霍永高速公路路基病害专项处治

秦小超

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概况

霍永高速公路是山西省高速公路网规划环、纵、横交错中第九横的重要组成部分，采用四车道高速公路标准建设，设计速度采用80 km/h，路基宽度24.5 m，桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。在其通车运营4 年间，养护部门及时养护，但仍不可避免地出现了不同程度的沉陷病害。

1.1 路基病害现状

K50+870—K50+920 段主线路基与紧邻的山云互通E 匝道路基产生了滑移破坏，造成主线路面产生裂缝、主线填方边坡和E 匝道路基沉陷。

主线路基在左幅路面产生较为明显的两条裂缝，为1 条纵向张拉裂缝和1 条沉陷裂缝，如图1 所示。其中张拉裂缝位于K50+870—K50+920 段靠近中央分隔带的超车道和行车道，总体呈线状，在白色标线附近蜿蜒扩展，总长度约50 m，宽度3～5 cm，临时采取干拌砂填充缝浆，表面灌缝胶封闭的方法进行处治；沉陷裂缝位于K50+870—K50+900 段的紧急停车带和行车道，呈弧状U 形，从路基边缘开始经行车道后至路基边缘，总长度约35 m，裂缝宽度 3～8 cm，垂直落差 4～10 cm，形成明显错台，严重影响行车安全。

图1 主线路面裂缝

主线K50+870—K50+920 段左幅外侧为山云互通E 匝道（填挖交界处），填方坡面为六棱块全坡防护的路基边坡产生沉陷，沉陷现状为路线沉陷裂缝对应范围内的全坡防护整体下陷，沉陷最大深度已达30 cm，靠近急流槽处的六棱块呈现无序翘起状态，如图2 所示。调查期间还可以看到，主线路基边坡坡脚有水不断流出，出水明显，就现场情况来看，主要原因为自然降水沿路面出现的裂缝渗入路基，然后顺着水流通道从坡脚流出，主线路基很可能已经产生了局部贯通的滑裂面。另外，经调查得知，山云互通E 匝道在此之前也发生过沉陷，目前已经采用路面修复治理。

图2 路基边坡塌陷

1.2 工程地质条件

本路段病害路基为半挖半填路基。勘察过程中布设2 个钻孔，均位于K50+886 断面，其中ZK1 位于主线坡脚和匝道交界的平台上，ZK2 位于主线K50+886 中线左侧 9 m 处。从 ZK1 的岩芯看，0～12.4 m 是匝道回填路基素填土，0～3.5 m 为粉质黏土，软塑；3.5～12.4 m 为粉土，稍密，稍湿 - 湿；12.4 m 以下是原地基，12.4～23.0 m 均为粉质黏土，可塑与软塑错层。从ZK2 岩芯看，0～2.8 m 是回填路基土，其中 0～0.9 m 为路面结构层；0.9～2.8 m 为素填土（粉质黏土），软塑；2.8 m 以下是原地基，2.8～6.4 m 为粉质黏土，可塑；6.4～14.5 m 为粉土，稍密、稍湿- 湿；14.5～25.0 m 为粉质黏土，右上至下硬塑过渡为可塑。勘察范围内未见空洞和地下水。

主线路基上部2.0～2.2 m 处的样品含水量为27.2%，液性指数为0.89；主线坡脚处样品含水率为26.2%，液性指数0.72，抗剪强度指标C=12.2 kPa、φ=16.1°。填挖界面附近土体含水率在26.6%～27.2%之间，液性指数在0.78～0.89，抗剪强度指标C=5.3 kPa、φ=11.3°。

2 路基沉陷原因分析

从钻孔样芯和样品试验数据分析，主线路基填土和填挖界面附近土层湿软。勘察和试验结果表明，该段路基可能产生两种滑移破坏，滑移面断面图如图3 所示，一是主线路基滑移从主线坡脚剪出；二是沿深部填挖界面软弱带产生整体式滑移，同时毁坏主线和匝道路基。

