东吕高速K625+000—K625+200段路基沉陷原因分析及处治措施

刘小龙

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原030001）

1 项目概况

东吕高速平榆段公路于2012年底通车运营，2021年运营近9年。因山西省遭遇罕见雨水，强度大，持续时间长。山西省多条河流决堤，给人民的生产生活带来极大危害。对交通运输行业影响更是巨大，公路水毁严重。受此次强降雨影响，昌源河引发大水，东吕高速平榆段K625+000—K625+200 段路基发生沉陷。

根据相关调查资料显示：K625+000—K625+200段路基中心填土高度约5.58～7.57m，填料为碎石类土。该段左侧临河路堤采用的是重力式挡墙，基础埋深约3.5～3.9m，挡墙高度9.5～11.5m，顶宽度约1.15～1.35m，底宽4.55～5.35m，挡墙基底为卵石层，承载力大于500kPa。挡墙砌筑采用了M7.5 的浆砌片石，片石强度不低于30MPa，勾缝采用了M10 的水泥砂浆。挡墙外侧护坡道范围内原地面采用25cm厚的浆砌片石铺砌。

据现场调查，平遥至榆社高速公路K625+000—K625+200 段平遥方向临河（昌源河）路基，沿超车道与行车道中间形成一条贯通裂缝，最大宽度5cm 左右，养护单位已用沥青浇灌（见图1）。应急停车道右侧紧靠路堤墙路面鼓起，高度约20cm。受昌源河冲刷的影响，水面以上1～1.5m 路堤墙勾缝脱落严重，路堤墙未发生变形。经现场测量，K625+000 路堤墙附近昌源河水深约1.5m 左右，水位标高约1251.53m。

图1 平遥至榆社高速公路K625+000—K625+200 段现场图

2 勘察过程及完成勘察工作量

此次勘察按照调查、物探指导钻探的思路，根据调查、物探的初步结论，布设钻孔，迅速组织钻探施工。

2.1 物探

此次探测采用美国产地质雷达。物探根据场地实际状况，沿榆社至平遥方向共布置测线2 条，各测线位置和实测长度见表1。

表1 各测线位置和实测长度

根据各条测线雷达成像剖面图，运用解释方法对所有剖面进行了认真的分析解释。各异常典型图像如下所示。

2.1.1 过往车辆干扰（见图2）

图2 车辆干扰异常典型图

2.1.2 土层潮湿（见图3）

图3 土层潮湿异常典型图

2.1.3 密实异常（见图4）

图4 不密实异常典型图

此次探测区域整体土层潮湿，信号衰减快，未发现明显空洞异常。路面以下表层1.5～3.1m 存在多处不密实异常，K625+010—K625+050 段4.3～9.6m存在一处不密实异常。此次探测土层不密实异常段落统计见表2。

表2 此次探测线各土层不密实段落统计表

K624+870—K625+290 段路基沉陷区域地质雷达探测成果图，如图5所示。

图5 K624+870—K625+290 段路基沉陷区域地质雷达探测成果图

2.2 钻探

此次勘察完成钻孔3 个，孔深17.0～19.0m，总进尺55.0m，共采取扰动样品17 件。对所有试样进行了土工测试。

钻探揭示：K625+000—K625+200 段左侧10m 路基厚度一般在4.3～6.2m，沥青路面（面层、基层、底基层）厚度一般在0.5～1.6m。路基填土成分以碎石为主，稍密结构（N63.5=4～8 击），潮湿状态，颗粒成分以砂岩为主，少量泥岩，混合土充填，一般粒径2～5cm，最大为11cm。其中的砂岩为中风化状，强度较高，锤击声脆，粒径一般大于3cm，最大超过10cm 柱状；泥岩多为强风化状，手捏易碎，粒径2～4cm（见图6）。路基下伏砾卵石呈中密结构（N63.5＞10 击），潮湿、饱和状态。钻孔地下水埋深8.5～9.2m，水位标高1246.35～1251.53m，与地表水连通。

图6 试样土工测试结果

3 工程地质条件

3.1 地形地貌

勘察区地貌单元为昌源河山间河谷区，平榆高速公路该段沿昌源河河床、漫滩及Ⅰ级阶地展布，区内地形相对较平缓，地势由西向东倾斜，地表多为冲洪积相的砾卵石及黏性土。

3.2 地层岩性

3.2.2 Q4al+pl：分布于昌源河河床、河漫滩及Ⅰ级阶地，岩性为砾卵石及砂类土、黏性土，厚度1～20m。

3.3.3 T2er：分布于昌源河河谷两侧山体，岩性为灰绿、黄绿、灰白色，薄-厚层中细粒长石砂岩夹紫红色泥岩，地层产状320o∠8～10o，砂岩节理多为微张，部分张开，泥岩节理多为密闭，强-微风化，区域总厚度约630m。

3.3 地质构造

勘察区未见断裂构造发育。

4 水文地质条件

K625+000—K625+200 段路基为沿昌源河临河路堤。昌源河属汾河的一级支流，路线通过宝塔山特长隧道后，展布于昌源河河床、漫滩及Ⅰ级阶地中，并多次与主河床交叉[1]。

此次钻探结果：钻孔内地下水位8.5～9.2m，水位标高1246.35～1251.53m，与地表水贯通，地下水与地表水位标高基本一致。

5 沉陷原因分析

根据勘察成果揭示，路基沉陷主要由以下四方面原因引起：

5.1 降雨入渗导致路基填土软化

路基填土为潮湿状态，填料成分以碎石为主，颗粒成分以砂岩为主，含少量泥岩碎块，混合土充填。受降雨的影响，泥岩颗粒及充填物软化，在车辆荷载及自重作用下易发生固结压缩变形。

5.2 降水的垂直径流导致细粒物质竖向迁移

大部分路段路面以下1.5～3.1m 存在多处不密实异常区，局部存在较深不密实异常区，充分说明随着降雨向下入渗，浅层路基填料细粒物质向下部迁移，造成表层填土整体处于不密实状态。路基厚度一般在4.3～6.2m，动力触探试验N63.5=4～8 击，路基填土结构稍密，验证了路基填土的不密实状态。

5.3 地表水及地下水水平径流导致细粒物质向下游迁移

路基深部不密实区域主要分布在昌源河上游方向，勘察区地下水与地表水水位标高一致，互相贯通，随着水流向下游流动，上游路基底部细颗粒向下游迁移，易造成上游局部路段存在深部不密实状态。

5.4 河流冲刷导致路基内填料向外迁移

该路段为临河路堤，河流冲刷较强，浆砌片石挡墙勾缝脱落严重，挡墙缝隙较大，挡墙内路基填料细粒物质易被河水冲刷带走，造成路基不密实[2]。

6 结论

其一，降雨入渗导致路基填土软化；降水的垂直径流导致细粒物质竖向迁移；地表水及地下水水平径流导致细粒物质向下游迁移；河流冲刷导致路基内填料向外迁移是路基发生沉陷的主要因素。

其二，建议对K625+000—K625+200 段沉陷路基进行注浆加固处治，注浆应设置沿裂缝注浆孔，采用无压力注浆或0.05MPa 左右压力为宜。同时，在昌源河内设置引流坝，将河水引开，避免冲刷公路路堤墙。对该段勾缝已脱落的路堤墙，重新勾缝。在公路路堤墙底，设置石笼或浆砌护岸，加固路堤墙的同时防止河流冲刷。