某高速公路路基沉陷综合处治设计

郑亚强

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着高速公路的建设和发展，取得了一批优秀的设计、施工工程，但是也存在一些质量较差的工程，出现较多质量通病问题，如桥台不均匀沉降、桥台在荷载作用下的推移、桥头跳车、路基沉降、路面开裂、边坡滑塌、隧道拱顶漏水等，其中路基沉降和路面开裂出现的频率较高。由于路基及地基的不均匀沉降，造成路面出现纵横向裂缝或错台，降低了高速公路的通行能力，影响了行车的舒适性，给行车带来了较大的安全隐患，是公路工程建设和管理必须重视和解决的问题之一。

1 工程概况

某高速公路采用双向四车道设计标准，设计速度80 km/h，中央分隔带采用硬化，路缘石采用齐平式。通车试运营后K127+582—K127+668（设计里程为K26+840—K26+940段）路段出现左幅路面沉降、左侧路肩挡墙部分开裂及右幅路面出现开裂等情况，沉降变形超过设计允许值范围，影响了行车的舒适性，降低了高速公路的通行能力，对行车造成极大的安全隐患。根据勘察结果，路基沉陷涉及的地层为填土、粉土和粉质黏土。填土多为粉土，湿，稍密，压实性较差。当排水较差时，雨水浸泡产生软弱路基，从标准贯入试验数据来看不同深度其密实度差异较大，击数多介于5～15击之间，局部进尺较快；粉土，黄褐色，湿，中密，土质不均，含少量砾石。粉质黏土，红褐色，坚硬，土质较均匀，干强度高，局部有钙质结核。

2 沉陷原因分析

2.1 原设计情况与路基病害现状

本路段路基位于黄土覆盖中低山区，线路穿越沟谷。K26+840—K26+940段为纵横向半填半挖路基，地面横坡为1∶2.3～1∶2.8，基本属于陡坡路基。根据路段所处的实际情况并经过边坡稳定分析后，原设计K26+840—K26+934段左侧设置路肩式挡土墙进行支挡，墙高7.5～10 m，同时对原地面横坡开挖台阶处理，台阶宽度不小于2 m，并设置向内倾4%的横坡。

经查勘，总体上左幅路基整体呈竖向沉降，外移位移较小，其中发现K26+840—K26+940段左幅路面沉陷明显，K26+930处左幅路面发现一条宽3～5 cm横向裂缝（横向裂缝贯通左幅路面），裂缝处形成高约3 cm高的错台。沉陷位于行车道和超车道内，中央隔离带护栏倾斜，路面裂缝整体呈环形，为沿着挖填结合部开裂，裂缝为张拉裂缝，经多次灌缝处理，沉陷仍在发育。路基沉降不仅造成路面出现裂缝和沉降，路肩挡墙也因竖向变形而出现错裂缝，墙顶混凝土防撞墙断裂，砌体墙体也出现裂缝。经勘探K26+840—K26+934段挡墙墙趾平台处地下水丰富，探井开挖2.5～5 m以下土体含水量较大，最大达到19%左右。

2.2 原因分析

K26+840—K26+940段位于半填半挖路段（左侧为填方，右侧为挖方），路线纵坡沿小桩号方向为下坡，地表水沿路基边沟往小桩号方向排泄并流向桥下，由于路基边沟的变形沉降破坏，产生不同宽度的裂缝，边沟内水在排泄过程中沿边沟裂缝下渗并侵入路基；同时，结合地质勘查情况，路基沉陷路段的地层为填土、粉土和粉质黏土，粉质黏土是良好的隔水层，水下渗进入路基内部，汇集在粉土与粉质黏土交界处，软化该部分土体，导致该部分土体的抗剪强度大大降低，诱发路基滑移沉降，造成路面开裂破坏并产生错台。

图1 病害图

同时，K26+840—K26+940段位于超高段（左侧为超高内侧，右侧为超高外侧），且此次设有中央分隔带开口，路面水沿超高外侧流向超高内侧。由于路面的开裂和中央分隔带变形，路面水沿裂缝和中央分隔下渗，路基含水量逐步增大，进一步加速路基的沉降与错台。

综上所述，造成路基沉降、路面开裂错台主要原因是排水设施破坏，排水不畅、地表水下渗、路基强度降低、稳定性减弱、抗剪强度大大降低。同时，路段为填挖交界处填方不密实、地基湿软含水量较大存在粉土与粉质黏土滑动面造成路基滑移沉降。

