作者簡介：吳 勇（1988—），碩士，工程師，研究方向：路基路面工程。

摘要：為處治穿越紅黏土地區(qū)填方路基路面病害，文章以吳隆高速公路K45+080～K45+400段為例，從填土材料特殊工程性質(zhì)、環(huán)境水影響、天然地基土特征等方面，分析了路面開裂及路基損壞原因；通過計算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，結(jié)合日常監(jiān)測數(shù)據(jù)，判定該邊坡位移速率處于黃色預(yù)警范圍；基于路基病害機理及演化分析，采用路面注漿技術(shù)和護面墻防護進行處治，并加強了防排水處理。工后監(jiān)測表明，路面裂縫封閉效果和路基邊坡穩(wěn)定性得到了有效提高。

關(guān)鍵詞：紅黏土；填方路基；病害分析；邊坡穩(wěn)定性；處治技術(shù)

中圖分類號：U418.5

0 引言

高速公路的建設(shè)加快了我國交通運輸網(wǎng)格化布局進程，推動了國內(nèi)各地區(qū)的物流運輸及經(jīng)濟發(fā)展。但同時在高速公路運營期內(nèi)也產(chǎn)生了一些工程病害，主要是路面開裂、沉降、路基邊坡塌方等問題，嚴重影響了行車人員安全，造成了一定的經(jīng)濟損失和環(huán)境破壞^［1］。對于高速公路病害原因分析及處治，研究者進行了一些相關(guān)研究。梁志光^［2］總結(jié)了高速公路路基路面常見病害特征，分析了病害形成原因，提出了預(yù)防養(yǎng)護和病害處置技術(shù)防治措施。張華等^［3］通過分析四川高速公路典型路基病害原因，提出了微型鋼管群樁加固處治方案。馬磊^［4］通過分析高聚物注漿技術(shù)原理及材料性能，并對高速公路路面深層病害進行技術(shù)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用處治效果。本文以吳隆高速公路K45+080～K45+400填方路基段存在的病害及處治工程為例，在考慮了紅黏土的特殊工程性質(zhì)后，對路面和路基進行了重新處治設(shè)計。

1 工程概況

1.1 基本情況

吳隆高速公路K45+080～K45+400填方路基段為雙向三車道。該段路基最大填高為16.4 m，公路寬度約為28 m，形成了坡度分別為1∶1.75、1∶1.5的兩級路基邊坡。填方主體為取自該項目南北端邊坡工程的填方土體，屬紅黏土摻入了少許礫石。該段路基縱向坡率較小，路段防排水設(shè)施主要有邊緣排水溝、路基底部涵洞和一處填方深層泄水孔。

1.2 主要病害情況

路基邊坡坡頂路面出現(xiàn)裂縫，裂縫處有少許沉陷，拱形骨架、混凝土護面未能對坡面上全部填土進行有效側(cè)向位移約束，填土在雨季易受沖刷侵蝕，并被地表徑流搬運至高程較低處。因此，邊坡上主要的變形跡象是填土向邊坡臺階、坡腳聚集。

路面病害發(fā)育階段主要經(jīng)歷了裂縫初見和裂縫擴展兩個階段。裂縫初見階段主要分布于上行線K45+130～K45+390路基段和下行線K45+350～K45+400路基段，位于超車道右側(cè)0.5～2.0 m，裂縫寬度為1～5 mm，長度為50～260 m；裂縫擴展階段裂縫沿平行線路方向擴展，其中上行線在平面上擴展不明顯，下行線擴展至K45+300～K45+420路段。封堵材料由于與路基結(jié)構(gòu)層的協(xié)調(diào)變形，表面不平整，呈二次裂開的跡象和輕微下凹的微觀形態(tài)。裂縫在宏觀平面上呈直線形，符合剪切破裂的普遍規(guī)律，但在微觀上呈鋸齒狀，起伏度大，符合張開破裂的普遍規(guī)律。

2 工程地質(zhì)情況

2.1 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭示及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，場地內(nèi)地層主要有第四系新近人工堆積層（Q^ml）、第四系沖洪積層（Q^al+pl）、第四系殘積層（Q^el）和第四系殘坡積層（Q^el+dl）和泥盆系中統(tǒng)東崗嶺基巖（D₂d）。其中第四系新近人工堆積層（Q^ml）主要成分是紅黏土夾礫石，礫石含量＜10%，該層主要分布于吳隆高速公路路基范圍內(nèi)，具中等壓縮性。第四系沖洪積層（Q^al+pl）局部含少許圓礫。第四系殘積層（Q^el）土質(zhì)均勻，韌性低，具中等～高壓縮性。第四系殘坡積層（Q^el+dl）土質(zhì)不均勻，含少量強風(fēng)化碎塊。泥盆系中統(tǒng)東崗嶺階基巖（D₂d）巖質(zhì)較硬，薄～中厚層狀構(gòu)造，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，少數(shù)鉆孔揭示溶洞，鉆孔揭示洞徑為0.50～2.80 m，無充填或充填軟～可塑狀黏性土。