病害产生的原因是本路段经历了4 个雨季的冲刷，较长时间的降雨夹杂强降雨天气，雨水沿路面缝隙和截水沟薄弱部位进入路基，一部分渗入路基土体，另一部分沿填挖界面下渗，造成主线路基湿软，并在填挖界面附近形成软弱带，进而降低路基承载力，路面车辆荷载和路基自重成为路基不均匀沉降明显因素，同时此处互通匝道与主线路基紧邻，存在明显差异的填、挖方路基自然沉降不一，也是造成侧向滑移的因素，滑移加剧使路面开裂成为必然结果。

图3 滑移面断面图

3 滑坡推力计算

3.1 强度指标

滑带土的强度指标通过选取C 值，反算φ 值确定，根据勘探和试验结果，取γ=18.6 kN/m3为正常工况下滑体的重度，γ=20.4 kN/m3为连续降雨条件下滑体的重度，计算结果见表1 和表2。

表1 沿主线路基滑动时滑动土强度指标表

表2 沿填挖界面滑动时滑动土强度指标表

3.2 滑坡推力

由于滑裂面存在两处可能，如图3 所示，抗滑桩的设置位置有3 处可选，主线边缘、匝道内侧、匝道边缘，结合布设抗滑桩的位置，采用规范[1]中要求采用的传递系数法，用理正软件对上述3 处位置进行滑坡推力计算。计算结果见表3、表4 和表5。

表3 主线边缘设抗滑桩 kN

表4 匝道内侧设抗滑桩 kN

表5 匝道外侧设抗滑桩 kN

由表3～表5 看出，在主线边缘设抗滑桩时的滑坡推力为匝道内侧的30%～40%，为匝道外侧的35%～45%，后两者滑坡推力值均大于1 000 kN，且非正常工况下已在2 000 kN 附近变化，过大的滑坡推力对抗滑桩桩径和桩间距的要求较高，在此处填挖交界填方段不易操作，且根据现场调查询问公路养护部门，得知在此次处治前，主线与匝道均已针对沉陷进行过重新摊铺路面处理，并在较长时间里匝道路基沉陷不明显，未观测到不良现象出现，最终设计为将抗滑桩布设在主线路面边缘，主要治理沿填挖结合面发生的整体式滑移破坏。

4 处治措施

鉴于路面出现明显裂缝，路基出现滑移破坏，为了能够快速解决出现的问题，且达到长期预防的目的，就病害问题和实测工程地质，制定抗滑桩与灰砂桩协同处治的方案，处治方案布置图见图4。抗滑桩以其安全可靠性高，对周围环境扰动小、自身稳定性好等特性起到对滑动路基的支挡作用[2]，灰砂桩以生石灰的物理化学性质对路基土起到降低含水率、提高密实度的作用[3]。

根据滑坡推力计算结果，沿路线K50+870—K50+900 段左幅距路基边缘0.5 m 处设置1 排抗滑桩，17 根，桩长17 m，桩径1.5 m，桩中心距 3.0 m。抗滑桩纵向钢筋为直径32 mm 的HRB400 钢筋，桩身采用C30 混凝土浇注，混凝土骨料粒径不大于60 mm，水泥采用强度等级为42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥，自下而上振捣浇注。同时布设5～6 排灰砂桩，降低路基土含水量，灰砂桩桩长12 m，桩径40 cm，按照梅花型布置，桩中心距1.2 m。灰砂桩填筑灰砂体积比为7∶3，石灰采用生石灰，砂采用级配良好的中粗砂；桩顶1 m 采用C20 水泥混凝土捣实封顶。抗滑桩与灰砂桩布设完毕后，将左幅路面铣刨至路面基层顶部，重新铺筑路面结构。

图4 处治方案平面布置图

5 结论

高速公路在运营期间由于各种因素可能会发生不同程度的病害，通过现场调查，结合路基病害和钻孔勘探资料，进行稳定性计算分析，对霍永高速公路K50+870—K50+920 段左幅路基沉陷提出针对性的处治措施，现此路段车辆通行状况良好。

a）降雨雨水沿路面缝隙下渗使路基土湿软、承载力下降是路基发生沉陷，进而路面出现张拉裂缝的主要原因。

b）抗滑桩与灰砂桩协同处治路基沉陷，能够充分发挥两者特有的性质，进而以较小扰动，较大程度解决填挖结合路基填方段路基沉陷病害。