北方黄土地区高速公路运营期路面沉陷分析及处理

王 颖

(辽宁省交通规划设计院)

项目位于北方黄土地区，路线全长275 km，于2008年年底建成通车，通车后有多处路段发生不同程度的路面沉陷病害。

1 沉陷统计

全线发现路线沉陷一共77 处。其中路面沉陷路段位于黄土地基段落共57 处，占总段落的74%，非黄土地基沉陷段落共20 处，占总段落的26%。

路面沉陷现象主要集中在冲沟以及填挖交界和构造物台后。路面沉陷现象位于冲沟路段55 处，占总量的71.4%，其中位于黄土冲沟路段43 处，位于非黄土冲沟路段12 处。路面沉陷现象位于填挖交界11 处，占总量的14.3%，路面沉陷现象位于构造物台后11 处，占总量的14.3%。

多数路面沉陷变形量在4 ～8 cm 之间;有3 处出现硬路肩下沉较大(10 ～16 cm)和掰裂现象。

2 沉陷原因分析

路面沉陷现象出现在主要集中在冲沟以及填挖交界和构造物台后，而且大部分出现在黄土地区。这些特殊部位的施工质量以及水的影响是引起沉陷现象的主要原因。而黄土对水的敏感性更为强烈，这也是路面沉陷多出现在黄土地区的原因之一。

经调查无论是在黄土区还是非黄土区，破坏严重的部位多位于原冲沟沟壁的位置，有较为明显的差异沉降。原设计对于冲沟的处理十分重视，要求对于迎水面采用浆砌片石护坡和设置隔水墙等防护措施;对于沟壁采用1:1 放坡后挖设台阶进行强夯处理，对黄土沟底重点进行了强夯或灰土桩处理。但在实际施工中，由于冲沟深度大、沟壁陡立，施工单位为方便施工，难以按照设计要求执行，特别是对于沟壁，多位于填挖结合部，常常处理不到位，而且填筑质量又难以保证，难以压实;加上开始运营以来冲沟及填挖结合部挖方段汇水影响，使得这些部位地基以及邻近填方边坡长期受水浸泡软化，局部处理不到位的黄土地基还可能产生湿陷，造成填方边坡松散塌肩及路面的沉陷。

行车道及硬路肩的沉陷也反映出路基坡脚受水影响程度增加。少量病害复发现象的存在，说明随着运营时间的延长，路基压实不足等施工质量问题仍会延续。

3 路面沉陷处理方案论证

3.1 运营期路面沉陷的主要处理方案比较论述

在高速公路建设期，处理地基沉陷问题的方案多、效果好，对黄土地基，可根据湿陷等级和所处部位采用挤密灰土桩、强夯、冲击碾、挖槽浸水等处理，对于路基填筑，可选择优良路基填料、采用强夯、冲击碾等加强压实，设置路基底部隔水垫层，设置纵横向盲渗沟等很多方式处理，达到减少路面沉陷的目的。但是，在高速公路运营期，受保证通车、维修时间短和社会影响大等因素影响，很多有效的处理措施难以实施，例如对于路基和地基产生问题造成的沉陷，一般不可能采用开槽处理地基和路基，因此处理的手段较少而且代价较大。在不挖除原有路基路面的基础上有效的加固路基和地基，由于路基路面的阻隔，一般用于后期处理的主要有压力灌浆和高压旋喷桩处理两种。

根据几年来对本项目沉陷治理的经验积累，并结合河北、山西及甘肃等省份黄土地区高速公路的治理经验，选取调查重点，分析沉陷原因，提出几种行之有效的运营期处理方案。

3.1.1 路面铣刨加铺处理

对于所有路面沉陷路段，为了保证通行服务水平，路面的铣刨加铺是必要的，但路面加铺是治标不治本的措施，一般应结合其他处理措施一同采用。对于由于路基填压不实或路面荷载造成的沉陷有效性较高。

3.1.2 排水防护措施治理水的影响

针对路基填料性质差，易水毁的特点，应及时恢复排水防护措施并适当增加引排水和隔水措施。对于路基边坡冲蚀毁坏的必须及时采用草筋土恢复边坡并采取一定排水防护措施保证边坡稳定;对于填挖交界急流槽、填挖方边沟和泄水槽急流槽等排水构造物冲毁凹陷脱空的，必须及时修复调坡和充填密实;对于冲沟、有沟渠路段积水发生的，应及时设置排水沟或改沟等引排设施防止路基部位积水，设置隔水墙、灰土垫层及浆砌护坡等防水。针对病害原因采用合理排水防护措施是治理和预防路面沉陷最为经济的措施。

3.1.3 压力注浆处理路基

压力注浆主要处理路基引起的路面沉陷问题，如路基填压不实、搭板下脱空以及冻胀引起的开裂隆起等。需要注意的是注浆不是对于所有的路基填料均适用，压力灌浆如采用常规的水泥浆难以灌入0.2 mm 的缝隙内，工程效果受填料的影响较大。对于粘土粉土含量高的路基填料可改为采用高压旋喷桩处理。

