阳盂高速桃河特大桥桥头路基沉降处治

王彦章

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

近年来，随着高等级公路的不断发展，在车辆荷载的不断作用下，高速公路桥头路基出现沉降变形，路面出现开裂，作为常见公路病害之一，严重影响了道路交通运输的畅通与安全，已经引起业界的足够重视。

1 工程概况

阳盂高速于2011年5月建成通车，2013年5月，发现该高速桃河特大桥盂县端桥头路基K8+830.8～K8+852段左幅路基出现沉降变形，路面有细小裂缝出现。该路段为填方路段，中心最大填土高度12m。至2013年7月底，在左幅桥台桥梁锥坡上发现大量贯通裂缝，路面上的裂缝进一步发展，自然沟底以上5～6m处坡面上发育一环形鼓胀裂缝，显示该段路基发生滑移变形，详见图1。经测量，变形区域整体呈扇形，最宽达60m，主轴长度50 m，走向190°。

图1 路面及桥台护坡裂缝

2 勘察成果

采用地质调查和钻探相结合的方法，对该场地进行地质调查，完成沉降边界裂缝及剪出口位置准确测量，实测沉降主轴断面，并对该场地进行工程地质钻探。

2.1 地层岩性

经钻探揭示，场地岩性主要由第四系全新统(Q4)路基填土、第四系上更新统坡洪积()碎石土和奥陶系中统峰峰组(O2f)灰岩组成。

1)第四系全新统(Q4)路基填土:路基填土分为杂填土和素填土两种，杂填土成份以碎石土为主，含有薄层砾砂和卵石成份，表层0.6m为沥青路面，碎石颗粒成分主要由全～强风化灰岩碎块、碎屑组成，含少量全风化泥灰岩碎屑，稍密，稍湿，一般粒径1～6cm，最大粒径9cm;素填土成份以稍密粉土为主，褐黄色，稍湿～湿，局部含有零星碎石。

3)奥陶系中统峰峰组(O2f)灰岩:青灰色，强风化，结晶结构，层理构造，节理裂隙发育，岩心为碎块状及少量短柱状，一般长2～4cm，最长8cm。

2.2 地质构造

本场地岩层为单斜构造，倾角小于5°，产状较平缓，构造对场地稳定性无影响。

2.3 水文地质

本段路基在钻探范围内未揭示地下水，但在钻孔第四层9.8～12.4m粉土层中，含水量较大，饱和度达 81.6% ～90.9%。

3 边坡稳定性分析与评价

该场地位于黄土披盖基岩中低山区，勘察区为基岩中缓坡，上覆坡洪积碎石土和路基填土，填土揭示厚度12.4m，左侧护坡坡脚距路线中心30～50m，坡脚与路基标高最大高差30m。路基填筑之前的原地面坡度较大，达18°，填土底部为一层粉土，钻孔揭示厚度为2.6m，雨季地表降水渗入，导致该层粉土含水量增大，含水率达20% ～23.4%，饱和度达81.6% ～90.9%，抗剪强度大大降低，使坡体产生沉降及滑移变形。

总体评价，边坡稳定性较差。

4 处治原则及处治方案

采用一次根治，不留后患，综合治理，确保安全的处治原则。

针对该段路基左幅路基出现沉降变形，造成了路基的不稳定，路面有裂缝出现，从以下几个方面进行综合考虑，采取如下处理方式:

1)在桥台锥坡第一级平台处设置抗滑桩，阻止路基继续下滑。

2)为提高路基的整体强度，挖除路面后，路基下挖0.84m，清除已填筑的填土，换填碎石土。

3)为填充填石路基的空隙，提高路基的强度和稳定性，采用压力注浆，通过浆液渗透，固结路基，钻孔深度13～15.5m，靠近路基边缘的两排注浆管采用φ50钢管，其余注浆管采用φ50PVC管，注浆孔间距1.5m。

4)完善修复原路基防护排水设计及路面的重新铺筑。

4.1 抗滑桩设计方案

4.1.1 推力计算

为查明边坡的工程地质条件，共布设了1个地质断面，由于后缘及剪出口位置明确，故在断面上布1个钻孔控制地层。变形主轴横断面最具代表性，取其为控制性断面进行计算。边坡破坏是沿边坡中部剪出，其潜在滑面为路基素填土与原地面的界面。

边坡目前处于蠕滑阶段，稳定系数Ks取0.98，滑体取天然重度平均值γ=22kN/m3。滑带土为素填土，成份为稍密粉土，湿，塑性指数7.7～7.9，液性指数0.75 ～0.94。

