高速公路特殊路堤段沉降病害分析及应对措施探讨

吴 萍,农承尚,何 平

(1.南宁高速公路建设发展有限公司,广西 南宁 530029;2.广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029;3.广西路桥集团有限公司,广西 南宁 530200)

0 引言

目前,高速公路路堤填筑施工机械标准化程度高,碾压质量有保障,施工效率高。但在一些特殊路堤段,往往因为一些细节处理不当造成路堤沉降开裂,如桥梁与路堑之间的高填短路堤,公路纵、横向均出现较陡的填挖交接界面,且在施工期作为施工便道存在明显厚层推堆区,因空间条件限制和复杂路况,加上监管不到位,大型碾压设备操作不便,搭接位置细节处理不当,造成工后路堤沉降。针对路基沉降病害治理,视情况采取返工处理、注浆稳定、支挡加固等办法[1-3]。而锚筋桩作为深入地层的受拉构件,一端与工程结构物连接,一端深入地层中将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压作用,将自由段的拉力传至土体深处,可以对边坡、隧道和大坝等进行主动加固,而且施工方便、工期短,便于公路运营养护[4]。本文针对某高速公路特殊路堤路段沉降开裂现象病害原因进行调查及分析,采用锚筋桩技术综合方案予以处治,并总结锚筋桩施工技术要点及特殊路堤施工注意事项,为同类项目提供技术支持和经验借鉴。

1 工程病害及原因调查

1.1 工程概况

某高速公路路段原设计为短填方基路段,一端连接路基挖方,一端连接桥梁,K13+020～K13+040段属于高架桥桥台的锥坡范围,K13+040～K13+080段为填方路堤,采用5.5～8.0 m高的重力式路堤挡土墙进行固脚防护。墙顶路堤边坡高8 m,采用拱形骨架+草灌喷播进行防护绿化。其横断面图见图1。

图1 路堤横断面图(cm)

1.2 工程病害调查

项目K13+055～K13+070段右幅路面出现斜向开裂,起初裂缝位置为紧急停靠带与外侧车道中央范围,裂缝宽约0.5～1.5 cm;后期裂缝纵向扩展到K13+045处,横向扩展至中间车道、内侧车道。K13+050～K13+070段挡土墙出现不同程度的病害,其中K13+055～K13+060段挡土墙基础出现下沉迹象;K13+060处沉降缝出现错台前移,最大位移约20 cm,并有地下水渗涌现象;K13+060、K13+070等处沉降缝出现张开迹象;K13+050处沉降缝出现明显地下水渗出情况,成为地下水渗涌的排泄通道。

为了更准确掌握该路段路基沉降情况,项目对该路段开展长达10 d的沉降监测,绘制沉降监测结果曲线,监测结果显示最大沉降量约为59 mm,发生在挡墙最大推移位置。路基沉降发展趋势与路基病害分布情况基本一致。

1.3 工程病害原因分析

结合现场病害分布及损害程度,调查建设过程设计、施工等方面情况,初步判断该路段路基病害原因如下:

(1)该路堤段属于典型短路基,小桩号连接桥台,大桩号连接路堑边坡,线路纵、横方向均有陡坡半挖半填设计,台阶搭接处细部碾压处理不到位;同时,施工期以该路段作为施工便道,形成厚层推堆区,而路基填筑施工时未对推堆区进行彻底处理,造成初期路堤沉降。

(2)该路段填筑为粉砂质泥岩,局部含炭质,具有一定的崩解性。路床交验后出现初期路堤沉降和开裂,项目结合经验对该路段进行注浆加固处治。在注浆加固处治实施过程中,浆液对填料起到软化作用,加速其崩解过程,经过其自崩解充填,路堤会出现相应的下沉;同时,在水泥浆液影响下,路堤填料的粘聚力、内摩擦角会有显著下降,从而导致挡土墙背的主动土压力增大,增加了挡土墙的受力荷载;在路面施工封层之前,雨水的渗透也加剧了此类病害的发展。

(3)该段挡土墙基础施工中发现基坑出现明显的渗水,渗水量稍大,土质含水量比较高;挡土墙基础施工时,排水设施施工不规范,导致地下水无法顺畅排出;在地下水浸泡影响下,地基土强度参数显著下降,地基承载力不满足设计要求,从而使挡土墙出现沉降、基础滑移情况。

2 工程处治方案

结合现场情况的病害原因以及监测成果进行分析,拟采用隔水、加固及监测综合方案进行处治。具体方案如图2所示。

图2 锚筋桩加固处治方案平面图

2.1 挡墙加固设计

采用锚筋桩方案对K13+020～K13+080段右侧路堤坡脚进行加固防护,紧贴路堤坡脚挡土墙外立面布设,如图2所示。其中路基和锥坡坡脚段锚筋桩长12 m,横断面布置3排,横向间距为1.7 m,纵向间距为1.0 m或1.5 m;桥梁锥坡平台位置锚筋桩长为24 m,横断面间距为1.7 m,纵向间距为1.5 m;锚筋桩顶部设C30现浇钢筋混凝土连系梁将锚筋桩连接成整体,系梁断面高1 m,宽分为4 m和2 m规格;第一排锚筋桩应布设于挡土墙的墙趾上,且连系梁应紧贴挡土墙外立面,方能发挥最大的支挡防护作用;K13+043～K13+080路基段系梁底部充填0.5 m厚的碎石垫层,作为地表渗水的排水层;锚筋桩钻孔孔径为φ150 mm,成孔困难时可扩孔至200 mm;加筋体为4根φ32 mm螺纹钢+φ42 mm进浆管。

