某高速公路路基纵向开裂处治技术探讨

杨晓光

（华邦建投集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 病害路段原设计及施工情况情况

1.1 原设计情况

病害路段为填方路基，该段路基中心填高约9 m，基底0.9 m 采用隧道洞渣进行换填。路基边坡采用拱形骨架+客土喷播植草防护，客土厚度10 cm。路基范围地表表层为种植土，其下为0～3.8 m 厚粉质黏土层，多呈可塑状。局部坡脚位置为3～5 m 厚碎石层。下伏基岩以泥盆系上统灰岩为主，风化较弱，岩质较硬，岩体较完整。

1.2 施工情况

该段路基于2020 年7 月开始填筑，基底0.9 m深度范围采用隧道洞渣进行换填，2021 年1 月路床交验。交验后路面标施工单位进场施工路面结构层，并于2021 年1 月施工至基层顶面。病害路段位于K13+877 涵洞两侧，前期土建施工阶段该处盖板涵因受右侧通行影响，最后一节基础、墙身在左幅路基填土过顶后才开挖施工。造成该路段范围路基二次拼宽。

2021 年3 月5 日进入雨季过后发现K13+850～K13+920 段路基出现路基不均匀沉降，反射路面基层开裂，在基层顶面形成纵向裂缝，自裂缝产生时对裂缝处外侧路基进行观测：3 月5 日沉降值为1 cm，3月10 日累计沉降2 cm，3 月20 日累计沉降3 cm，4月6 日累计沉降3.5 cm，4 月6 日至今未发展。同时K13+877 涵洞右幅3 板发生沉降，沉降值为4.5 cm。

1.3 钻探情况

在K13+850、K13+910 左侧土路肩、右侧土路肩，及中分带旁1 m 左右位置各布置一处钻孔进行取芯，钻孔深度按基岩顶面控制。采用冲击、干钻，从顶面开始每隔1 m 取一个芯样，以便观测路基密实程度。本次勘察结果表明，基岩至换填层底原状土以粉质黏土、碎石为主，层厚1.2～2.4 m，在基底未发现软弱层。

现场对不同深度的土样进行酒精燃烧法检测含水率，检测结果:路肩下2 m 含水率17.3%，路肩下4 m 含水率19.8%，路肩下6 m 含水率17.4%，路肩下8 m 含水率14.5%，均超过试验室内击实最佳含水率12.4%。本次钻探6 处钻孔芯样与原设计地勘成果一致，基岩层上为河流冲积相粉质黏土，呈可塑～硬塑状，局部存在细砂、碎石，基底未发现红黏土或软弱层。

根据所取芯样表观判断，路基填筑填料以粉质黏土为主，局部为强～中风化粉砂岩，芯样较为潮湿，密实度较差。同一断面中部钻孔路基填筑层芯样密实程度相对较好，两侧密实度较差。路基基底换填层所取芯样含水率较高，成型较差，从芯样可见基底换填料为中分化砂岩、强～全风化粉砂岩及粉质黏土。根据现场含水率测试结果，路基土层含水率均明显超过试验室内击实最佳含水率，说明路基填土密实度较差。

2 路段现存病害及原因分析

2.1 路段病害

2021 年3 月14 日右幅基层顶面开始出现纵向裂缝，并逐渐发展扩大，目前裂缝宽度约0.2～0.3 cm。左幅路面基层底部出现脱空现象。边坡表面出现冲刷病害，边坡土体发生变形导致骨架脱空，局部路堤排水沟侧壁发生倾倒。

2.2 原因分析

根据地质勘察报告并结合现场实际情况，地表土层除表层耕植土外，以粉质黏土层、碎石层为主，未见高压缩性软土，且路基基底已采用换填加强处理[1]。病害路段路基外侧未见明显隆起，综合判断排除基底存在软土导致路基整体向外滑移的情况。根据施工情况，该路段范围并非全断面整体填筑碾压。作为后期拼宽路基，拼宽处往往为压实薄弱部位，且不同时期填筑压实可能引起横断面上存在差异沉降情况。路基填筑填料以粉质黏土为主，局部为强～中风化粉砂岩，芯样较为潮湿，密实度较差。路基基底换填层所取芯样含水率较高，成型较差，从芯样可见基底换填料为中分化砂岩、强～全风化粉砂岩以及粉质黏土[2]。

路基边部超宽填筑部分土层由于处于碾压薄弱部位，密实度较差。受连续降雨影响，坡面表层出现冲刷现象，尤其是顶部位置存在冲刷裂缝。路基土体在受到雨水渗透作用影响下，发生下沉变形。同时超宽填筑部分侵占设计护坡道宽度范围，对路堤排水沟产生侧压导致水沟侧壁倾倒。路基外侧改沟及改路受征地影响未能及时施工，现场地表临时排水设施不通畅，导致边坡坡脚处存在积水，一定程度上降低了坡脚处应力状态，进一步加剧了路基土体的变形[3]。

