某高速公路路基纵向裂缝成因分析及处理方案

何颖川

(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司)

某高速公路路基纵向裂缝成因分析及处理方案

何颖川

(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司)

某高速公路半填半挖路段为软土地基，不合理的软基处理方案造成差异沉降的产生，导致60 m范围的路基产生纵向裂缝，经方案比选后，采用管桩复合地基处理方案，经工程实践表明，处理方案可行。

高速公路;纵向裂缝;差异沉降;成因;处理方案

1 工程的地形地质概况

某高速公路K32+560～K32+620路段路基设计宽度为26 m，为半填半挖路段，左侧填方的填土高度为4.6 m，左幅为水田耕地，右幅为山丘，根据地质钻探资料显示，该路段左幅路基范围存在厚度不均匀的淤泥层，软土层底向路基左侧倾斜，坡脚处软土厚度约为12.0 m，路基中部软土厚度为2.9 m;软土物理力学性质:软土淤泥天然含水量为56.9% ～59.8%，压缩系数1.40 MPa-1，压缩模量 1.75 MPa，直接快剪剪切指标 C=9.9 kPa，=5.3 度，固结快剪剪切指标 C=14.8 kPa，=8.8 度，空隙比为1.5 ～1.7。固结系数 Cv为8.7 ×10-4cm2/s，渗透系数 Kv为4.3 ×10-6cm/s。

2 设计过程及施工情况

在施工图设计阶段，由于缺乏地质钻探资料，故该路段未采取软基处理措施，仅描述为根据施工补勘资料进一步明确是否需要进行软基处理以及所采用的软基处理方案。经在K32+576路基横断面进行地质补钻，发现有倾斜软基后，补充了软基处理方案。根据补勘资料，软基基底横坡为1∶2.8。

图1 软基处理示意图

处理方案分别提出了袋装砂井、水泥搅拌桩以及管桩三种方案。由于项目工期较长，基于用时间换金钱的思路，在保证路基稳定性的前提下，采用袋装砂井+砂垫层+等载预压处理方案。袋装砂井正三角形布置，间距1.1 m，单根长度14 m，砂垫层厚度为0.6 m，铺设一层土工格栅，等载预压。经计算，路堤和地基的整体稳定性分析中采用推算的实际固结度的固结快剪指标，其稳定安全系数为1.41，满足路基设计规范要求。由沉降计算结果得到，预计总沉降量达1.6 m，在预压期末，软土固结度达85%，预计工后沉降小于30 cm，满足规范要求。

自2007年9月到2008年11月，施工单位严格按照标准控制填土速率，路基土填筑缓慢。

3 路基纵向裂缝的产生

2008年11月，该段路基尚在欠载预压阶段，距等载预压填土高尚有1.05 m填土高。现场在路基监测的作业期间发现路基多处纵向裂缝，走向大体一致，最大宽度约为4 cm。

路基纵向裂缝产生的信息报告后，引起施工、监理、业主及设计等单位的高度重视，各方技术人员及有关专家深入现场进行了仔细的勘踏，现场对K32+568路基横断面进行地质补钻，比照K32+576地质横断面，进一步摸清地质情况。由补勘资料可以看出，原地面坡脚附近的软基基底变陡，软基基底横坡达 1∶1.5。

图2 路基横断面示意图

对路堤和地基的整体稳定性采用简化Bishop法采用推算的实际固结度的固结快剪指标进行计算，其稳定安全系数为1.32;对路堤沿倾斜基底滑动的稳定性采用不平衡推力法进行计算，其稳定安全系数仅为1.15;路基稳定性不满足规范要求。考虑到路基侧向位移及沉降速率均在监控范围内，有关专家及技术人员经研究讨论，决定增设路基监测断面，加强监测。

从监测数据来看，至2009年2月，路基沉降及侧向位移并未出现收敛的趋势，而路基纵向裂缝则有贯通发展的趋势，最大宽度约为9 cm。尽管侧向位移及沉降速率均在监控范围内，但鉴于雨季即将来临，有关专家及技术人员经研究分析，果断决定对裂缝路段采取治理措施。

4 路基纵向裂缝产生的原因分析

该路段半填半挖路段，而且软土横向为倾斜分布，路基基底为左软右硬。从监测数据可以看出，路基最大累计沉降量已达767.0 mm。而处于挖方段的右幅路基，不发生沉降。由于路基的沉降主要是由软基的主固结引起的，所以左右路基之间就发生了高度为767.0 mm的错动，其之间的路基土不能适应如此过大的变形，导致纵向裂缝的产生。半软半硬的地质条件以及采用沉降量大的软基处理方法造成了差异沉降的产生，差异沉降是路基裂缝产生的最直接的原因。

软基固结沉降，一般伴随的有强度的增长。对于均匀沉降的路基来说，固结沉降的产生，令强度增加，有利于路基的稳定性。但是对于半填半挖路基来说，软基固结沉降的却未必有利于路基的稳定性。这是因为软基固结在半填半挖路段表现为差异沉降，使左右路基之间发生错动，严重时使路基土发生剪切破坏，形成纵向裂缝，削弱了填方抗滑动能力，若固结带来的地基土强度增长的抗滑能力增加效果，小于差异沉降引起的抗滑能力削弱效果，此时的软基固结沉降则不利于路基的稳定性。虽然从监测数据看来，侧向位移及沉降速率均在监控范围内，但由于路基沉降及侧向位移并未出现收敛的趋势，说明差异沉降将进一步加大，裂缝也将会继续加大，具有潜在不稳定的因素存在。路基裂缝的出现以及发展往往是发生路基失稳滑塌事故的先兆。在软土地基填筑路堤，滑塌事故的发生并不鲜见。即将到来的雨季，必将使路基的稳定性受到严重影响，所以在雨季来临前，处置裂缝路段是必要的，果断做出对裂缝路段进行处置的决定是正确的。

