某高速公路路基縱向裂縫成因分析及處理方案

何穎川

(廣東省公路勘察規(guī)劃設計院股份有限公司)

某高速公路路基縱向裂縫成因分析及處理方案

何穎川

(廣東省公路勘察規(guī)劃設計院股份有限公司)

某高速公路半填半挖路段為軟土地基，不合理的軟基處理方案造成差異沉降的產生，導致60 m范圍的路基產生縱向裂縫，經方案比選后，采用管樁復合地基處理方案，經工程實踐表明，處理方案可行。

高速公路;縱向裂縫;差異沉降;成因;處理方案

1 工程的地形地質概況

某高速公路K32+560～K32+620路段路基設計寬度為26 m，為半填半挖路段，左側填方的填土高度為4.6 m，左幅為水田耕地，右幅為山丘，根據(jù)地質鉆探資料顯示，該路段左幅路基范圍存在厚度不均勻的淤泥層，軟土層底向路基左側傾斜，坡腳處軟土厚度約為12.0 m，路基中部軟土厚度為2.9 m;軟土物理力學性質:軟土淤泥天然含水量為56.9% ～59.8%，壓縮系數(shù)1.40 MPa-1，壓縮模量 1.75 MPa，直接快剪剪切指標 C=9.9 kPa，=5.3 度，固結快剪剪切指標 C=14.8 kPa，=8.8 度，空隙比為1.5 ～1.7。固結系數(shù) Cv為8.7 ×10-4cm2/s，滲透系數(shù) Kv為4.3 ×10-6cm/s。

2 設計過程及施工情況

在施工圖設計階段，由于缺乏地質鉆探資料，故該路段未采取軟基處理措施，僅描述為根據(jù)施工補勘資料進一步明確是否需要進行軟基處理以及所采用的軟基處理方案。經在K32+576路基橫斷面進行地質補鉆，發(fā)現(xiàn)有傾斜軟基后，補充了軟基處理方案。根據(jù)補勘資料，軟基基底橫坡為1∶2.8。

圖1 軟基處理示意圖

處理方案分別提出了袋裝砂井、水泥攪拌樁以及管樁三種方案。由于項目工期較長，基于用時間換金錢的思路，在保證路基穩(wěn)定性的前提下，采用袋裝砂井+砂墊層+等載預壓處理方案。袋裝砂井正三角形布置，間距1.1 m，單根長度14 m，砂墊層厚度為0.6 m，鋪設一層土工格柵，等載預壓。經計算，路堤和地基的整體穩(wěn)定性分析中采用推算的實際固結度的固結快剪指標，其穩(wěn)定安全系數(shù)為1.41，滿足路基設計規(guī)范要求。由沉降計算結果得到，預計總沉降量達1.6 m，在預壓期末，軟土固結度達85%，預計工后沉降小于30 cm，滿足規(guī)范要求。

自2007年9月到2008年11月，施工單位嚴格按照標準控制填土速率，路基土填筑緩慢。

3 路基縱向裂縫的產生

2008年11月，該段路基尚在欠載預壓階段，距等載預壓填土高尚有1.05 m填土高。現(xiàn)場在路基監(jiān)測的作業(yè)期間發(fā)現(xiàn)路基多處縱向裂縫，走向大體一致，最大寬度約為4 cm。

路基縱向裂縫產生的信息報告后，引起施工、監(jiān)理、業(yè)主及設計等單位的高度重視，各方技術人員及有關專家深入現(xiàn)場進行了仔細的勘踏，現(xiàn)場對K32+568路基橫斷面進行地質補鉆，比照K32+576地質橫斷面，進一步摸清地質情況。由補勘資料可以看出，原地面坡腳附近的軟基基底變陡，軟基基底橫坡達 1∶1.5。

