置3層間距為0.6m的鋼塑土工格柵，坡面防護(hù)采用拱形骨架。路面結(jié)構(gòu)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(zhì)條件概況

高填路堤工點(diǎn)區(qū)為構(gòu)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(duì)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(zhì)黏土，最大厚度約2.5m，呈軟～可塑狀，兩側(cè)溝壁為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）泥巖、砂巖，巖層產(chǎn)狀近水平。地震動(dòng)峰值加速度0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s，相應(yīng)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(fēng)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(cè)路肩處位移為18cm，尚未超過(guò)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(cè)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(hù)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(hù)欄沉降變形

填方邊坡高22m，第一級(jí)邊坡坡比1∶1.5，坡高8m，平臺(tái)寬2m；第二級(jí)邊坡坡比1∶1.75，坡高12m，坡腳采用3m 高護(hù)腳，埋入地下1.0m。第一級(jí)邊坡中下部骨架開(kāi)裂錯(cuò)動(dòng)，骨架底梁發(fā)生剪切裂縫，縫寬約0.5～1.5cm，延伸長(zhǎng)度1.5～2.0m（如圖2 所示）；第一級(jí)平臺(tái)近錐坡處，發(fā)生局部爆皮開(kāi)裂；錐坡與擋墻銜接處，裂縫開(kāi)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(jiàn)錐坡坡面漿砌片石豎向貫通性裂縫。第二級(jí)邊坡拱形骨架未見(jiàn)裂縫等變形，第二級(jí)邊坡平臺(tái)及坡腳護(hù)腳墻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)推移變形等現(xiàn)象。

圖2 第一級(jí)平臺(tái)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(jí)邊坡和錐坡等部位，第二級(jí)邊坡及坡腳擋墻等完好，路面未發(fā)生明顯的下錯(cuò)開(kāi)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(duì)其進(jìn)行了處理。綜合地形地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)物的銜接和變形特征等分析認(rèn)為：

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

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

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

3 處治設(shè)計(jì)及施工工藝要求

3.1 處治措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果和分析，結(jié)合高速公路已經(jīng)通車的實(shí)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(jìn)一步發(fā)展，對(duì)錐坡、第一級(jí)邊坡和第一級(jí)平面采用鋼花管注漿處理。錐坡區(qū)域和第一級(jí)邊坡區(qū)域，采用長(zhǎng)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(jí)平臺(tái)范圍內(nèi)，采用長(zhǎng)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(shè)計(jì)。對(duì)中央分隔帶采用隔水土工膜+2cm 厚水泥砂漿進(jìn)行封閉；對(duì)超高段縱向集水槽拉裂縫采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行填塞，封閉失效的橫向排水管，路肩側(cè)按間隔30cm進(jìn)行橫向鉆孔，重新安設(shè)橫向排水管。

（3）路面恢復(fù)。夜晚凌晨至次日早上，對(duì)沉降的路面進(jìn)行銑刨，按原設(shè)計(jì)標(biāo)高加鋪瀝青。

（4）監(jiān)測(cè)措施。對(duì)中分帶、路肩、一級(jí)平臺(tái)和錐坡處安設(shè)GNSS 變形監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)處治效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(zhì)量和漿液量的重要參數(shù)。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(shè)壓力表，最大標(biāo)值不宜大于1.5MPa。注漿壓力以孔口壓力表指針擺動(dòng)中值為準(zhǔn)，誤差不得超過(guò)5%。

3.2.2 漿液配置

（1）注漿液攪拌

注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應(yīng)在初凝前用完，并嚴(yán)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(wǎng)進(jìn)行過(guò)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(zhì)量品質(zhì)應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；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(jī)懸浮質(zhì)水及其他對(duì)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(shí)分兩次壓力注漿，第一次注漿后4～6h 后進(jìn)行第二次注漿，注漿均帶壓注漿，注漿時(shí)采用如下工裝進(jìn)行加壓、保壓，鋼管與封堵時(shí)埋設(shè)鋼管直徑相同，使用時(shí)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(cè)

注漿施工過(guò)程中，須派專人巡視護(hù)腳、觀察和記錄其位置狀況，同時(shí)對(duì)竄冒漿情況進(jìn)行觀測(cè)和記錄，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，要及時(shí)采用封堵、減壓、濃漿、間隙法注漿等措施進(jìn)行處理。如遇塌孔嚴(yán)重時(shí)，可采用花管注漿法或其他不嚴(yán)重影響注漿質(zhì)量的方法。注漿孔鉆孔施工過(guò)程中，應(yīng)有針對(duì)性地選取不少于3孔進(jìn)行取芯鉆進(jìn)，并對(duì)填料的土體性質(zhì)進(jìn)行記錄。對(duì)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(yīng)進(jìn)行記錄和描述。

（5）止?jié){

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

（6）特殊情況處理

對(duì)于孔底漏漿嚴(yán)重的情況，可采用濃漿封底；對(duì)于變形過(guò)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(jìn)行復(fù)灌。

（7）處治效果檢驗(yàn)

采用鉆孔取芯復(fù)灌法對(duì)處治效果質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。注漿結(jié)束后，復(fù)灌孔的數(shù)量應(yīng)按規(guī)定頻率隨機(jī)抽選，復(fù)灌孔采用1 次成孔1 次注漿法，注漿應(yīng)滿足止?jié){標(biāo)準(zhǔn)，止?jié){后記錄復(fù)灌孔注漿量。復(fù)灌法驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為復(fù)注孔注漿量小于鄰近注漿孔平均注漿量的25%，否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)灌，每一處處理工點(diǎn)至少1個(gè)復(fù)灌檢測(cè)孔。當(dāng)注漿孔數(shù)大于50 個(gè)時(shí)，復(fù)灌檢測(cè)孔數(shù)不少于4 個(gè)。同時(shí)可以根據(jù)要求增加面波檢測(cè)，通過(guò)填筑體注漿施工前后面波檢測(cè)結(jié)果，對(duì)注漿施工質(zhì)量進(jìn)行綜合判斷。

（8）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要求

連續(xù)兩個(gè)月觀測(cè)的沉降量每月不超過(guò)5mm，即認(rèn)為路堤已經(jīng)穩(wěn)定。

4 結(jié)論

山區(qū)高度公路建設(shè)不可避免地面臨高填路堤工點(diǎn)，高路堤處治不當(dāng)會(huì)造成路面沉降變形、路面縱橫向開(kāi)裂、路堤整體失穩(wěn)等病害，威脅行車舒適性和安全性。通過(guò)對(duì)重慶山區(qū)某高路堤的地形地質(zhì)條件、變形特征和處治設(shè)計(jì)等的分析認(rèn)為：

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

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

（3）高速公路開(kāi)通后，車輛特別是重車的反壓碾壓，產(chǎn)生的動(dòng)荷載使得不均勻沉降進(jìn)一步加劇。

（4）結(jié)合高速公路通車實(shí)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(duì)沉降變形進(jìn)行處治。研究認(rèn)為，控制注漿工藝和加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)是保證處治效果的關(guān)鍵。