滑带土的剪切强度直接影响计算推力的数值和处治工程量与处治方案，为了选择合理的强度参数，采用综合方法进行确定。即根据滑带土剪切试验的数据，结合相同或近似地质条件下滑带土的经验数据，反算滑带土的强度参数，最后进行综合分析，选定可能恶化条件的强度指标作为计算推力的依据。

采取滑带土作残余抗剪强度试验，相关参数见表1。

由上表可知，c值试验数据和经验数据的分布区间基本一致，φ值的试验数据偏大，因滑带土样品中含有少量砂砾所致。反算指标为假设 c=7.5kPa，反算φ值。

采用传递系数法折线形滑面稳定系数计算公式，经计算，φ值为12°，在经验数据的区间之内。故在推力计算时，采用c=7.5kPa，φ=12°作为计算依据。

根据剩余推理计算公式，滑动主轴横断的剩余下滑力见表2。

表1 滑带土的抗剪强度参数

表2 滑动主轴断面推力计算表 (kN·m－1)

4.1.2 抗滑桩设计

经过以上推力计算，为保证路基的稳定性，防止坡体继续侧滑，需在桥台锥坡第一级平台处设置抗滑桩，桩中心距均为6.0m，抗滑桩采用人工挖孔桩施工工艺，设钢筋混凝土护壁。其中1～5号桩采用截面尺寸为2.0m ×3.0m 的抗滑桩，桩长17.0m，共5根;6～10号桩采用截面尺寸为1.6m×2.4m的抗滑桩，桩长14.0m，共5根，抗滑桩设计平面布置见图2。

4.2 注浆设计方案

4.2.1 处治范围及方法

根据勘察结果，对左幅K8+830.8～K8+852段路基选用压力注浆进行加固处理，长度21.2m，处理宽度11.25m。

4.2.2 注浆设计

图2 抗滑桩平面布置图

注浆孔采用梅花形布置，孔间距和排距为1.5m，全段共分为4 个区(A、B、C、D)，设计孔间距为1.5m，钻孔数量91个，孔深13 ～15.5m。

注浆初始压力 0.5 ～1.0MPa，终孔压力为 1.0～1.5MPa，抗压强度不小于 3MPa。

4.2.3 浆液配合比设计

根据工程经验和材料配比试验，水灰比宜为1∶1.0。根据现场情况，采用在浆液中掺加水泥重量3%的水玻璃速凝剂，使注入路基的浆液尽快凝固，防止浆液流失。

4.2.4 注浆材料及其质量要求

本设计文件中所规定的注浆材料由水、水泥、速凝剂组成。施工拌制用水符合《混凝土拌合用水标准》。水泥为符合国家标准的32.5#硅酸盐水泥或具抗腐蚀性的同标号其它水泥，采用汽车运输。速凝剂选用水玻璃，水玻璃的浓度为35～40波美度，水玻璃细度模数 2.4 ～3.4。

4.2.5 注浆量设计

根据设计要求和现场试验，每米的注浆量约为0.4 ～0.5m3，每米水泥用量为300 ～375kg(1 ∶1.0水泥浆液密度为1.5t/m3)。

4.2.6 注浆工程数量

本项目共需完成注浆孔91个，钻孔总进尺1313m，注浆量 616.9m3，水泥用量 462.7t，水用量 462.7t，水玻璃用量 13.9t，φ50 钢管注浆管403.0m，φ50PVC 注浆管910.0m。

5 施工要点

1)施工顺序:先进行抗滑桩的施工，施工完成后，挖除路面及路面底基层以下0.84m厚路基填土，然后钻孔注浆，换填0.84m厚碎石土，施工防护及排水，最后铺装路面。

2)抗滑桩施工应按照“隔一挖一”的施工顺序进行开挖，第一序次的桩开挖浇注成型后，方可进行下一序次桩的施工。

3)抗滑桩应分节施工护壁，每节开挖深度为1.0m，开挖一节，做好该节护壁，当护壁混凝土具有一定强度后方可开挖下一节。

4)浇注混凝土时，必须保证护壁不侵占抗滑桩截面空间，桩孔开挖过程中应随时校准其垂直度和净空尺寸。

5)路基注浆加固区，28d的抗压强度要求不低于3MPa。

6 结束语

综上所述，针对该段桥头路基沉降变形，路面开裂，导致边坡稳定性较差的现象，采取了在桥台锥坡第一级平台处设置抗滑桩和对路基进行压力注浆加固路基的处治方案，并提出了施工要点。为解决类似问题提供一定思路。

［1］JTG D30－2004，公路路基设计规范［S］.

［2］JTG F10－2006，公路路基施工技术规范［S］.

［3］邓学钧.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］JGJ 79－2012，建筑地基处理技术规范［S］.