贵州山区高速公路路基工程水毁病害综合治理措施探讨

李 阳，滕梓檬

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳市 550001)

1 工程概况

1.1 公路概况

某高速公路于2009年12月开工建设，2013年12月建成通车。全线采用双向四车道，设计车速80km/h，路基宽度为24.5m。

该高速公路K1343+650～K1343+900段上行路基以填方形式通过，最大填高约16.8m，其中K1343+650～K1343+720、K1343+780～K1343+840段采用抗滑桩+锚索+挡土板进行支挡，其余段落均采用路肩墙进行支挡[1]，见图1。

图1 K1343+650～K1343+900段路基全貌

1.2 水毁路基概况

2017年8月，该段路基桩板墙边缘出现轻微沉降、开裂等现象。2019年6月，沉降及开裂现象加剧，抗滑桩露出地面位置出现斜向剪裂缝、桩顶及桩身出现不同程度的开裂现象，裂缝最宽约1.2mm，最长约2.3m，路边缘最大外倾约43cm，桩板墙后侧路面出现纵向裂缝及下沉等，见图2、图3。

图2 地表裂缝

图3 桩顶开裂

2 水毁路基勘察及检测

2.1 工程地质勘察

2.1.1地形地貌

场区地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，位于铜仁地区铜仁市坝黄镇木弄村境内，场区附近海拔277.10～385.10m，相对高差108.00m，地貌类型属侵蚀-剥蚀型低山地貌。植被较发育，多为灌木及耕地作物。

2.1.2地层岩性

(1)人工填土：为高速公路路基填筑土，杂色，结构密实，成分主要为碎块石土。

强风化粉砂质泥岩：灰黄色，薄至中厚层状，节理发育，沿节理面见紫色铁锰质浸染，岩体破碎，岩质软。

中风化粉砂质泥岩：灰、深灰色，薄至中厚层状，节理多不发育，沿节理面见紫色铁锰质浸染，岩体较完整，岩质较软。

2.1.3路基病害概况

该段路基以填方形式通过，后缘山体规模较大，汇水面积大，雨季水量丰沛。坡面发育数条冲沟，雨季水量较大，属典型雨源型溪沟。同时，K1343+810处抗滑桩前侧分布有一池塘。

2019年6月，该段路基病害加剧，具体如下：

(1)K1343+650～K1343+720段路边缘及行车道出现纵向裂缝，裂缝长约12m，抗滑桩露出地面位置出现斜向剪裂缝、桩顶及桩身不同程度地出现开裂现象，裂缝最宽约1.2mm，最长约2.1m，路基边缘外倾约20cm。

(2)K1343+780～K1343+840段上行线行车道出现纵向裂缝、下行线超车道位置出现纵向裂缝，裂缝长约15m；抗滑桩露出地面位置出现斜向剪裂缝，桩顶及桩身不同程度的出现开裂现象，裂缝最长约2.4m，裂缝最宽约1.2mm；路边缘路面下沉约7cm，路边缘最大外倾约43cm。

图4中：黑色箭头为水体汇流方向；抗滑桩变形区黑色矩形为检测受损抗滑桩；L1、L2、L3为实例地表裂缝。

图4 水毁段路基工程地质平面图

2.2 工程检测

2.2.1工程检测结果

根据贵州某咨询有限公司出具的《某高速公路K1343+650～900段抗滑桩检测报告》，检测结果如下：

(1)4#桩处路面下沉约5cm，路面中线处纵向裂缝长10m，路基边缘外倾约20cm。

(2)18～21#桩处路基下沉约7cm，距路基边缘约4m处路面纵向裂缝长6.5m，路基边缘外倾约43cm。

(3)4#抗滑桩露出地面位置斜向裂缝，1号裂缝长2.1m、裂缝宽1mm；2号裂缝长2.2m、裂缝宽1.2mm；3号裂缝长1.15m、裂缝宽1.2mm。

(4)18#抗滑桩露出地面位置斜向裂缝，1号裂缝长2.3m、裂缝宽1.2mm；2号裂缝长2.5m、裂缝宽1.0mm；3号裂缝长1.5m、裂缝宽1.0mm。

(5)19#抗滑桩露出地面位置横向裂缝，1号裂缝长0.7m、裂缝宽1.0mm；2号裂缝长0.9m、裂缝宽1.0mm。

(6)20#抗滑桩露出地面位置斜向裂缝，1号裂缝长2.2m、裂缝宽1.2mm；2号裂缝长1.0m、裂缝宽1.2mm。

(7)21#抗滑桩露出地面位置斜向裂缝，1号裂缝长2.4m、裂缝宽1.2mm；2号裂缝长1.9m、裂缝宽1.2mm。

2.2.2工程检测结论

根据贵州某咨询有限公司出具的《某高速公路K1343+650～900段抗滑桩检测报告》，总体检测结论为：由于该段路基存在下沉和外倾，抗滑桩露出地面底部出现受剪引起的斜向及横向裂缝，同时抗滑桩锚索存在失效的可能，对该路段结构安全、行车安全存在较大隐患。

