湿陷性黄土高填方路基横向裂缝处理
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摘 要：结合实际工程案例，本文主要阐述了湿陷性黄土地区高速公路高填方路基的沉降横向裂缝原因，指出了防治办法，旨在提高湿陷性黄土地区高速公路高填方路基的使用耐久性，确保工程质量和行车安全，同时为后续同类工程施工提供参考。
关键词：湿陷性黄土;高填方路基;横向裂缝;耐久性
1 背景介绍
1.1 工程概况
某高速公路主线路基为整体式路基，设计速度采用100km/h，路基宽度26m，其中中间带宽3.5m（中央分隔带2m，路缘带2×0.75m），行车道2×2×3.75m，硬路肩2×3.0m，土路肩2×0.75m。
1.2 地质概况
某高速全线湿陷性黄土连续分布，为风积第四系上更新统马兰黄土，褐黄色，无层理，垂直节理发育，具大孔隙，呈典型的架空结构，具有湿陷性和易溶蚀、易冲刷。勘察及钻探取样后，经室内土工试验及湿陷性黄土计算后，湿陷性黄土深度在 6m～10m，湿陷系数δs=0.019～0.069，计算总湿陷量（[Δ]s）= 277.1～482.1mm，自重湿陷系数δzs =0.002～0.042，计算总自重湿陷量（[Δ]zs）= 4.56～21.66mm，判定项目区马兰黄土多具Ⅱ级（中等）自重湿陷性。
本工程处于黄土梁峁沟壑地区，“V”型沟发育，出露有具有湿陷性的马兰黄土、离石黄土等，坡面支离破碎，坡度较大，高差明显，崩塌、坍塌现象较多，沟底常有黄土崩塌堆积物，并存在陷穴、暗沟等不良地质，局部位置地下水丰富，水位高。
1.3 设计情况
该段落下部地层属于自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ（中等）级，设计采用水泥土挤密桩处理消除黄土地基的湿陷性。水泥土挤密桩处理成孔桩径0.4m，樁长10m，桩位布置为正三角形布置，间距为0.8m，K39+175处设置一过水涵洞。
其中K39+225～K39+365属于高填方路堤，边坡采用阶梯型断面，每隔8m分级，边坡分别采用1：1.5，1：1.75，平台宽2m，护坡道宽10m，护坡道边坡坡率采用1：1.5，路基回填填料采用普通土，每隔4m采用强夯进行补压。为避免路堤自身不均匀沉降致使路面开裂，在上、下路床顶面各铺设一层土工格栅。当原地面斜坡坡率陡于1：2.5时，从原地表自下而上每4m高度铺设一层土工格栅。
排水防护：该段路基为填方路基，原设计要求边坡采用框格梁植草防护，边坡设置急流槽，路基坡脚设置路堤边沟排水。K38+919-K39+022 、K39+062-K39+365左侧设置拦水带、K38+919-K39+365左侧设置拦水带，经设计单位现场核查，排水防护工程满足现场实际需求。
沉降要求：当沉降值不大于1cm/d或水平位移不大于0.5cm/d时视为稳定，待连续两个月沉降基本稳定，每月累计沉降小于5mm时达到路面施工条件，当沉降或位移呈不收敛状况时，应立即上报处理。
2 湿陷性黄土特点
湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低，并发生显著沉降。这种土质属性主要由内外因素所致，由于自重以及外部压力的作用，以及地下水以及雨水的浸湿，最终使得原本就脆弱的结构遭受破坏，相应的强度也会迅速减小，由此带来的明显沉降就是所谓的湿陷，严重影响路基的质量。高填方路基施工完成后，随着时间、气候的变化及汽车荷载的作用下，路基易出现整体下沉或局部下沉、路基横向开裂等病害。
3 问题描述
2017年10月，线路K38+940～K39+350段路面（仅铺设水稳基层）K39+210处路基水稳表面存在一处横向贯通裂缝，K39+210处裂缝发现时裂缝宽度最大处约1.5cm，6个月后裂缝经过发展，宽度最大处约2.0cm。
4 施工情况
（1）K38+940-K39+140段路基填筑于2016年10月完成施工，填筑高度约16m。
（2）K39+210-k39+350段路基填筑于2017年5月施工完成，填筑高度约35m。
（3）由于涵洞受设计变更影响，涵洞范围内K39+140-K39+210于2017年6月施工完成，填筑高度约18m。
（4）K38+940- k39+350段路基水稳基层为2017年7-8月同步施工完成。
（5）该段路基填筑使用相同填料并相同取土场。
（6）边坡框格防护、路堤水沟已于2017年11月施工完成。
5 原因分析
自发现裂缝开始（2017年10月），安排测量人员持续对开裂路段进行沉降监测，路基沉降监测情况分析如下。
由沉降观测数据得出：（1）K39+210测点（开裂处）前后测点在观测期内沉降量存在明显差异;（2）涵洞范围内路基在观测期累计沉降量大于两侧路基;（3）目前各位置沉降趋于收敛且稳定;（4）路基防护排水工程已基本施工完成，经现场排查并未发现异常。
自发现裂缝后立即组织技术人员对施工过程质量进行追溯、组织测量人员对该段路基进行沉降观测及裂缝观测、组织试验人员对施工过程检验资料进行核查。通过大量调查及分析后得出施工单位在该段路基施工过程中均能够按照设计及规范要求施工，施工过程验收及检测资料齐全。最终确定造成裂缝的原因如下：
