某高速公路石拱通道裂缝产生原因分析及处理

王

1 概述

某高速公路第25合同段K74+760为1-4 m石拱通道，洞顶填土12.64 m，由于雨水作用通道西侧发生整体沉降，导致整体式基础和拱圈发生与通道轴线基本平行的纵向裂缝(见图1)。针对该情况，施工单位组织专门人员，每天对裂缝进行观测，分析查找裂缝出现的原因，并提出相应的处理意见。

2 原因分析

2.1 原地质情况

该通道地基处在挖方地段，但西侧为洼地，表层有积水和淤泥，基础开挖到基底设计标高附近时发现地基土为湿陷性黄土。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起湿陷变形，下沉量大、下沉速度快，造成结构物失稳性变形。施工单位根据设计要求采用强夯法处理该通道地基，改善土的物理力学性质，消除湿陷性黄土地基的危害。

2.2 原地基处理

原地基承载力为180 kPa，该通道地基承载力设计为 300 kPa，原地基经强夯处理，锤重10 t，底面积1.401 8 m2，落距5.5 m，最后两击的平均沉降量为 10.5 mm，8.5 mm，13.5 mm。计算得强夯的治理深度h＞5 m，地基处理满足设计施工要求。另经轻型触探仪检测得处理后的地基平均承载力为364.6 kPa，大于地基设计承载力300 kPa，同样得出地基处理后的承载力满足设计施工要求。

2.3 裂缝观测

2006年5月17日，路基填土到通道顶标高时通道出现裂缝(裂缝宽度3 mm)，此后每天安排技术员进行裂缝观测，观测结果显示，前期每下一次大雨后裂缝宽度就有较大幅度的增长，到2006年6月26日该通道的沉降开裂基本趋于稳定不变，到2006年7月3日，裂缝达到最大宽度 40.1 mm。7月12日以后，裂缝宽度一直未发生变化，最大值仍为40.1 mm。

2.4 钻芯取样

根据通道裂缝出现的情况分析可知，地基沉降发生在通道西侧。施工单位聘请地质队对该通道地基做物探分析，发现通道基础下部存在局部空洞现象，但空洞具体宽度和深度不确定。后施工单位又组织采空区队伍对通道西侧进行钻芯取样，总钻进深度为106.6 m，未出现异常现象，但在钻机平台下16.4 m～17.2 m(通道基础底面以下40 cm左右)处出现掉钻现象。经土样分析此掉钻段为湿陷性黄土地段，而通道西侧本为洼地，通道施工中雨水、施工临时用水及雨水都汇聚在基础西侧附近，该处的湿陷性黄土遇水自行塌陷形成空洞，导致通道地基整体偏向西侧沉降形成裂缝。

2.5 原因总结

造成石拱通道沉降开裂的原因有三点:1)通道基础为湿陷性黄土地基;2)施工过程中临时排水设施处理不当，施工中地表水流入通道地基下;3)通道施工完成后仍有地表水从洞口和沉降缝处流入地基内。

3 处理方案

3.1 地基加固

1)在通道基础西侧外边缘2.0 m处布一道垂直注浆孔，使通道基础西侧外边缘形成防渗帷幕，阻止基础下注浆向外流散。帷幕注浆孔孔深12 m(洞身上口算起)，注浆段 5.2 m～12 m，孔距为1.5 m。水泥浆的水灰比为1∶1，为使水泥浆液能够迅速凝固和防扩散较远，掺入30%(体积比)或水泥重量的1.5%的水玻璃溶液(40°Be′)，水玻璃的模数为 3～ 3.3，注浆压力为 0.3 MPa～0.5 MPa。2)在通道基础外边缘1.0 m处设一排倾斜孔，通道内纵轴线及纵轴线偏西0.5 m处各设一排倾斜孔，采取斜孔对基础下土层进行注浆加固，基础外边缘斜孔倾角为10°，通道内纵轴线上斜孔倾角为30°，纵轴线偏西0.5 m斜孔倾角为45°(施工中根据具体情况可适当调整)，尽量保证西侧台身下方注浆饱满。基础外边缘斜孔及纵轴线上斜孔注浆段为5.2 m～12 m，纵轴线偏西0.5 m斜孔注浆段为5.2 m～9.4 m(具体见图2，图3)，倾斜孔孔距按1.5 m布设，但根据钻孔情况在有空洞段孔距按1.0 m布设。注浆孔水灰比采用1∶1，注浆压力为0.5 MPa～1 MPa，每孔采取少量多次的间歇注浆方式，注浆流量为15 L/min～20 L/min，注浆结束的标准为0.3 L/min。3)施工要求。a.选用42.5级细颗粒水泥，并且在施工前要进行注浆效果试验。b.为保证水泥浆液的稳定性，防止水泥颗粒离析、沉淀，在水泥浆液中加入3%～5%的膨润土。c.注浆孔的钻孔孔径一般为89 mm。注浆花管长5 m，花孔数为25个，孔径为5 mm，花孔孔距为6 cm。d.注浆顺序应先外围帷幕孔再注倾斜孔。为防止注浆过程中冒浆和附加沉降，所有的注浆孔采取跳孔施工。e.施工中可根据试注的效果调整其注浆参数。f.注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。g.间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间不得小于10 min。h.通道基础进行注浆处理后，需进行动力触探试验检验其注浆效果。

3.2 通道加固

通道基础进行灌浆处理后，采取动力触探进行检验其注浆效果，满足承载力要求后方可进行拱涵加固。将通道上路基填土按1∶0.75开挖，将原护拱砌体拆除，在通道纵、横断面布置φ 25的钢筋，钢筋长度60 cm，间距为50 cm，插入原砌体40 cm，在植入的钢筋上纵横向绑扎φ 10的圆钢形成钢筋网片，再在原拱圈砌体上浇筑30 cm厚的混凝土拱圈(见图4)。

3.3 防水处理

基础经过注浆处理后，通道西侧下部整体形成一个防水封闭结构。对于沉降缝处填沥青麻絮止水，通道开挖处的洞身需重新刷胶泥防水层。对于进洞口因水流汇聚，在八字墙四周的地表先用二八灰土处理，再在其上浇筑一层15 cm厚的C25防水混凝土，其纵坡和通道设计纵坡(0.5%)一致并设计单向横坡(2%)偏向通道西侧，将地表水汇聚在通道的西侧，在西侧的洞脚处设置排水沟，把进洞口的地表水引出洞外，并把与排水沟接触的洞身做防水处理。同时处理过程中需加强临时排水，保护通道地基。

4 结语

该通道加固处理后，经动力触探检验其地基承载力符合设计施工要求，通道顶路基土回填后，通道无开裂现象。由于湿陷性黄土地基遇水塌陷引起该通道出现裂缝，因此在以后的施工中针对湿陷性黄土地基需经强夯处理，改善土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷变形，并在湿陷性黄土地基上铺一层30 cm厚的二八灰土防水，同时要处理好通道沉降缝止水问题，以防施工过程中的临时排水及施工完后的地表径流流入湿陷性黄土地基中。

[1] 赵鹏飞.大断面黄土隧道地面裂缝控制措施研究[J].山西建筑，2009，35(8):339-340.