加上时值贵州降雨季节，为避免病害扩大，危及高速公路营运安全，业主单位当下已对该段路基上行线行车道及应急车道进行交通管制，并组织相关单位立即展开相关勘察设计治理工作。

3 水毁路基病害成因分析

根据综合地质分析，病害形成原因如下：

(1)地形地貌：该段路基为填方路基，最大填高约16.8m，位于斜坡前缘，横跨两条沟谷，为场区地表水及地下水的主要汇流区域。

(2)地层岩性：该段路基下伏基岩为粉砂质泥岩，强风化层节理裂隙发育，易于富水，中风化层相对隔水。

(3)强降雨作用：该段路基后缘山体为蓄水构造，雨季水量丰沛；边坡区整体为单斜地貌，汇水面积大。雨水易沿土体孔隙及节理裂隙下渗，富集于填方区域。加之路基以桩板墙的形式进行支挡，雨水下渗后无法在短时间内完全排出，极易形成静水压力；同时路基填料以粉砂质泥岩为主，受雨水浸泡，极易软化、崩解，抗剪强度指标急剧降低。在静水压力骤增、填料强度遇水不断降低、车辆荷载等长时间综合作用下，桩板墙产生变形、开裂，导致路基沉降、滑移破坏，进而诱发路基失稳破坏。

4 病害综合治理

该段路基作用于支挡体系上的力系主要有车辆荷载、主动土压力、静水压力等，路基的破坏模式主要为沿填土内产生近圆弧滑移破坏[2]。

4.1 剩余下滑力计算

该段路基已产生破坏，根据K1343+814典型横断面(图5)，按路面裂缝及抗滑桩剪切裂缝位置确定滑面，按稳定系数Fs=0.98进行反算，计算得滑面参数c=0、φ=28.5°。按公路路基设计规范，取安全系数K=1.35，计算得剩余下滑力E=650kN/m。

图5 K1343+814断面计算简图

4.2 侧向岩土压力计算

由于桩间挡土板上泄水孔无法将下渗雨水完全有效排出，结合场区降雨强度、路基结构特点，填方体水位按路面下3m考虑，侧向岩土压力采用水土分算方法进行计算：

(1)根据K1343+694典型横断面(图6)计算得水压力Ew=490.1kN/m、土压力Ea=376.9kN/m，土压力合力E=866.9kN/m。若水体能有效完全排除，计算得主动土压力Ea=496.4kN/m。

图6 K1343+694断面计算简图

(2)根据K1343+814典型横断面(图7)计算得水压力Ew=952.2kN/m、土压力Ea=591.8kN/m，土压力合力E=1543.9kN/m。若水体能有效完全排除，计算的主动土压力Ea=824kN/m。

图7 K1343+814断面计算简图

4.3 综合治理措施

通过力学计算分析，结合病害特征分析，综合考虑安全、工期及经济等因素，确定该段水毁路基病害治理总体思路如图8所示。

图8 病害治理思路

具体治理措施为“钢筋混凝土墙+锚索+钢管桩+花管注浆+泄水孔+路面铣刨及路面恢复”。

(1)钢筋混凝土墙+锚索+钢管桩：于桩板墙前缘采用钢筋混凝土墙+锚索+钢管桩进行加固，设计钢管桩长9m，纵横间距均为0.8m(其中K1343+654～K1343+670段呈水平布置，共布置2排；K1343+670～K1343+720和K1343+784～K1343+840段呈梅花型布置，共布置3排)；沿路面标高以下5m设钢筋混凝土墙+锚索进行支挡，钢筋混凝土墙长度约122m；设计锚索(9束)锚固段长8m，分为A型(27.5m)、B型(29.5m)、C型(31.5m)、D型(33.5m)共四种，按梅花形布置。

(2)花管注浆：对桩板墙变形开裂段落路面采用钢花管注浆进行加固，钢花管长6m，纵横间距均为1m，共计4排。

(3)泄水孔：对原桩间挡土板施钻增设泄水孔进行排水，间距2m，呈梅花型布置。

(4)路面洗刨及恢复：对水毁段路基路面进行洗刨及恢复，长约122m。

总体布置如图9所示。经验算，边坡稳定性系数满足规范要求。

图9 横断面大样图(黑色加粗部分为治理措施)

5 结语

以贵州地区某高速公路水毁路基工程为实例，通过勘察，结合计算与分析，提出了钢筋混凝土墙+锚索+钢管桩+花管注浆+泄水孔+路面铣刨及路面恢复的综合治理措施，不仅为类似病害工程的治理积累了经验，也提供了借鉴。