高填方路堤沉降变形原因及处治措施

李云

（中铁长江交通设计集团有限公司，重庆 400000）

0 引言

近年来，我国高速公路建设快速向山区延伸，而山岭重丘区由于较大的地形高差、陡峻的地面横坡和路线平纵指标限制均使得高速公路路线区域内出现较多的高填路堤和深挖路堑[1]。设计中要秉持“环境友好、资源集约”的绿色公路理念[2]。按规范定义，填土高度大于20m或填土高度虽未达到20m但基底有软弱地层发育，填筑的路堤有可能失稳、产生过量沉降及不均匀沉降时，应划入高路堤，并逐工点勘察设计[3]。高路堤若处治不当会造成路面沉降变形、路面纵横向开裂和路堤整体失稳，威胁行车舒适性和安全性[4]。夏英志等[5]采用数值模拟的方法探讨了填方高度、基土压实度和填筑材料对高填方路堤沉降的影响；蔡业青等[6]采用钢花管注浆对部分沉降开裂的高路堤进行了处治。本文以重庆山区某高填方路堤为例，分析路堤沉降原因，并结合该高速公路通车情况提出相应的处治措施。

1 工程概况

重庆市某高速公路K33+620—K33+700 段为高填路堤，路线由南向北跨越一丘陵沟谷，圆曲线半径R=1500，超高横坡4%，路面路基设计宽度为24.50m，最大填方高度约22.0m，工点起点接填挖交界，终点接路肩挡土墙，挡土墙外侧采用锥坡进行衔接。设计处理措施为：对地基土进行挖除换填，对路堤采用间距4m一层1000kN·m 普夯进行处理，在路面以下1.5m 处，设置3层间距为0.6m的钢塑土工格栅，坡面防护采用拱形骨架。路面结构为4cm SBS AC-13+6cm SBS AC-20C+8cm AC-25+20cm 水泥稳定碎石+20cm 水泥稳定碎石+20cm 水泥稳定碎石。超高段排水采用纵向集水槽+集水井+横向排水管的形式。

2 沉降变形原因分析

2.1 工程地质条件概况

高填路堤工点区为构造剥蚀中低山地貌，为U形沟谷，冲沟发育方向约290°，沟底地形较平缓，地面横坡缓于1∶5，沟宽20～30m，沟两岸地形坡度为40～50°，局部为陡崖，相对高差约50m。沟谷中覆盖层为第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）粉质黏土，最大厚度约2.5m，呈软～可塑状，两侧沟壁为侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）泥岩、砂岩，岩层产状近水平。地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。地下水类型主要为松散土层孔隙水和基岩风化裂隙水，地下水总体较贫乏，雨季降雨后，冲沟汇水由东向西排泄。

2.2 沉降变形特征

2.2.1 路面沉降变形特征

该高速公路于2020 年10 月通车，至2021 年5 月，中分带竖向位移为15cm，左侧路肩处位移为18cm，尚未超过规范要求的容许沉降临界值30cm。2021 年6—9月，雨季期间，沉降持续增加，至2021 年10 月，中分带竖向位移为128cm，左侧路肩处位移为80cm。路面形成圆弧状拉裂缝，宽0.8～1.5m，中央分隔带护栏发生弧形下沉（如图1 所示），土路肩发生纵向裂缝，缝宽约1～1.5cm。

2.2.2 坡面变形特征

图1 护栏沉降变形

填方边坡高22m，第一级边坡坡比1∶1.5，坡高8m，平台宽2m；第二级边坡坡比1∶1.75，坡高12m，坡脚采用3m 高护脚，埋入地下1.0m。第一级边坡中下部骨架开裂错动，骨架底梁发生剪切裂缝，缝宽约0.5～1.5cm，延伸长度1.5～2.0m（如图2 所示）；第一级平台近锥坡处，发生局部爆皮开裂；锥坡与挡墙衔接处，裂缝开展较大，约2～4cm（如图3 所示），且从挡墙顶部延伸至挡墙脚趾处，此外可见锥坡坡面浆砌片石竖向贯通性裂缝。第二级边坡拱形骨架未见裂缝等变形，第二级边坡平台及坡脚护脚墙没有发现推移变形等现象。

图2 第一级平台变形特征

图3 锥坡变形特征

2.3 沉降变形原因分析

本段高填方路堤的变形主要集中在路面、第一级边坡和锥坡等部位，第二级边坡及坡脚挡墙等完好，路面未发生明显的下错开裂。填方基面横坡较为平缓，不是陡斜坡路堤。沟底覆盖层薄，且采用彻底换填对其进行了处理。综合地形地质条件、工程结构物的衔接和变形特征等分析认为：