圖2 路基橫斷面示意圖

對路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用簡化Bishop法采用推算的實際固結度的固結快剪指標進行計算，其穩(wěn)定安全系數(shù)為1.32;對路堤沿傾斜基底滑動的穩(wěn)定性采用不平衡推力法進行計算，其穩(wěn)定安全系數(shù)僅為1.15;路基穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。考慮到路基側向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內，有關專家及技術人員經研究討論，決定增設路基監(jiān)測斷面，加強監(jiān)測。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，至2009年2月，路基沉降及側向位移并未出現(xiàn)收斂的趨勢，而路基縱向裂縫則有貫通發(fā)展的趨勢，最大寬度約為9 cm。盡管側向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內，但鑒于雨季即將來臨，有關專家及技術人員經研究分析，果斷決定對裂縫路段采取治理措施。

4 路基縱向裂縫產生的原因分析

該路段半填半挖路段，而且軟土橫向為傾斜分布，路基基底為左軟右硬。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，路基最大累計沉降量已達767.0 mm。而處于挖方段的右幅路基，不發(fā)生沉降。由于路基的沉降主要是由軟基的主固結引起的，所以左右路基之間就發(fā)生了高度為767.0 mm的錯動，其之間的路基土不能適應如此過大的變形，導致縱向裂縫的產生。半軟半硬的地質條件以及采用沉降量大的軟基處理方法造成了差異沉降的產生，差異沉降是路基裂縫產生的最直接的原因。

軟基固結沉降，一般伴隨的有強度的增長。對于均勻沉降的路基來說，固結沉降的產生，令強度增加，有利于路基的穩(wěn)定性。但是對于半填半挖路基來說，軟基固結沉降的卻未必有利于路基的穩(wěn)定性。這是因為軟基固結在半填半挖路段表現(xiàn)為差異沉降，使左右路基之間發(fā)生錯動，嚴重時使路基土發(fā)生剪切破壞，形成縱向裂縫，削弱了填方抗滑動能力，若固結帶來的地基土強度增長的抗滑能力增加效果，小于差異沉降引起的抗滑能力削弱效果，此時的軟基固結沉降則不利于路基的穩(wěn)定性。雖然從監(jiān)測數(shù)據(jù)看來，側向位移及沉降速率均在監(jiān)控范圍內，但由于路基沉降及側向位移并未出現(xiàn)收斂的趨勢，說明差異沉降將進一步加大，裂縫也將會繼續(xù)加大，具有潛在不穩(wěn)定的因素存在。路基裂縫的出現(xiàn)以及發(fā)展往往是發(fā)生路基失穩(wěn)滑塌事故的先兆。在軟土地基填筑路堤，滑塌事故的發(fā)生并不鮮見。即將到來的雨季，必將使路基的穩(wěn)定性受到嚴重影響，所以在雨季來臨前，處置裂縫路段是必要的，果斷做出對裂縫路段進行處置的決定是正確的。

5 路基裂縫處理方案

通過地質資料、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，在專家專題會議上提出了若干處理方案，通過技術、經濟的比較進行選定。

5.1 處理方案的選擇

方案一:反壓護道

對原有填方裂縫區(qū)域范圍內并向路基穩(wěn)定部分擴寬2 m范圍的路基土全部進行挖除，分臺階開挖，臺階寬度不小于1 m，清理深度至該范圍砂墊層;路基左側設反壓護道，寬度為25 m，高度2.0 m，反壓護道基底采用袋裝砂井處理，其填土與路基土同時填筑。

