某高速公路高填方路基病害勘察及穩定性評價

張國銀

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

根據現場調查，某高速公路K14+200—K14+292段路面出現不同程度的沉降、開裂等，其中K14+200—K14+256段右幅行車道路面有一縱向裂縫，長度約56 m，裂縫已被瀝青充填，路面沉降幅度約5～10 cm，有發生側滑或存在側滑的潛在危害；K14+183、K14+188等處路面均有橫向裂縫分布，長度約7.5～10 m不等，影響了公路行車的舒適性和安全性。為排除隱患，保障安全，滿足運營期間路基、路面各項指標要求，對此路段進行了工程地質勘察。

1 場地工程地質條件

1.1 地形、地貌

本次勘察路段位于黃土丘陵工程地質區，由于長期受流水侵蝕、切割，地形起伏大，地面黃土沖溝較發育，主溝方向多為北西、北東向。兩病害路段施工前均為一黃土沖溝，屬于高填方路段，標高840～878 m，相對高差約38 m。

1.2 地層巖性

根據鉆探揭示，地層主要由第四系全新統（Q4me）路基填土、（Q4al+pl）沖洪積物、第四系上新統（Q3eol）風積物、第四系中更新統洪積（Q2pl）黏性土組成。分述如下：

a）第四系全新統（Q4me）路基填土 表層 1.2～2.0 m為瀝青路面和混凝土墊層，素填土成份以中密-密實粉土為主，呈褐黃色，稍濕-濕，局部夾有粉質黏土、少量鈣質結核和灰白色鈣質條紋，含有植物根系。

b）第四系全新統（Q4al+pl）粉土呈褐黃色，稍濕-濕，稍密-中密。

c）第四系上新統（Q3eol）粉土呈黃褐色，稍密-中密，稍濕-濕，土質較均勻。

d）第四系中更新統（Q2pl）粉質黏土粉土呈褐黃色，稍濕-濕，中密，粉質黏土呈棕紅色，可塑-堅硬，局部含有鈣質結核。

1.3 地質構造、地震烈度和場地穩定性

項目區位于晉中新裂陷的東部-中東部，晉中新裂陷盆地是典型的新構造運動產物，并處在新構造活動的持續發展階段，裂陷區新構造運動的突出表現形式之一就是區內地震活動頻繁。由于地表均被黃土覆蓋，未發現構造痕跡。

1.4 水文氣象

該地區屬于溫帶大陸性季風氣候，受西伯利亞冷空氣和蒙古內陸干燥氣候影響，四季分明，歷年平均氣溫9.8℃，最高37℃，最低-21.2℃。

區域地表徑流主要由降雨產生，年內降雨分布極不均勻，年降雨量多集中在夏季6—9月份，汛期降雨量占全年平均值的75%，最大降雨量發生在7、8月份，出現局部暴雨的機會較多，非汛期降雨量少，年降水量變異系數0.25～0.35之間。勘察期間，在鉆探深度范圍內未揭示地下水，現場無地表水分布。

2 勘察方法

本次調查范圍覆蓋到沉降路段的路基、邊坡及兩側沖溝，左右兩側最大延伸長度達200 m；地調面積0.2 km2；根據現場環境、病害發育位置、程度及路段長度及沖溝發育情況，項目區路段共布置2個斷面（如圖 1、圖 2），4 個鉆孔，孔深 20～30 m，累計鉆探進尺96 m。鉆探取樣間距填土為1.0 m，原地層為2.0 m，所有鉆孔巖芯均拍照存檔。共采取原狀樣品（土樣）64件，

圖1 工程地質橫斷面圖Ⅰ-Ⅰ’

圖2 工程地質橫斷面圖Ⅱ-Ⅱ’

3 路基沉降變形原因分析及穩定性評價

3.1 地質勘探及地層特征

從鉆孔土樣試驗資料與斷面圖分析，0.0～0.9 m為路面結果部分，平均厚度0.85 m，最薄為0.7 m，其余孔為0.9 m，主要為路面結構層，路面結構以下地層如下：

a）第四系全新統（Q4me）路基填土 填土成份以中密-密實粉土為主，局部夾有粉質黏土、少量鈣質結核和灰白色鈣質條紋，含有植物根系，混合不均勻，呈黃褐色，中密-密實狀，稍濕-濕，0.7～17.1 m，平均厚度12.4 m。其中ZK3最厚為17.1 m。路基填土上部局部路段含水量偏高，其中ZK2鉆孔0.9～3.6 m含水量19.1%～22.5%，飽和度68.6%～81.1%，孔隙比0.64～0.89；ZK3鉆孔8.4～9.6 m含水量21.3%，飽和度73.4%，孔隙比0.79。另外，在K14+254路段附近右側路基坡腳涵洞出水口填土土體含水量大，呈可塑狀態，手捻可呈條狀。

b）第四系全新統（Q4al+pl）粉土呈黃褐色，稍濕-濕，稍密 -中密。ZK2鉆孔 7.2～9.2 m，含水量22.5%，飽和度 66.4%，孔隙比 0.92；ZK3鉆孔17.1～25.0 m，含水量8.9%～11.9%，飽和度26.9%～49.1%，孔隙比 0.87～0.91；ZK4鉆孔 16.8～28.4 m，含水量12.2%～18.0%，飽和度47.3%～53.1%，孔隙比0.63～0.84。

c）第四系中更新統（Q2pl）粉質黏土土質較均勻，含鈣質結核及菌絲，黏性較弱。含水量14.9%～18.7%，塑性指數 10.1～14.9，液性指數小于 0，呈堅硬狀態。

3.2 病害原因分析及穩定性評價

根據地質調查和斷面分析，路基裂縫及沉降病害主要發生在填挖交界處和高填方路段，K14+200—K14+292段裂縫以縱向裂縫為主。沉降原因及穩定性評價如下：

a）原填方路段原地形為“V”沖溝，地表水下滲易匯集于原沖溝溝底，造成填土與原地層交界面附近土層含水量偏高，降低土體強度，造成地基沉降。

b）該段路基屬于填挖結合路段，在填挖交界部位由于路基壓實不足容易引起路基不均勻沉降。

c）K14+250附近為填方路段，設置有管涵，該處地勢平緩，排水不暢，致使填方邊坡坡腳附近土體含水量增大，土體強度降低，影響路基側向穩定，在路基頂部形成縱向裂縫。同時地表水排泄不暢下滲引起路基局部土層含水量增大、強度降低是引起填方路段路基產生不均勻沉降變形的主要原因[1]。

d）ZK2、ZK3、ZK4 分別于 5.0 m、11.5 m、7.0 m處漏漿，可能存在小空洞，造成路基不均勻沉降。

4 處治措施

a）加強對填方沉陷路段的觀測，及時封填地面裂縫，防止雨水的再次滲入軟化路基，并對沉降路段進行注漿處理。

b）對K14+200—K14+292高填方路段右側路堤邊坡坡腳采用支擋防護措施，并疏通涵洞及沖溝排水系統，防止地表水繼續浸泡軟化路基坡腳，影響路基側向穩定性。

c）完善路基路面排水措施，減小地表水對路基的影響。

5 結語

路基質量直接影響公路運營和行車安全，減小路基的不均勻沉降是一個值得不斷研究的課題，首先在勘察階段應查明路基工程地質條件，施工中應對路基填挖結合部位、排水設施采取科學合理的處治措施，嚴格控制施工質量和填筑材料，確保路基有足夠的穩定性和耐久性，能夠承載車輛的反復荷載并抵御自然條件的影響。