2.2 土性試驗

鉆探選取該段填方路基具有代表性的土樣，按照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG 3430-2020）^［5］進行室內(nèi)土工試驗，測定其物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如下頁表1所示。

3 病害機理及演化分析

3.1 填料特殊性質(zhì)

根據(jù)表1計算可知，素填土液塑比Ir平均值為1.868，界限液塑比Ir＇平均值為1.895，Irlt;Ir＇。按照《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T45-066-2018）^［6］，素填土屬Ⅱ類紅黏土，失水收縮后復(fù)浸水膨脹，不能恢復(fù)到原位，脹縮循環(huán)呈現(xiàn)縮勢。紅黏土作填料不易壓實且壓實穩(wěn)定時間長，水的浸泡和干濕循環(huán)作用會使素填土的收縮變形逐次積累而加速崩解。

3.2 環(huán)境水工程影響

勘察區(qū)含兩層地下水，分別是賦存于素填土中的上層滯水和賦存于中風(fēng)化灰?guī)r中的巖溶裂隙水。上層滯水水量較小，屬填土層孔隙內(nèi)的重力水，呈不連續(xù)條帶狀分布，水位隨氣象條件、季節(jié)動態(tài)變化大。該層地下水不易排出，可促進填土中的黏土礦物、水的相互作用，進而造成土層軟化，產(chǎn)生附加下沉和側(cè)向變形。中風(fēng)化基巖的上覆巖土層為粉質(zhì)黏土，因巖溶裂隙水具弱承壓性，對粉質(zhì)黏土形成浮托作用，粉質(zhì)黏土因此具備更高的含水率。地表水、地下水在病害路段的情況如圖1所示。

3.3 天然地基土特征

該段路基的天然地基巖土層為粉質(zhì)黏土（Q^al+pl）與粉質(zhì)黏土（Q^el），兩者均有特殊性。根據(jù)表1計算結(jié)果可知，粉質(zhì)黏土（Q^al+pl）液塑比為1.925，大于界限液塑比1.895，屬Ⅰ類紅黏土，失水收縮后復(fù)浸水膨脹，能恢復(fù)到原位。粉質(zhì)黏土（Q^el）天然含水率為67%大于液限62%，天然孔隙比為1.337≥1.0，具中等～高壓縮性，屬軟土、天然地基的相對軟弱下臥層。根據(jù)原位測試，粉質(zhì)黏土（Q^al+pl）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N=7～20，屬中硬土，該段路基不屬高填、陡坡路基，按地區(qū)工程經(jīng)驗路基填筑加載后，粉質(zhì)黏土（Q^al+pl）層中不至于產(chǎn)生顯著變形和失穩(wěn)。粉質(zhì)黏土（Q^el）因具中等～高壓縮性，排水條件差，路基填筑形成的附加荷載易誘發(fā)其附加固結(jié)，進而出現(xiàn)下沉變形。

3.4 變形演化機理

填方路基變形乃至潛在的失穩(wěn)破壞主要包含微觀和宏觀兩方面的演化機理。微觀上，紅黏土和其中的粗顆粒在長期內(nèi)外地質(zhì)營力的作用形成了相對“嵌鎖”的土體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)性被破壞后用作填土?xí)r，通常難以壓實到原始結(jié)構(gòu)狀態(tài)，如圖2所示。因此，紅黏土極易在填筑完成后的項目運營期間形成附加沉降，不宜用作路基填料。宏觀上，病害主要體現(xiàn)于路面結(jié)構(gòu)層上的裂縫、路基邊坡上剛性構(gòu)筑物的破裂、堤腳的剪出變形等。

高速公路填筑工程破壞了天然溶蝕谷地的地表水和地下水的補、徑、排平衡，而人工修建的地表水和地下水排水等調(diào)節(jié)設(shè)施，均出現(xiàn)了不同程度的淤塞問題，導(dǎo)致以紅黏土為填料的路基填土局部地段匯集地下水，強度逐漸降低，出現(xiàn)下沉變形；再加上天然地基土下臥軟弱的粉質(zhì)黏土（Q^el）層，隨著巖溶水位升降的影響，在上覆荷載作用下也出現(xiàn)下沉變形。上述兩類下沉變形累積到一定程度時，就會產(chǎn)生側(cè)向滑移變形。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定計算分析

基于上述工程病害特點及機理分析，路基穩(wěn)定性主要受控于路基邊坡穩(wěn)定性，現(xiàn)通過理正巖土軟件計算邊坡穩(wěn)定性。以填方厚度最大的K45+290斷面的安全系數(shù)為驗算目標(biāo)，巖土層各力學(xué)參數(shù)取值綜合原位測試成果、室內(nèi)試驗結(jié)果和工程經(jīng)驗，并結(jié)合規(guī)范和機理分析進行修正確定，有關(guān)參數(shù)見表2。

根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）^［7］中表5.2.3規(guī)定，結(jié)合道路滑坡防治等級為Ⅰ級確定，正常工況下，穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)≥1.20，非正常工況Ⅰ（自重+暴雨）條件下穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)≥1.10。經(jīng)過計算，路基邊坡在正常工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.281＞1.20，均較穩(wěn)定；非正常工況Ⅰ條件下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.117＜1.20，路基邊坡欠穩(wěn)定。