3 处治设计

3.1 排水工程修复加固

为防止边坡坡面雨水通过边沟、渗沟进入路基内部，重新修筑K26+840—K26+940段右侧边沟及渗沟，同时加大加深边沟及渗沟尺寸，边沟尺寸改为80×80 cm、壁厚40 cm的片石混凝土，渗沟尺寸改为120×60 cm。

3.2 钢筋混凝土桩板式挡土墙设计

考虑挡土墙存在一定的水平剪切位移，结合工程地质勘查情况，对路基进行边坡稳定分析，分析方法采用传递系数法[1]。选取 K26+850、K26+870、K26+890、K26+910四个断面进行分析，考虑正常工况和非正常工况作用下，得下滑力计算表，从表1中可知最不利剩余下滑力为160 kN，边坡处于不稳定状态。针对边坡所处的稳定状态和剩余下滑力的大小等因素，对K26+840—K26+940段路面沉陷及左侧路肩挡墙下沉开裂等采取钢筋混凝土桩板式挡墙对原挡墙进行加固处理。桩板墙[2-3]由抗滑桩和桩间挡土板组成，可用于稳定边坡和滑坡、加固不稳定山体和其他特殊路基，能够起到较好抗滑支挡作用，防止路基填土或山坡土体滑动。通过计算分析，本文桩板墙桩径1.6 m，桩中心间距4.0 m，桩长24 m，桩板墙承台内侧距原挡墙外侧不小于1.5 m。桩板墙与原挡土墙距中间采用C20混凝土填充至桩板墙墙顶，填充前对原挡土墙外侧1.5 m范围内地基整平并换填50 cm二八灰土。

表1 剩余下滑力计算表 kN

3.3 左幅路基开挖卸载及路肩墙墙顶修复加固

桩板墙施工前先对左幅路基沉陷区路面顶面以下4 m范围内路基开挖卸载。对原路肩挡土墙墙顶以下3 m范围内凿除后，插入φ16螺纹钢筋连接，再采用C30混凝土浇筑上部墙顶。同时在距墙顶1.25 m处设置φ 28横向锚杆,长度为8 m，纵向间距为2 m。

3.4 排水渗沟设计

对K26+840—K26+940段挡墙墙趾外侧3.2 m外，设置宽60 cm、深3 m、长5 m排水渗沟，以降低挡墙基底下地下水影响。

3.5 仰斜排水管设计

在挡土墙排水孔位置设置3排仰斜排水管，排除路基土体内水，长度10～20 m。

3.6 高压旋喷桩设计

高压旋喷桩[4-5]通过高压将浆液从喷嘴中喷射，喷射的浆液切割土体并将土体充分拌合，发生一系列化学反应，形成一定强度的增强体，增强体与周围土体形成复合地基，从而达到加固地基，提高地基承载力。考虑路基填土密实差、含水量较大，为抑制路基继续沉降变形，加强路基密实度，提高原地基承载力，以减小路基进一步沉降，对路面顶面以下4 m范围内路基开挖卸载，路基开挖卸载后采用高压旋喷桩进行处治。

4 监测

在 K26+850、K26+870、K26+890、K26+910 断面防撞墙顶上分别设置4个沉降观测桩、桩板墙顶分别设置4个位移观测桩，监测周期不少于1年。

5 施工注意事项

a）做到动态设计，动态施工。施工过程中，核对地质资料，核实滑移面位置，如果发现与设计存在偏差，应停止施工，及时反馈设计方，调整设计方案。

b）施工前应先清理场地，并对钢筋混凝土桩板式挡墙桩位进行施工放样。钢筋混凝土桩施工应遵循从两端向中间靠拢的原则跳槽施工，待先施工的桩身混凝土灌注完成后，再施工剩余桩。混凝土搅拌设备需有备用，确保桩身混凝土一次浇筑成型。待抗滑桩达到设计强度75%后，再施工承台及挡墙，施工时参照相关技术规范执行。

c）按照设计要求顺序施工，做好施工期间和运营期变形及位移观测。

d）钢筋混凝土桩施工应准确核定桩位坐标、桩的垂直度等相关指标。

e）确保坡面上截排水设施的完善，保证排水通畅。同时修筑排水设施时，设施基底必须压实，压实度不小于90%，防止排水设施不均匀沉降断裂，影响正常排水。

f）建立安全管理系统，确保施工人员安全。

6 结语

路基设计中排水设计是一个很重要的设计环节，它关系到路基的强度和稳定性。在山区高速公路，深挖方路基边坡和纵横向填挖交界路基出现更加频繁情况下更应该注重排水设计。针对本文出现的路基不均匀沉降和路面错台，仔细分析破坏产生的原因，采用加固处治和完善排水设施相结合的综合处治手段，最终成功地控制路基沉降和路基的滑移，取得良好的处治效果。