（1）高路堤的变形是由于锥坡压实度不足造成其对路堤主体侧向约束不够而引起的第一级边坡不均匀沉降变形，路堤不存在整体圆弧滑动的情形。

（2）路面和中央分隔带不均匀下沉，产生裂缝，致使暴雨季节超高段和中央分割带雨水下渗，进一步加快了变形的发展。

（3）高速公路开通后，车辆特别是重车的反压碾压产生的动荷载使得不均匀沉降进一步加剧。

3 处治设计及施工工艺要求

3.1 处治措施

根据现场调查结果和分析，结合高速公路已经通车的实际情况，采用坡面注浆+封闭中分带、钻孔排水+加铺沥青路面的处治方案。

（1）注浆。为控制沉降的进一步发展，对锥坡、第一级边坡和第一级平面采用钢花管注浆处理。锥坡区域和第一级边坡区域，采用长9.0m、外径90mm、壁厚5mm 的注浆钢花管斜向注浆，角度与水平方向呈20°夹角，按正三角形布置，孔间距为2.6m。填方一级平台范围内，采用长12.0m、外径90mm、壁厚5mm 的注浆钢花管竖向注浆，按矩形布置，横向间距1m，纵向间距1.5m。

（2）排水设计。对中央分隔带采用隔水土工膜+2cm 厚水泥砂浆进行封闭；对超高段纵向集水槽拉裂缝采用环氧树脂进行填塞，封闭失效的横向排水管，路肩侧按间隔30cm进行横向钻孔，重新安设横向排水管。

（3）路面恢复。夜晚凌晨至次日早上，对沉降的路面进行铣刨，按原设计标高加铺沥青。

（4）监测措施。对中分带、路肩、一级平台和锥坡处安设GNSS 变形监测设备，对处治效果进行监测分析。

3.2 注浆施工工艺

3.2.1 注浆压力

注浆压力是控制注浆质量和浆液量的重要参数。第一次灌浆，注浆压力采用0.1～0.2MPa，以形成硬壳层；然后再次注浆，注浆压力采用0.2～0.3MPa，灌浆泵和孔口处均安设压力表，最大标值不宜大于1.5MPa。注浆压力以孔口压力表指针摆动中值为准，误差不得超过5%。

3.2.2 浆液配置

（1）注浆液搅拌

注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。搅拌浆液不短于3min，搅拌好的水泥浆液用不大于3×3mm 的双层滤网进行过滤后方能使用。

（2）浆材、浆液要求

采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，其质量品质应满足现行国家标准；拌和采用生活用水或饮用水，不能采用生活污水和工厂排放污水或含有有机悬浮质水及其他对混凝土有害的水作为浆液拌和用水；第一次注浆配合比为水∶水泥=1∶1，第二次注浆配合比为水∶水泥=0.8∶1。

（3）注浆方式

注浆时分两次压力注浆，第一次注浆后4～6h 后进行第二次注浆，注浆均带压注浆，注浆时采用如下工装进行加压、保压，钢管与封堵时埋设钢管直径相同，使用时用管道夹具连接牢固，注浆完毕后需稳压2～3min。

（4）注浆观测

注浆施工过程中，须派专人巡视护脚、观察和记录其位置状况，同时对窜冒浆情况进行观测和记录，一旦发现异常情况，要及时采用封堵、减压、浓浆、间隙法注浆等措施进行处理。如遇塌孔严重时，可采用花管注浆法或其他不严重影响注浆质量的方法。注浆孔钻孔施工过程中，应有针对性地选取不少于3孔进行取芯钻进，并对填料的土体性质进行记录。对不取芯的钻孔，若遇空洞、垮孔、软塑土、大块石、地下水等异常情况应进行记录和描述。

（5）止浆

在规定压力下，注浆量小于1L/min 时，稳压2～3min，若压力不下降或压力下降不超过5%，则可正常止浆。

（6）特殊情况处理

对于孔底漏浆严重的情况，可采用浓浆封底；对于变形过大不能正常止浆的情况，可采用2～3min 间隙法注浆；若仍不能抑制变形，间隔1～2d后进行复灌。

（7）处治效果检验

采用钻孔取芯复灌法对处治效果质量进行检验。注浆结束后，复灌孔的数量应按规定频率随机抽选，复灌孔采用1 次成孔1 次注浆法，注浆应满足止浆标准，止浆后记录复灌孔注浆量。复灌法验收标准为复注孔注浆量小于邻近注浆孔平均注浆量的25%，否则应进行补灌，每一处处理工点至少1个复灌检测孔。当注浆孔数大于50 个时，复灌检测孔数不少于4 个。同时可以根据要求增加面波检测，通过填筑体注浆施工前后面波检测结果，对注浆施工质量进行综合判断。

（8）监测数据要求

连续两个月观测的沉降量每月不超过5mm，即认为路堤已经稳定。

4 结论

山区高度公路建设不可避免地面临高填路堤工点，高路堤处治不当会造成路面沉降变形、路面纵横向开裂、路堤整体失稳等病害，威胁行车舒适性和安全性。通过对重庆山区某高路堤的地形地质条件、变形特征和处治设计等的分析认为：

（1）该段高路堤第一级边坡不均匀沉降变形主要因锥坡压实度不足造成其对路堤主体侧向约束不够而引起，路堤不存在整体圆弧滑动的情形。

（2）路面和中央分隔带不均匀下沉，产生裂缝，致使暴雨季节超高段和中央分割带雨水下渗，进一步促进了变形的发展。

（3）高速公路开通后，车辆特别是重车的反压碾压，产生的动荷载使得不均匀沉降进一步加剧。

（4）结合高速公路通车实际情况，采用坡面注浆+封闭中分带、钻孔排水+加铺沥青路面的处治方案对沉降变形进行处治。研究认为，控制注浆工艺和加强质量检测是保证处治效果的关键。