4.2 監(jiān)測驗證分析

基于病害路段病害機理分析與穩(wěn)定性評價，結(jié)合1～4期監(jiān)測日報，可得出如下結(jié)論：（1）勘察外業(yè)完成至2022-06-30期間，并無明顯的側(cè)向滑移變形跡向，地表變形主要以下沉變形為主，當(dāng)?shù)乇碜冃卫鄯e到14.05 mm時，出現(xiàn)側(cè)向滑移；（2）按軟件搜索的已知最危險滑動面對應(yīng)的安全系數(shù)，路基邊坡目前基本穩(wěn)定，但是在非正常工況Ⅰ時不滿足規(guī)范要求的安全儲備。

根據(jù)第1～4期監(jiān)測日報顯示，邊坡位移速率達到黃色警示級，說明該段路基的變形仍在持續(xù)發(fā)展中，若任由裂縫、塑性區(qū)擴展，潛在滑面處的土體強度可能全部降低至屈服強度，在極端天氣和路面荷載的聯(lián)合作用下將逐漸趨于破壞，須做好針對性防護。

5 處治設(shè)計及效果分析

針對勘察區(qū)路段病害機理分析和穩(wěn)定性驗算，為確保路基邊坡穩(wěn)定和路面行車安全，對病害路段進行處治設(shè)計。

5.1 路面注漿

路面注漿范圍主要位于上行線K45+290～K45+360段路基（右幅主線），按梅花形布置，縱、橫間距為2.0 m。注漿孔采用干作業(yè)法成孔，孔徑為90 mm，鉆孔角度與水平面垂直，孔深控制在基巖面附近。其中純水泥漿采用P.C42.5復(fù)合硅酸鹽水泥，設(shè)計水灰比為1∶（1～1.2），摻入水玻璃質(zhì)量占水泥質(zhì)量為3%～5%，自下而上進行，速率為8～15 L/min，注漿壓力為0.3～0.5 MPa。施工順序由兩端往中間注漿，同時采用隔孔灌注水泥漿施工。

5.2 護面墻防護

路基邊坡坡面防護范圍主要位于K45+080～K45+400段路基右側(cè)，兩級坡體均采用護面墻進行防護。護面墻肋墻采用變截面方式，墻面及墻背坡率按邊坡坡率分別增減1/20。墻高3lt;Hlt;6 m時，墻背設(shè)一耳墻；當(dāng)Hgt;6 m時，墻背設(shè)2個耳墻，耳墻底寬為50 cm。墻背超挖部分采用混凝土回填，沿墻身長度每隔10～15 m設(shè)置2 cm寬伸縮縫（沉降縫）一道，用瀝青麻絮填塞，深入10～20 cm。同時，在護面墻內(nèi)開窗，窗內(nèi)植草灌，碎落臺和平臺上2～3 m間距種植灌木、爬墻虎等植物。護面墻立面及斷面布置見圖3。

5.3 處治效果分析

經(jīng)過重新處治施工后，路面裂縫填充效果較好，表層封閉性完整，坡體內(nèi)的裂縫得到有效粘結(jié)；護面墻的施工有效增強了路基邊坡的穩(wěn)定性。結(jié)合施工后期的監(jiān)測結(jié)果可知，處治后的坡體整體穩(wěn)定性較好，表明了處治設(shè)計方案的合理性。

6 結(jié)語

通過對吳隆高速公路K45+080～K45+400填方路基段病害進行原因分析及處治研究，得出如下結(jié)論：

（1）對穿越紅黏土地區(qū)的高速公路填方工程，在前期勘察設(shè)計時應(yīng)充分考慮其周邊的地質(zhì)情況和氣候條件，通過室內(nèi)外試驗測試，確定紅黏土特殊工程性質(zhì)后，針對不同工程地段部位需確定具體的設(shè)計方案。

（2）應(yīng)該重視環(huán)境水對紅黏土工程性質(zhì)的影響，做好路基和路基涵洞積水的疏排，避免地表水匯聚對路基坡腳的浸泡軟化，進一步加劇路基下沉開裂。

（3）采用注漿技術(shù)對已開裂的路面進行注漿處治，并對路基坡面進行護面墻防護，同時加強防排水處理措施，處治后的路基坡體整體穩(wěn)定性得到了有效提高，治理效果較好，提升了坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和行車人員的安全。

參考文獻

［1］龐皓杰.高速公路滑坡治理及邊坡預(yù)加固分析［J］.西部交通科技，2022，181（8）： 75-77.

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［3］張 華，游 宏，黃晚清.微型鋼管群樁在四川高速公路運營期路基病害處治中的應(yīng)用實例［J］.公路，2020，65（2）： 272-278.

［4］馬 磊.高聚物注漿技術(shù)在高速公路路面深層病害處治中的應(yīng)用研究［J］.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（26）： 100-103.

［5］JTG 3430-2020，公路土工試驗規(guī)程［S］.

［6］DBJ/T45-066-2018，廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［7］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范［S］.

收稿日期：2023-04-18