3 路基纵向开裂处治方案

根据钻探成果及原因分析，路段范围路基处治以注浆加固、加强路基防排水为原则。具体实施步骤如下。

（1）处理范围。根据现场裂缝及路基脱空段落沿路线纵向向两端延伸10 m 控制。

（2）处理路段。路床顶全断面进行注浆加固，采用钢花管进行注浆，注浆孔间距1.5 m，呈梅花形布置，孔底应深入原基底换填地面以下不小于1 m 控制。左右侧路基坡脚各设置两排注浆孔，横向间距1.5 m，纵向间距同路基范围布置。

（3）根据地质情况，K13+877 处涵洞底部距离基底基岩顶面垂直距离约1.5 m 左右，本次涵洞推荐采用钢花管注浆加固或钢管桩加固进行处理。

（4）坡脚外侧结合地方改移道路需求，设置机耕道兼反压互道，机耕道基底应开挖至硬塑土层，填高按2 m 控制，应采用中风化隧道洞渣进行填筑，最大粒径不大于15 cm，同时做好基底处理。处理方案见图1 和图2。

图1 纵向裂缝段处治横断面（单位：mm）

图2 纵向裂缝段处治横平面（单位：mm）

（5）土路肩、中分带各增设一层复合土工膜加强防渗处理。

（6）路基边坡应压实平整，同时路基边坡拱形骨架内客土厚度增加至20 cm，且应保证客土表面与骨架平齐，确保坡面水能通过骨架排入路侧边沟。

（7）应尽快施工线外改移沟渠，保证区域排水体系通畅，防止坡脚积水。

（8）强调动态处理原则，加强路基、涵洞变形监测，若出现变形位移加剧等情况应及时上报，调整处治方案。

（9）基层顶面裂缝位置铺设1.5 m 宽玻纤格栅。

4 路基纵向开裂处治

4.1 材料

路基纵向开裂处治主要用材为42.5 级普通硅酸盐水泥。浆液配合比应经试验确定，并经监理单位审批后方可使用。根据本工程的施工经验，其配合比可采用1:1，也可根据工程实际情况进行调整。浆液应满足的技术指标如下[4]：

（1）浆液应具有良好的流动性及密实性，其泌水率应小于等于1%。

（2）浆液凝结时间适宜，初凝时间不少于2 h，终凝时间不多于3.5 h。

（3）强度增长快。经一昼夜后，其强度至少应达到4 800 kPa，40 h 后，其强度应达到7 000 kPa。

4.2 工艺流程

路基纵向开裂处治注浆施工工艺流程见图3。

图3 路基纵向开裂处治注浆施工工艺流程

（1）注浆孔布置。在确定需注浆的区域内，按照梅花的形状进行布孔，孔间距为1.5 m。

（2）压浆钢花管。压浆钢花管采用直径89 mm，壁厚5 mm 的无缝钢管，顶部以下1 m 和底部以上0.5 m 范围内不打设孔，中间部分打设注浆孔，排间距约50 cm，每排3 孔，压浆钢花管见图4 和图5。

图4 压浆钢花管注浆管截面（单位：cm）

图5 压浆钢花管注浆管孔位布置（单位：mm）

（3）工艺流程。用膨胀气囊将一端管口封闭，然后将制备好的浆液经滤网过滤后注入储浆池，连接压浆泵，进行注浆作业。注浆时，应按“先两侧，后中间”的顺序进行[5]。

（4）注浆。建议压浆压力0.3～1.0 Mpa，注浆量以1～1.2 m3/m 为宜。同时还应考虑实际情况，对注浆压力和注浆量进行调整。为防止相邻两孔窜浆，应采用隔孔注浆。

（5）注浆结束后，拔出封口装置，清洗干净。最终拔管之前，需边注浆、边关闭阀门，最后再拔出封口装置，再进行下一孔注浆作业。

4.3 劳动力及机械投入

施工劳动力及机械配置见表1 和表2。

表1 劳动力配置

表2 机械设备配置

4.4 压浆注意事项

（1）严格按照试验桩确定的工序和工艺组织施工。

（2）当单孔注浆量达到设计数量仍不饱满时，应停止注浆，采用间歇式注浆，间隔一定时间后再次注浆。

（3）现场施工完毕7 d 后进行水泥浆试件的试验检测，同时进行弯沉检测，均满足设计控制指标后，方可进行路面工程施工。

5 结论

本工程总共进行了1 211 个孔的注浆作业，累计注浆5 568.3 m，累计水泥用量1 864.8 t，每孔平均注浆1.54 t，每米注浆约0.34 t，路基空隙率大幅降低，地基承载力得到大幅提升。对此数据进行比较、分析，直观的体现了方案的可行性。施工完成后，经静载试验、钻孔取芯、弯沉检测等多种手段进行检测，该路段承载力和弯沉均满足设计及规范要求，从更科学的角度证明了该方案的可行性。