某高速公路高填方路基病害勘察及稳定性评价

张国银

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

根据现场调查，某高速公路K14+200—K14+292段路面出现不同程度的沉降、开裂等，其中K14+200—K14+256段右幅行车道路面有一纵向裂缝，长度约56 m，裂缝已被沥青充填，路面沉降幅度约5～10 cm，有发生侧滑或存在侧滑的潜在危害；K14+183、K14+188等处路面均有横向裂缝分布，长度约7.5～10 m不等，影响了公路行车的舒适性和安全性。为排除隐患，保障安全，满足运营期间路基、路面各项指标要求，对此路段进行了工程地质勘察。

1 场地工程地质条件

1.1 地形、地貌

本次勘察路段位于黄土丘陵工程地质区，由于长期受流水侵蚀、切割，地形起伏大，地面黄土冲沟较发育，主沟方向多为北西、北东向。两病害路段施工前均为一黄土冲沟，属于高填方路段，标高840～878 m，相对高差约38 m。

1.2 地层岩性

根据钻探揭示，地层主要由第四系全新统（Q4me）路基填土、（Q4al+pl）冲洪积物、第四系上新统（Q3eol）风积物、第四系中更新统洪积（Q2pl）黏性土组成。分述如下：

a）第四系全新统（Q4me）路基填土 表层 1.2～2.0 m为沥青路面和混凝土垫层，素填土成份以中密-密实粉土为主，呈褐黄色，稍湿-湿，局部夹有粉质黏土、少量钙质结核和灰白色钙质条纹，含有植物根系。

b）第四系全新统（Q4al+pl）粉土呈褐黄色，稍湿-湿，稍密-中密。

c）第四系上新统（Q3eol）粉土呈黄褐色，稍密-中密，稍湿-湿，土质较均匀。

d）第四系中更新统（Q2pl）粉质黏土粉土呈褐黄色，稍湿-湿，中密，粉质黏土呈棕红色，可塑-坚硬，局部含有钙质结核。

1.3 地质构造、地震烈度和场地稳定性

项目区位于晋中新裂陷的东部-中东部，晋中新裂陷盆地是典型的新构造运动产物，并处在新构造活动的持续发展阶段，裂陷区新构造运动的突出表现形式之一就是区内地震活动频繁。由于地表均被黄土覆盖，未发现构造痕迹。

1.4 水文气象

该地区属于温带大陆性季风气候，受西伯利亚冷空气和蒙古内陆干燥气候影响，四季分明，历年平均气温9.8℃，最高37℃，最低-21.2℃。

区域地表径流主要由降雨产生，年内降雨分布极不均匀，年降雨量多集中在夏季6—9月份，汛期降雨量占全年平均值的75%，最大降雨量发生在7、8月份，出现局部暴雨的机会较多，非汛期降雨量少，年降水量变异系数0.25～0.35之间。勘察期间，在钻探深度范围内未揭示地下水，现场无地表水分布。

2 勘察方法

本次调查范围覆盖到沉降路段的路基、边坡及两侧冲沟，左右两侧最大延伸长度达200 m；地调面积0.2 km2；根据现场环境、病害发育位置、程度及路段长度及冲沟发育情况，项目区路段共布置2个断面（如图 1、图 2），4 个钻孔，孔深 20～30 m，累计钻探进尺96 m。钻探取样间距填土为1.0 m，原地层为2.0 m，所有钻孔岩芯均拍照存档。共采取原状样品（土样）64件，

图1 工程地质横断面图Ⅰ-Ⅰ’

图2 工程地质横断面图Ⅱ-Ⅱ’

3 路基沉降变形原因分析及稳定性评价

3.1 地质勘探及地层特征

从钻孔土样试验资料与断面图分析，0.0～0.9 m为路面结果部分，平均厚度0.85 m，最薄为0.7 m，其余孔为0.9 m，主要为路面结构层，路面结构以下地层如下：

a）第四系全新统（Q4me）路基填土 填土成份以中密-密实粉土为主，局部夹有粉质黏土、少量钙质结核和灰白色钙质条纹，含有植物根系，混合不均匀，呈黄褐色，中密-密实状，稍湿-湿，0.7～17.1 m，平均厚度12.4 m。其中ZK3最厚为17.1 m。路基填土上部局部路段含水量偏高，其中ZK2钻孔0.9～3.6 m含水量19.1%～22.5%，饱和度68.6%～81.1%，孔隙比0.64～0.89；ZK3钻孔8.4～9.6 m含水量21.3%，饱和度73.4%，孔隙比0.79。另外，在K14+254路段附近右侧路基坡脚涵洞出水口填土土体含水量大，呈可塑状态，手捻可呈条状。

b）第四系全新统（Q4al+pl）粉土呈黄褐色，稍湿-湿，稍密 -中密。ZK2钻孔 7.2～9.2 m，含水量22.5%，饱和度 66.4%，孔隙比 0.92；ZK3钻孔17.1～25.0 m，含水量8.9%～11.9%，饱和度26.9%～49.1%，孔隙比 0.87～0.91；ZK4钻孔 16.8～28.4 m，含水量12.2%～18.0%，饱和度47.3%～53.1%，孔隙比0.63～0.84。

c）第四系中更新统（Q2pl）粉质黏土土质较均匀，含钙质结核及菌丝，黏性较弱。含水量14.9%～18.7%，塑性指数 10.1～14.9，液性指数小于 0，呈坚硬状态。

3.2 病害原因分析及稳定性评价

根据地质调查和断面分析，路基裂缝及沉降病害主要发生在填挖交界处和高填方路段，K14+200—K14+292段裂缝以纵向裂缝为主。沉降原因及稳定性评价如下：

a）原填方路段原地形为“V”冲沟，地表水下渗易汇集于原冲沟沟底，造成填土与原地层交界面附近土层含水量偏高，降低土体强度，造成地基沉降。

b）该段路基属于填挖结合路段，在填挖交界部位由于路基压实不足容易引起路基不均匀沉降。

c）K14+250附近为填方路段，设置有管涵，该处地势平缓，排水不畅，致使填方边坡坡脚附近土体含水量增大，土体强度降低，影响路基侧向稳定，在路基顶部形成纵向裂缝。同时地表水排泄不畅下渗引起路基局部土层含水量增大、强度降低是引起填方路段路基产生不均匀沉降变形的主要原因[1]。

d）ZK2、ZK3、ZK4 分别于 5.0 m、11.5 m、7.0 m处漏浆，可能存在小空洞，造成路基不均匀沉降。

4 处治措施

a）加强对填方沉陷路段的观测，及时封填地面裂缝，防止雨水的再次渗入软化路基，并对沉降路段进行注浆处理。

b）对K14+200—K14+292高填方路段右侧路堤边坡坡脚采用支挡防护措施，并疏通涵洞及冲沟排水系统，防止地表水继续浸泡软化路基坡脚，影响路基侧向稳定性。

c）完善路基路面排水措施，减小地表水对路基的影响。

5 结语

路基质量直接影响公路运营和行车安全，减小路基的不均匀沉降是一个值得不断研究的课题，首先在勘察阶段应查明路基工程地质条件，施工中应对路基填挖结合部位、排水设施采取科学合理的处治措施，严格控制施工质量和填筑材料，确保路基有足够的稳定性和耐久性，能够承载车辆的反复荷载并抵御自然条件的影响。