5 路基裂缝处理方案

通过地质资料、监测数据的分析，在专家专题会议上提出了若干处理方案，通过技术、经济的比较进行选定。

5.1 处理方案的选择

方案一:反压护道

对原有填方裂缝区域范围内并向路基稳定部分扩宽2 m范围的路基土全部进行挖除，分台阶开挖，台阶宽度不小于1 m，清理深度至该范围砂垫层;路基左侧设反压护道，宽度为25 m，高度2.0 m，反压护道基底采用袋装砂井处理，其填土与路基土同时填筑。

方案二:左幅路基改为桥梁

对出现裂缝路段采用桥梁方案，即K32+520-K32+625路段左幅前后两座通道桥连为一体。

方案三:复合地基

对潜在滑动的区域范围内路基土方进行挖除，清理范围与方案一相同，挖除后对路基基底进行复合地基处理，复合地基方案选择，分别提出来水泥搅拌桩、C袖阀管注浆、FG桩以及管桩四种方案。水泥搅拌桩造价低，但成桩质量难以保证，桩身强度低，抗剪切能力弱，路基在在施工期间的计算沉降量达35 cm，路基差异沉降较大。CFG桩造价较低，但检测困难，成桩质量难以保证，且抗剪切能力较弱，路基在在施工期间的计算沉降量达25 cm，路基差异沉降较大。袖阀管注浆成桩质量较好，但是工艺较为复杂，造价较高，且抗剪切能力较弱，路基在在施工期间的计算沉降量达27 cm，路基差异沉降较大。管桩造价高，但由于是预制构件，桩身质量好，施工技术成熟，成桩质量有保证，路基在在施工期间的计算沉降量在15 cm以内，路基差异沉降小。因此选择管桩复合地基作为该路段软基的复合地基处理方案。管桩直径为40 cm，采用正三角形布置，间距为2.2 m，管桩顶设置托板，托板顶面铺设30 cm厚碎石褥垫层，碎石层的上下面分别设置钢塑土工格栅。

5.2 处理方案的比较

方案一:处理技术要求较为简单，安全可靠，而且能有效加快后续路基填筑的施工进度，处理费用少，但需补征地，且征地面积较大，相应征地费用较多。方案一增加的处理费用约125万。

方案二:方案技术成熟，安全可靠，不需要补征地，但方案需增加约560万处理费用，造价高，因此该方案只作为参考方案。

方案三:处理技术要求较为简单，管桩复合地基可有效减少沉降量，同时也无需进行补征地，但管桩处理的费用较高。方案三增加的处理费用约160万。

5.3 处理方案的确定

专家组在初期倾向于采用方案一，但是充分考虑了方案一反压平台及补征地所可能造成的社会不良影响后，通过对几种处理方案的进一步研讨论证、方案优化。最终确定采用基于方案三的优化方案:开挖深度至原地面标高以上1 m，左侧坡脚3排管桩按三角形布置，桩间距2.0m桩顶采用系梁连接，发挥约束侧向位移、提高抗滑能力的作用;坡脚以内的其余范围，同样采用管桩处理，按正方形布置，间距2.5 m，桩顶设托板，该区域的管桩处理起到减少沉降的作用。

6 处理效果

对该段软基采用管桩复合地基进行处理后，路基填筑严格按照标准进行填土速率控制，根据监测结果，未发生路基失稳报警。该路段目前已通车，路基使用情况良好。

7 结语

从该路段的裂缝产生的原因分析、处理方案比选以及处理效果来看，可以得出以下几点结论供参考:

(1)对于半填半挖的软基路段，软基通常具有基底倾斜、厚度不均的特点。路基经过半填半挖的软基路段，需要加强地质勘察，建议地质钻孔按照纵向20 m一个地质横断面进行加密布置，横断面布设3到4个孔，加密孔可以采用简易方法进行勘探，以了解原地面坡脚到路堤坡脚及其外侧的软土基底的空间分布及软土厚度的空间分布特性。

(2)对于基底倾斜路基的软基处理方案，应十分注重稳定性验算，需重视原地面坡脚附近的软基基底变陡的空间分布特点，对路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性分别进行计算。

(3)软基基底倾斜路基稳定性验算，必须以避免差异沉降发生作为前提，若预期发生差异沉降，稳定性计算应考虑对路基及地基的强度进行折减。

(4)对于半填半挖路基，差异沉降较为敏感，其软基处理方案不但要考虑工后沉降，而是首先考虑工前沉降的可接受程度，在半填半挖路段，软基设计方案应优先考虑减少沉降的处理方案，降低出现差异沉降而导致路基失稳的风险。

(5)采用排水固结方案进行半填半挖路段软基处理，可能产生差异沉降而形成裂缝，出现路基失稳情况，软基处理难以获得令人满意的效果。

(6)对于半填半挖路段软基采用管桩复合地基处理方案可行。

［1］公路路基设计规范(JTG D30-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

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2013-01-14