2.2 隔水设计

在挡墙伸缩缝位置埋设排水渗沟对地下水渗水进行引排。渗沟应垂直挡土墙方向进行布设,断面尺寸为0.8 m×1.2 m,埋深≥1 m。挡墙顶部路基边坡清除松土和植被后,采用挂网喷混凝土防护,进一步隔离地表水渗透。

2.3 监测设计

布设观测桩对边坡进行沉降和位移监测。观测桩布设在桩顶系梁、挡土墙顶、路肩、右幅中心、右幅内侧等位置,每天观测不少于2次,沉降稳定后可适当减少监测频率,直至数据稳定。同时在桥台锥坡、K13+055等断面布设深层测斜孔进行深层位移监测,每个断面布设测斜孔2～3个,监测频率及时段同地表位移监测一致。

3 锚筋桩施工技术

锚筋桩施工难点在于锚筋桩成孔施工,存在问题主要表现为桩孔角度控制不到位、清孔时遇到黏性块状物质不易清理、钻孔施工对已完桩孔的影响破坏、注浆后初期锚筋桩保护等,因此,根据锚筋桩数量和位置,在施工前应平整好作业面,规划好钻孔顺序,施工过程严格按工序并及时验收,才能保证快速高质量施工[5]。

3.1 锚筋桩施工工序

机械快速成孔→清孔→吊装锚索束→灌注M30水泥砂浆→封孔口→清理锚筋头钢筋→连系梁钢筋绑扎→立模浇筑混凝土。

3.2 施工技术要求

(1)锚筋桩施工完毕前禁止开挖下部边坡,边坡开挖应尽量采用机械开挖或光面控制爆破,以减少对边坡及锚筋桩的扰动。

(2)锚筋桩成孔角度偏差应≤±1°,成孔过程中应做好孔向测量,偏差超过要求时应及时纠正。

(3)成孔完成后应核验孔深是否满足设计要求,并在吊装钢筋束之前进行清孔,去除浮渣,保证砂浆的粘着性。

(4)按设计要求安装钢筋束及注浆管的组合体,外露段应满足桩顶系梁的施工要求;钢筋束宜确保钢筋的完整性,减少接头,如需接长时,接头应置于中下部,并采用对接焊,并应错开衔接,接头1.5 m内的接头钢筋面积不得超过锚筋束总面积的50%。

(5)灌注采用M30水泥砂浆,掺微膨胀剂,掺量为胶凝材料用量的10%～12%,通过试验确定掺量。配合比由施工单位试验,提供资料,与监理方、设计方共同确定。采用孔底注浆工艺,并保证一次灌浆饱满,当孔口返浆与灌入浆液质量一致时,灌浆即可结束。注浆完成后孔口应进行封孔,浆液凝固完成之前应确保桩体不受扰动。

(6)锚筋桩顶部纵向设C30现浇钢筋混凝土连系梁,连系梁应嵌入地面以下≥20 cm;采用P.O 42.5或以上标号水泥,混凝土标号不低于C30;系梁钢筋绑扎焊接安装时需把系梁尺寸内锚筋桩的浆体破除干净,并与主筋焊接牢固,连成一整体。

(7)锚杆所用钢筋应作除锈处理,若地层岩土具有腐蚀性,应作有效防腐处理。锚杆杆体外露部分避免敲击、碰撞,3 d内不得悬吊重物。

3.3 施工注意事项

(1)钻孔施工之前应将作业场地整平压实,根据设计要求确定孔位并做好标记。

(2)施工现场渗水现象较为严重,钻孔施工之前先进行排水渗沟施工,并将地表水疏通。

(3)钻孔过程钻机应保持平稳,立轴与钻杆应在同一轴线上,并保持垂直,钻孔孔斜率<1%。

(4)为避免钻孔作业对临近成孔的影响,建议隔桩钻孔;成孔后应及时开展下一步吊装钢筋施工。

(5)施工现场较为泥泞,成孔后若未能及时吊装钢筋,应采取措施临时堵塞桩孔,避免桩孔堵塞。

4 处治效果

本文案例路基经过实施该处治方案后,路基变形趋势得到有效控制,路堤稳定性良好。经翻挖重新施作的路面质量良好,安全运营4个月后,未再次出现明显病害情况,说明处治方案较为成功。

5 结语

本文案例路基在建设及运营过程中均出现了不同程度下沉开裂病害,总结原因和措施如下:

(1)设计阶段建议桥梁布设时充分考虑相关因素的影响,避免路、桥衔接段置于斜坡地形上,规避后续施工的路基病害风险。同时桥台宜布设在稳定的场地上,避免置于欠稳定的斜坡上,提高锥坡稳定性。

(2)施工阶段加强挡土墙基坑验槽,除检验基坑承载力是否满足设计要求外,应特别注意核实地下水发育情况,如有明显基坑渗水情况,必须做好截、排水措施,避免地基土被地下水浸泡,从而导致承载力降低;对于可能存在崩解情况的路基土石方,建议不要用于路堤填筑,避免因岩土体崩解导致路堤出现不均匀沉降,从而导致路堤病害发生;路堤注浆加固设计要慎重,尤其要充分考虑浆液对路堤填土、地基土的软化作用,以及注浆压力对结构物的传导效应,避免邻近结构物、路堤出现次生病害。

(3)锚筋桩施工机械化施工程度较高,施工便捷,锚固效果理想,可在挡墙围挡能力衰减时,提高基础锚固能力,从而稳定路堤,为其他同类项目提供经验参考。