3.1.4 高压旋喷桩处理路基和地基

高压旋喷桩以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。高压旋喷桩的成桩后状况与水泥湿喷桩类似，均是形成水泥土桩体，只是旋喷桩通过高压喷射破坏土体成桩，湿喷桩通过叶片搅拌土体成桩，水泥搅拌桩的处理深度较小(15 m 以内)，而旋喷桩一般可达30 m 以上。经实践，高压旋喷桩处理地基和路基效果良好，但造价较高，一般建议对于沉陷较严重的黄土地基路段采用。

3.2 本项目路面沉陷治理方案论述

处理方案的选用应综合考虑、动态观测、被动选用。因为如果采用压力注浆、高压旋喷桩或开挖路面采用其他复合桩体，能解决已发生路段的大多数沉陷问题，但社会影响大、工程费用高，况且黄土地区的沉陷具有突发性和偶然性，也不能预见其它路段何时沉陷。建议的处理原则是首先评定沉陷病害的严重程度，对于严重和较严重坚持重点分析原因，如果需要则增加深部处理，对于一般沉陷逐一分析持续观测，先加铺处理保证通行安全，如果处理后仍产生较大沉降的个别路段再重点分析，如果需要则深部处理。对于沉陷轻微的应持续观测，待雨季过后再根据情况是否需要处理。对于存在水毁的路段无论沉陷病害严重程度均应尽快处理。

养护预防措施:针对全线的排水措施和路缘石应进行定期调查维修，防止雨季来临后产生更多路段的沉陷。加铺或未加铺的路段均应检查修整土路肩和中分带的路缘石，加铺容易造成缘石下沉，必须及时上抬至设计高度，不能由集中排水变成散排，防止水分渗漏。对于泄水槽病害必须及时处理，防止水分沿土路肩和边坡渗透入路基中，造成更多的沉陷病害。

3.3 路面沉陷严重路段治理方案

3.3.1 管理桩号K462 +100 左侧(设计桩号K311 +059)

情况简介:本路段为黄土冲沟且位于半填半挖路段，横坡陡，黄土地基为非自重Ⅱ级，强夯处理。右侧为5 m 深的挖方，挖方坡顶有黄土冲沟接边坡急流槽直冲边沟，2010年右侧路堑边沟严重沉陷，行车道及硬路肩较严重沉陷。2010年对右侧行车道及硬路肩进行旋喷桩处理，路面进行加铺处理并对凹陷边沟调整纵坡，沟壁用混凝土封闭，防止凹陷边沟积水。经过以上措施处理，到目前右侧路面未沉陷，状况良好。左侧为冲沟高填方路段，且位于填挖方交界，大桩号的挖方路界水冲刷填方边坡，填方坡脚位于冲沟沟头。2010年桥台左半幅管理桩号K462 +050 ～085 路基有7 cm 的沉陷，在行车道及硬路肩打设旋喷桩结合路面加铺处理，目前未沉陷，说明旋喷桩处理效果好。本次沉陷范围为K462 +100 ～123 左侧，从行车道向硬路肩出现环形裂缝，硬路肩沉陷深度10 cm。

原因分析:目前沉陷部位发生填挖交界处，急流槽和边坡泄水槽已破损，填方边坡也多处被水流冲成沟，加铺路面已与路缘石齐平，导致路面水散排，边坡及路面汇水对路基边坡和坡脚的浸泡冲刷，导致边坡松软塌腰，牵引路面开裂。

拟处理措施:对于行车道硬路肩、边坡至边沟进行旋喷桩深部处理，修整填挖交界急流槽和边坡泄水槽防渗漏，抬高路缘石恢复为集中排水。

3.3.2 管理桩号K463 +940 左右侧(设计桩号K312 +899)

情况简介:本路段位于非自重Ⅱ级黄土冲沟路段，右侧同时为填挖交界处。目前沉陷深度16 cm，硬路肩最为严重，横向延伸至左幅路基超车道位置。

原因分析:通车两年后首次发生的右幅路基沉陷且沉陷量较大，说明路基受右侧冲沟及填挖交界急流槽水流的长期影响，导致黄土地基局部湿陷，体现为右幅外侧沉陷多，左幅小。处理关键一是防止冲沟及挖方段汇水对右幅路基的浸泡冲刷，二是对黄土地基进行处理。

拟处理措施:首先在右幅路基坡脚设置隔水墙，将直冲路基的冲沟沿右侧坡脚外进行改沟排入大桩号侧的暗板桥中，对沉陷的路面及边坡进行旋喷桩处理，处理深度应达到湿陷性黄土地基底部。最后进行路面加铺。

4 结束语

高速公路运营期处理路面沉陷的工作是长期的和艰巨的，需要不断总结经验，形成成套的理论和对策，按照发生原因尽量加以预防，将沉陷的危害降到较低水平，同时以较低的经济付出取得较理想的治理效果。