太旧高速公路路基变形病害处治

2014-01-12郭万林

山西交通科技 2014年5期

郭万林

（山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012）

太旧高速公路K417+455—K417+540段，属半填半挖路段，左幅路基以挖方为主，右幅路基为填方。2012年夏季以来，右幅填方段路面出现多条纵向沉降裂缝，主裂缝主要分布于K417+460—K417+485段的行车道，裂缝宽度2～3 cm，总体走向基本平行路线方向。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

本段北侧为白马河支流的东河河床及Ⅰ级阶地，南侧为黄土丘陵，表现为黄土梁、峁及冲沟，勘察区位于东河河床和黄土丘陵之间的斜坡地带。由于太旧高速公路施工，目前路基北侧为20 m左右的高路堤边坡，路基南侧由于挖方取土已形成一块小平地。地形为北低南高，海拔高程介于1 039.19～1 094.15 m，相对高差54.96 m。

1.2 地层岩性

根据地质调查、钻探揭露，勘察区出露地层为第四系下更新统泥河湾组（Q1n）、中更新统离石组（Q2l）及全新统选仁组（Q4x）。其中第四系下更新统泥河湾组（Q1n）为勘察区主要地层，岩性为淡红色、褐紫色亚黏土、黏土夹灰白色粉细砂层，沉积相属湖积环境，厚度大于40 m，分布于挖方路基及填方路基下部。

1.3 地质构造

勘察区位于沁水块坳最大的次级构造单元沾尚—武乡—阳城北北东向褶带的北部。该褶带是沁水块坳的主体，构造相对简单，由一系列不同级别褶皱组成的宽缓复式向斜，勘察区属黄土覆盖丘陵区，受构造影响不大。

1.4 地震烈度

根据GB18306—2001图A1《中国地震动峰值加速度区划图》，勘察区地震动峰值加速度为0.10，地震基本烈度为Ⅶ度。

1.5 水文地质

勘察区位于白马河支流东河南岸，东河属季节性河流，平时为上游工矿企业排出的生产、生活污水，汛期常造成洪涝灾害。钻孔揭示，该段路基内存在地下水，地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，含水层为粉细砂层，厚0.6～1.2 m，水位标高1 048.0～1 351.0 m，其补给来源为大气降水。地下水是引起路基沉降变形的主要原因。

2 路基变形原因分析

该段为半填半挖路基，左幅路基以挖方为主，右幅路基为填方，填方路堤坡高20 m左右，填土厚度12～15 m，填土以下原地面横坡坡度约1∶3，属陡坡路堤。根据钻探揭示，路基下9～12 m之间普遍夹有1～2层粉细砂，雨季丰水期间，受大气降水直接下渗及路基南侧山体地下水的侧向补给，形成地下水，使路基局部土体浸泡，软化，强度降低，因而引起路基沉降变形。

a）该段路基下存在含水层，雨季期间受大气降水直接下渗及路基南侧山体地下水的侧向补给，形成地下水，使路基局部土体软化，造成路基沉降变形。

b）受地下水的长期影响及河水的侵蚀、冲刷，可能造成路堤边坡连同软弱层沿填挖交界处的滑塌。

3 稳定性验算及推力计算

3.1 基本力系

滑坡推力计算时，在滑动面变坡点将滑体分成若干块，从最上一块起，逐块计算其剩余下滑力，最后一块的剩余下滑力就是整个滑坡的下滑力[1]。

图1 作用于滑体分块的基本力系

式中：En为第n个条块的剩余下滑力，kN/m；Tn为第n 个条块 Gn的切线下滑力，kN/m，Tn=Gnsinαn；Nn为第 n 个条块 Gn的法线分力，kN/m，Gn=Gncosαn；αn，αn-1为第n、（n-1）个条块所在折线段滑面的倾角，（°）；φn为第n个条块滑面上的内摩擦角，（°）；cn为第n个条块滑面上的单位黏聚力，kPa；Ln为第n个条块分段的长度，m；En-1为第（n-1）个条块传递下来的剩余下滑力，kN/m。

3.2 计算参数的选择

滑动面抗剪强度参数的准确取值直接影响边坡计算、分析的可靠性。根据路基变形情况，共布设4处钻孔，分别位于K417+495和K417+462断面，选择这两个断面，假定c值反算φ值，再采用工程类比法参考类似滑坡滑面土的抗剪强度，综合确定该滑坡滑面的c、φ值。