方案二:左幅路基改為橋梁

對出現(xiàn)裂縫路段采用橋梁方案，即K32+520-K32+625路段左幅前后兩座通道橋連為一體。

方案三:復合地基

對潛在滑動的區(qū)域范圍內路基土方進行挖除，清理范圍與方案一相同，挖除后對路基基底進行復合地基處理，復合地基方案選擇，分別提出來水泥攪拌樁、C袖閥管注漿、FG樁以及管樁四種方案。水泥攪拌樁造價低，但成樁質量難以保證，樁身強度低，抗剪切能力弱，路基在在施工期間的計算沉降量達35 cm，路基差異沉降較大。CFG樁造價較低，但檢測困難，成樁質量難以保證，且抗剪切能力較弱，路基在在施工期間的計算沉降量達25 cm，路基差異沉降較大。袖閥管注漿成樁質量較好，但是工藝較為復雜，造價較高，且抗剪切能力較弱，路基在在施工期間的計算沉降量達27 cm，路基差異沉降較大。管樁造價高，但由于是預制構件，樁身質量好，施工技術成熟，成樁質量有保證，路基在在施工期間的計算沉降量在15 cm以內，路基差異沉降小。因此選擇管樁復合地基作為該路段軟基的復合地基處理方案。管樁直徑為40 cm，采用正三角形布置，間距為2.2 m，管樁頂設置托板，托板頂面鋪設30 cm厚碎石褥墊層，碎石層的上下面分別設置鋼塑土工格柵。

5.2 處理方案的比較

方案一:處理技術要求較為簡單，安全可靠，而且能有效加快后續(xù)路基填筑的施工進度，處理費用少，但需補征地，且征地面積較大，相應征地費用較多。方案一增加的處理費用約125萬。

方案二:方案技術成熟，安全可靠，不需要補征地，但方案需增加約560萬處理費用，造價高，因此該方案只作為參考方案。

方案三:處理技術要求較為簡單，管樁復合地基可有效減少沉降量，同時也無需進行補征地，但管樁處理的費用較高。方案三增加的處理費用約160萬。

5.3 處理方案的確定

專家組在初期傾向于采用方案一，但是充分考慮了方案一反壓平臺及補征地所可能造成的社會不良影響后，通過對幾種處理方案的進一步研討論證、方案優(yōu)化。最終確定采用基于方案三的優(yōu)化方案:開挖深度至原地面標高以上1 m，左側坡腳3排管樁按三角形布置，樁間距2.0m樁頂采用系梁連接，發(fā)揮約束側向位移、提高抗滑能力的作用;坡腳以內的其余范圍，同樣采用管樁處理，按正方形布置，間距2.5 m，樁頂設托板，該區(qū)域的管樁處理起到減少沉降的作用。

6 處理效果

對該段軟基采用管樁復合地基進行處理后，路基填筑嚴格按照標準進行填土速率控制，根據(jù)監(jiān)測結果，未發(fā)生路基失穩(wěn)報警。該路段目前已通車，路基使用情況良好。

7 結語

從該路段的裂縫產生的原因分析、處理方案比選以及處理效果來看，可以得出以下幾點結論供參考:

(1)對于半填半挖的軟基路段，軟基通常具有基底傾斜、厚度不均的特點。路基經過半填半挖的軟基路段，需要加強地質勘察，建議地質鉆孔按照縱向20 m一個地質橫斷面進行加密布置，橫斷面布設3到4個孔，加密孔可以采用簡易方法進行勘探，以了解原地面坡腳到路堤坡腳及其外側的軟土基底的空間分布及軟土厚度的空間分布特性。

(2)對于基底傾斜路基的軟基處理方案，應十分注重穩(wěn)定性驗算，需重視原地面坡腳附近的軟基基底變陡的空間分布特點，對路堤的堤身穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤沿斜坡地基或軟弱層滑動的穩(wěn)定性分別進行計算。

(3)軟基基底傾斜路基穩(wěn)定性驗算，必須以避免差異沉降發(fā)生作為前提，若預期發(fā)生差異沉降，穩(wěn)定性計算應考慮對路基及地基的強度進行折減。

(4)對于半填半挖路基，差異沉降較為敏感，其軟基處理方案不但要考慮工后沉降，而是首先考慮工前沉降的可接受程度，在半填半挖路段，軟基設計方案應優(yōu)先考慮減少沉降的處理方案，降低出現(xiàn)差異沉降而導致路基失穩(wěn)的風險。

(5)采用排水固結方案進行半填半挖路段軟基處理，可能產生差異沉降而形成裂縫，出現(xiàn)路基失穩(wěn)情況，軟基處理難以獲得令人滿意的效果。

(6)對于半填半挖路段軟基采用管樁復合地基處理方案可行。

［1］公路路基設計規(guī)范(JTG D30-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］公路路基施工技術規(guī)范(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

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2013-01-14