（1）填筑不同步。通过沉降观测数据可以看出涵洞范围内K39+140-K39+210段路基沉降速率基本一致，K39+210-k39+350段路基沉降速度基本一致。两段路基在前期沉降速率曲线上有明显差异。目前沉降速率基本一致。K39+210-k39+350段路基填筑于2017年5月施工完成，由于涵洞受设计变更影响，涵洞范围内K39+140-K39+210于6月施工完成。两段路基主体填筑过程中存在高差及时差。由于未同步填筑，K39+210-k39+350段路基已完成部分沉降，K39+140-K39+210段路基刚填筑完成。且该路基填筑高度较高，沉降量较大，造成连接处不均匀沉降，将接头处（里程K39+210）路基基层水位（半刚性填料）拉裂。 （2）填土高度差相差较大。39+140-K39+350段路基纵向处于冲沟处，高差较大，其中K39+140-K39+210段路基平均填筑高度约18m，K39+210-k39+350段路基平均填筑高度达35m。填筑高差达17m，路基主体填料主要为素土，仅路床1.2m范围填料为水泥土，沉降量差较大造成连接处拉裂。
（3）压实工艺区别。K39+225～K39+365属于高填方路堤设计每4m进行强夯，而K39+225小里程侧，不属于高填方路基，无强夯压实。
6 质量评估
参考设计对施工期沉降观测的要求，即当沉降值不大于1cm/d或水平位移不大于0.5cm/d时视为稳定，待连续两个月沉降基本稳定，每月累计沉降小于5mm时才能达到路面施工条件，从2017年10月至今的观测数据（K39+210处自1月17日至2月14日，累计沉降量为2mm，同时目前沉降值为0.4mm/d，小于1cm/d，表明目前路基沉降已呈收敛状态，且沉降量及沉降速率符合要求。同时对涵洞进行沉降观测发现涵洞沉降符合要求，对该段路基边坡进行观察并未发现存在开裂、不稳定等异常情况。综上所述得出，该段路基已沉降已趋于稳定，结构使用和安全情况良好，但考虑裂缝处后期存在进水从而破坏路基主体结构的风险，建议对裂缝处采取合理处理措施对裂缝进行封堵，以确保较高填筑路堤的整体稳定性及安全。
7 处理方案
（1）将裂缝处（K39+210）前后约1m范围内水稳基层凿除（里程范围：约K39+209-K39+211）。
（2）將K39+209-K39+211路床表面清理干净。
（3）沿着裂缝K39+210横向进行注浆，注浆深度为路床以下4-6m、注浆孔间距3m。注浆采用水泥净浆（采用425水泥，水灰比0.42;浆液强度不低于M30;注浆压力不大于0.5MPa），其目的为了封堵裂缝及防止后期出现反射裂缝。
（4）注浆管采用直径40mm～50mm钢管，钢管深入路基范围布置花孔，孔径不小于Φ6mm，孔距不大于20cm;为保证注浆效果，注浆分为两次进行，第一次注浆完成后4-6h后进行第二次注浆，第一次注浆压力不大于0.3 MPa，第二次注浆压力不大于0.5MPa。
（5）注浆完成后拔出注浆管，然后将凿除水稳底基层凿除部分（K39+209-K39+211）的路床表面采用光轮压路机（不小于12t）碾压2遍。
（6）将K39+209-K39+211路基表面整平夯实后铺设一层抗裂格栅，然后填筑水稳基层。
（7）后期施工路面沥青前在K39+209、K39+211处水稳接缝处表面横向铺设抗裂格栅加强。
（8）处理完毕后，对该段路基进行沉降位移观测，并对边坡防护及涵洞进行观察;沉降满足规范要求且涵洞及边坡防护无异常情况后，方可进行下一步施工。
8 注意事项
（1）为确保该段路基工程防排水系统的有效性，避免因排水不畅导致路基出现质量问题。已组织人员对该段路基综合排水系统进行排查，发现急流槽尚未完成施工，为确保裂缝处理质量，裂缝范围内急流槽应在裂缝处理完成前进行施工，该段路基其他部位急流槽应在裂缝处理完成后15天内施工完成。
（2）K38+919-K39+022 、K39+062-K39+365左侧沥青拦水带、K38+919-K39+365左侧沥青拦水带，应在路面施工完成后15天内进行拦水带施工，及时完成综合排水系统。
（3）为确保注浆效果，注浆顺序自中间向四周进行。
（4）为确保注浆效果达到要求，注浆过程中现场技术人员应旁站观察注浆，注浆管与注浆孔口之间采用土工布或其他材料（橡胶、塑料等材料）进行封堵，当浆液从孔口大量溢出或注浆压力忽然加大并持续10s～30s说明注浆已到位，方可移除注浆管，移除注浆管后采用灌浆将浆液灌满。然后现场技术员通过孔口观察浆液是否存在下降，如存在下降则需要及时补灌注浆液，确保注浆孔内浆液充足，如浆液下降过多或过快，则过4-6小时候进行2次注浆。
（5）注浆过程中应观察路基边坡是否存在漏浆，如边坡存在浆液流出，应暂停注浆，并将漏浆处采用土工布或其他材料封堵完成后方能继续注浆，继续注浆过程中可适当降低注浆压力。
9 处理效果
该段湿陷性黄土高填方路基横向裂缝按照上述处理方案进行处理后，经过3个月的沉降位移观测，沉降位移监测数据均达标。沉降位移达标后进行了路面施工。线路通车后，持续对该段路基进行观测，经过半年的观测该段路基结构稳定，路面及路基边坡无开裂及其他相关病害发生。
10 结束语
本文依托项目实际背景，通过对湿陷性黄土段高填方路基施工中易出现的横向裂缝问题进行了分析并提出了处理方案，从而使得质量问题得到解决，也使路基施工质量有了显著提高，有助于促进湿陷性黄土路基施工质量的提升，进一步提升建设工程施工管理水平。
参考文献：
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