根据滑坡变形情况，设定Ks=1.0时的稳定状态与目前滑坡状态基本一致，即下滑力为零，滑带土为可塑粉质黏土，假设c=5 kPa，利用公式（1），反算得φ=7.5°。

根据室内土工试验结果，结合滑坡区上部物质组成特点，取土体的天然重度平均值γ=19.0 kN/m3。

3.3 剩余下滑力

初拟将抗滑桩置于路基左侧10 m处，按安全系数1.3，利用公式（1），求得潜在滑面的剩余下滑力1 200 kN，滑面倾角6°。

4 处治措施

为不影响交通，在研究分析勘察资料的基础上，本着“技术可行，经济合理”和“一次处治，不留后患”的原则，提出了原路基增设抗滑桩的综合处治措施，现说明如下。

在K417+455—K417+540段路基右侧边坡距离路基边缘10 m处设一排抗滑桩，共18根，每根桩长18 m，桩体采用2 m×3 m的钢筋混凝土，桩中心间距5.0 m。抗滑桩采用人工挖孔桩施工工艺，设钢筋混凝土护壁。

为避免雨水渗入路基，应完善现有排水设施，将路基南侧排水渠疏通，保证山坡雨水沿排水渠排入沟渠。

本次处治段落南侧山坡植被良好，排水系统完善，渗入路基雨水较少，但为消除安全隐患，仍考虑设仰斜式排水管排除砂层可能的积水。自路基边坡向内打入直径10 cm的带孔PVC管，平均长度22 m，坡度6%，管端位于填挖交界处粉砂层底。PVC管每隔5 m一道，位于2根抗滑桩中间，PVC管周围及管端包裹渗水土工布，以防堵塞。

为避免路基坡脚和边坡受到冲蚀，对仰斜式排水管出口之下边坡采用浆砌片石护坡防护，护坡宽度1 m；同时在坡脚设浆砌片石护脚，护脚高度3 m，顶宽1 m，外边坡坡率1∶0.25，内边坡坡率为1∶0.1，埋置深度1.5 m。浆砌片石护坡及护脚均采用M7.5水泥砂浆砌MU30片石，并用M10水泥砂浆勾缝。路基处治设计图见图2。

图2 路基处治设计图

5 施工工序及方法

5.1 平整场地

由于抗滑桩在路基边坡处进行施工，施工前应进行场地平整。路基南侧由于挖方取土已形成一块小平地，可由此进入，在路基边坡采用填土或开挖方式，形成5 m宽的施工平台，以保证施工能够正常开展。

5.2 挖孔及护壁

抗滑桩桩孔采用人工开挖，在平面位置应该隔桩开挖，桩身强度不低于设计强度的75%时可开挖邻桩，且桩孔尺寸不能够小于设计尺寸。桩孔开挖时，应自上而下按照1 m厚度分节进行开挖。为防止塌孔，每一层土方开挖后应及时进行钢筋混凝土护壁，下一节开挖应在上一节护壁混凝土终凝后进行[2]。

现浇混凝土护壁厚度30 cm，桩底扩大，每层护壁高度为100 cm，上下护壁搭接10 cm；每根主钢筋应插入下层护壁内50 cm，务必使上下护壁相互拉接避免护壁因自重而拉裂。护壁混凝土模板的支撑应在混凝土强度达到能保持护壁结构不变形后方可拆除。施工过程中可根据实际情况，在混凝土护壁两侧设置斜撑、横撑，以防止护壁变形，保证施工安全。

5.3 钢筋笼制作

单根抗滑桩钢筋重量为8 763.92 kg，其中面侧主筋和背侧主筋采用φ32的HRB335钢筋，间距为15 cm；两侧主筋采用φ22的HRB335钢筋，间距为40 cm；箍筋采用 φ16的 HPB235钢筋，间距为30 cm。受力钢筋应采用对焊接头，接头位置应相互错开，在同一截面内，接头数不超过钢筋总的1/4，同时有接头的截面之间的距离不小于2.5 m。钢筋束中钢筋需紧贴，并沿钢筋长1～2 m点焊成束。如钢筋笼在场外制作吊装困难比较大，可在井下绑扎完成。绑扎前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣。