湿陷性黄土地区路基路面病害处置方案探析

赵艳玲

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

湿陷性黄土分布于辽宁省西部(以下简称“辽西”),具有特殊性质。遇水浸润后,土的强度明显降低,在自重应力和附加应力共同作用下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,工程危害极大。辽宁省阜朝、朝黑高速地处辽西湿陷性黄土地区,桥头、半填半挖路基、斜坡路段在重车荷载作用下易引发不均匀沉降,使路基发生沉陷;或因水毁导致边沟沉陷,排水不畅,地表水渗入,使路基发生冻胀等病害,严重影响运行质量,威胁行车安全。文章总结相关设计维修经验,以期对湿陷性黄土地区路基路面设计、维修养护提供参考。

1 项目概况

阜朝高速长266km,朝黑高速长101km,均为设计时速100km/h的四车道高速公路,分别于2008年和2010年竣工通车。原路面结构为:3.5cm沥青玛蹄脂碎石抗滑层(SMA—16L型)+6cm中粒式沥青混凝土(LAC—20Ⅰ型)+8cm粗粒式沥青混凝土(LAC—25Ⅰ型)+20cm厂拌水泥稳定碎石上基层+20cm厂拌水泥稳定砂砾掺破碎砾石下基层+15cm级配砂砾(碎石)垫层。

通车以来,全线不均匀性沉降现象频发,其中长深高速凌源段、丹锡高速朝黑段较为严重。

2013年以来采取的处置措施统计列举如下:

(1)对于一般路面沉陷路段,采取铣刨加铺的方式,提升路面行车舒适性,消除行车安全隐患。

(2)对于路面沉陷严重且有纵向裂缝,路基有横向滑移危险的段落,进行路基深部处理,并采取必要的排水防护措施。

根据近年病害维修效果统计,铣刨加铺处理路面沉陷有效率为84.8%,高压旋喷桩处理沉陷有效率为94.6%,说明以铣刨加铺和高压旋喷桩处理阜朝、朝黑高速路面沉陷病害的方式合理有效。

2 处理原则

参考《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第一部分:一般要求》(GB/T 13441.1),经计算得出,行驶速度为100km/h时,路面坡度差超过0.35%或错台2cm及以上会影响行车舒适性,危及行车安全,具体情况见表1。

表1 计算不同沉陷或错台高差时的加速度

在总结历年专家维修意见和处理经验的基础上,通过现场沉陷调查,制定以下处理原则:

(1)对桥头跳车、路面沉陷病害,每30m沉降量大于5cm,但路基不存在滑移风险的段落,进行路面铣刨加铺。

(2)对路面沉陷严重,裂缝较宽,缘石变形严重,路基存在横向滑移隐患的,进行路基及路基边坡土体高压旋喷处理并增设坡脚挡墙。

(3)对桥头搭板下沉或断裂,错台大于等于2cm的段落,进行高压注浆。

(4)对路基冻胀,引起路面每30m拥包大于5cm的段落,做冻胀处理。

3 处理方案

3.1 铣刨加铺

铣刨加铺是最常规的路面沉陷处理手段。根据沉陷深度不同,采用相应的铣刨加铺方案进行处理,处理结构图见图1。

图1 路面沉陷处理结构图(单位:cm)

(1)沉陷深度大于等于5cm,小于7cm时,将原沥青层铣刨一定深度后,加铺一层细粒式改性沥青混凝土LAC-13找平层[1]。

(2)沉陷深度大于等于7cm时,将原沥青层铣刨一定深度后,加铺中粒式改性沥青混凝土LAC-20找平层+5cm细粒式改性沥青混凝土LAC-13。

找平层最小厚度5cm,大于10cm时应分层摊铺[1]。

3.2 高压旋喷桩深部处理

旋喷桩间距按1.8m×1.8m的正方形布置,采用单管法成桩,与路侧钢护栏、泄水槽等冲突的孔位应适当调整[2]。根据已有施工经验,要求旋喷桩最小直径为0.6m,旋喷桩长度和范围应穿透路基填料并进入黄土地层不小于5m,黄土层较薄的应穿透黄土层,处理范围为坡脚外增加两排旋喷桩,当坡脚有限制或超出公路占地界时可适当减少,处理结构图见图2。

图2 高压旋喷桩处理结构图(单位:m)

3.3 排水防护设施恢复

(1)沉陷路缘石的恢复

路面沉陷路段多伴随路侧花岗岩路缘石下沉。以往沥青路面加铺中,个别填方路段未注重在加铺路面的同时上抬路缘石,造成沥青路面加铺后路缘石沉平,使填方路段的路面集中排水方式变成散排水,造成土路肩、边坡或中分带的水毁和沉陷。

对于土路肩和中分带的路缘石下沉情况,均要求施工沥青路面加铺时上抬路缘石,保证中央分隔带侧路缘石高于加铺后路面8cm,土路肩路缘石高于加铺后路面12cm。

(2)沉陷积水边沟的恢复

对于边沟破损渗水或边沟下沉的路段,应拆除问题边沟,重新调整排水纵坡,保证新建边沟排水通畅不积水。清理淤积边沟,增加防渗措施,如边沟下铺设防渗土工布以及15cm厚的灰土垫层等。

(3)填方边坡泄水槽修复

边沟沉陷对应段落的泄水槽发生不同程度损坏,需对泄水槽进行重新修复,修整泄水槽的槽口与路缘石紧密衔接,防止渗漏,确保路面水畅通地排入路基边沟中,修整的泄水槽槽口不再另给工程量。对槽身和出水口进行拆除重建。

(4)路基排水沟的补充设置

个别路段位于冲沟之上,路侧冲沟底面低于路基边沟的底面,如附近无畅通的横向排水通道,则造成截断的冲沟沟底积水,严重时造成黄土地基湿陷。应设置排水沟,将冲沟底部积水引排至附近排水构造物或自然沟渠中。

(5)坡脚增设挡墙

对地势较陡、半填半挖路段及易产生坡面溜塌的路段,在坡脚设置M10浆砌片石挡墙进行防护。坡脚挡墙按出露地面1.5m高进行施工定位。墙体设置泄水孔,高出地面30cm,泄水孔直径5cm,采用5cm硬塑管形成,水平间距2.5m,泄水孔后布置50cm×50cm土工布,采用聚丙烯长丝热轧无纺土工布TCZ10/PP。挡土墙沿路线纵向设置沉降缝,分段长度一般为10m,伸缩缝与沉降缝合做一起,缝宽2cm,自墙顶做至基底[3]。基础埋深不小于1.5m,挡墙墙身采用M10浆砌片石砌筑,石料强度不低于MU40,用M10砂浆勾缝,新增挡墙断面图见图3。

图3 边坡坡脚新增挡墙断面图(单位:cm)

(6)坡面恢复

边坡坡面进行旋喷桩处理时,对坡面会造成一定程度的破坏。施工完成后,需恢复植草坡面。

3.4 高压注浆

对于桥头搭板下沉或断裂,发生错台超过2cm,对行车安全造成隐患的,应对局部损坏搭板进行修复,对搭板下路基及边坡进行高压注浆。

搭板脱空灌注混凝土施工可在非全封闭情况下施工,根据孔洞位置分别采取1次或2次封闭车道,进行1次或2次钻孔灌注混凝土的组织方式。若灌注2次混凝土,应先封闭路肩、行车道进行钻孔灌注,再封闭超车道进行钻孔灌注,灌注混凝土孔为一个车道内或硬路肩部分标高最大的孔,其余孔作为观察孔。灌注混凝土的顺序在纵向上由桥台远端向桥台侧靠近。灌注混凝土孔具体布置见图4。

图4 搭板脱空处理压浆布孔平面示意图(单位:cm)

为避免灌注混凝土过程中发生溢浆、冒浆、跑浆,对搭板周围脱空外露处及锥坡和台前裂隙、裂缝、孔洞等部位用水泥砂浆封堵,对搭板边缘(路基侧)使用砖砌筑到与路面平齐,再用水泥砂浆封堵。

3.5 冻胀处理

湿陷性黄土地区路面排水不畅,极易引发路面冻胀病害。根据历年检测、维修情况,阜朝高速和朝黑高速局部路面出现冻胀引起的路面拥包病害,影响行车安全。结合往年冻胀处理经验,建议采取换填+加强排水的处理措施。

(1)冻胀处理一(挖方段)

将冻胀段落内2.5m宽硬路肩、土路肩及边沟按宽4.35m、深1.73m开挖。开挖后由坑槽向行车道和超车道路基内打入两排Φ5仰斜式排水管排水,排水管距离路面深度分别为0.94m和1.53m。排水管顶面和两侧钻孔,外包渗水土工布作为反滤层,排水管长度为8m,纵向间距2m,上下排排水管错开布置,处理段落内低点加设一处排水管。随后回填99cm透水性材料并恢复路面结构:38cm级配碎石+30cmC20混凝土+6cm细粒式改性沥青混凝土AC-13C。

同时进行段落内中分带硬化处理,挖除中分带填土50cm,回填20cm级配碎石并压实,再浇筑30cmC20混凝土,最后安装防炫板,混凝土顶面距离缘石顶面5cm,处理结构图见图5。

图5 挖方段冻胀处理结构图(单位:cm)

(2)冻胀处理二(桥头冻胀)

挖除桥头35m范围内路面结构后,对台背进行换填,换填长度为17m,换填完成后恢复锥坡,锥坡内预埋排水管,排水出口在锥坡外。最后恢复路面结构,基层材料采用C20混凝土,混凝土末端通过植筋与旧路连接,图6为挖除换填示意图。

图6 台背挖除换填示意图(单位:cm)

4 结论

(1)路基路面沉陷病害主要采取铣刨加铺、排水防护设施恢复以及地基、路基深部处理三类措施。前两类措施用于产生沉陷路段和排水防护设施损毁路段;深部处理用于病害较严重且需要处理路基和地基的路段,深部处理方法为高压旋喷桩。总体施工顺序是先进行地基和路基深部处理,再进行路基排水防护设施恢复,最后进行施工路面沉陷的沥青层铣刨罩面加铺。

(2)对于桥头跳车、搭板脱空等病害,主要采取高压注浆封堵坑洞的处理措施。高压注浆操作简洁、施工时间短、成本低,且无需全幅封闭交通。

(3)对于路基冻胀病害,由于表层冻害由地面水引起,深层冻害由地下水引起,故需加强地面排水,降低地下水位,主要处理措施为换填透水性材料和加强排水。