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高速公路路基滑移处治分析

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摘要:随着高速公路建设力度的不断加大,软土路基在建设期或运营期出现失稳的事件越来越多。该文主要针对高速公路建设过程中出现的路基滑移失稳情况,从地质、设计、施工等方面分析原因,并采取处治加固措施,并通过处治后监测数据分析加固方案的合理性。

关键词:高速公路;软土路基;滑移失稳;处治加固

揭惠项目采用设计速度100km/h的四车道高速公路标准,整体式路基宽26m。路基标准横断面:四车道整体式路基宽度26.0m,其中:行车道宽2m×2m×3.75m,硬路肩宽2m×3.0m(含右侧路缘带宽2×0.5m),中间带宽3.5m(中央分隔带宽2.0m,左侧路缘带宽2m×0.75m),土路肩宽2×0.75m。桩号K26+208~K26+331段位于贵屿镇规划的循环经济产业园区,路线沿产业园的规划线位布设,地形地貌为冲积平原区,路线左侧临近河道,右侧为菜地、水田,设计填土高度为8.4~9.2m,地基处理采用管桩复合地基,管桩长度为18m,间距为2.8m,砂垫层厚度为35cm,碎石垫层为30cm。K26+208~K26+271段管桩处治于2014年12月14日开始施工,于2014年12月25日施工完成,2014年12月25日管桩通过总监办验收;K26+271~K26+331段管桩处治于2015年1月15日开始施工,于2015年11月15日施工完成。K26+208~K26+271段路基本体2015年3月22日开始填筑,2017年3月24日填筑到94区顶,于2017年10月16日填筑到96区第二层;K26+271~K26+331段路基本体2015年12月18日开始填筑,2017年3月23日填筑到94区顶,于2017年10月16日填筑到96区第二层;K26+208~K26+271、K26+271~K26+331两段路基填筑至96区第二层后,为保证弯沉及后期通车的安全稳定,现场勘查决定将96区第3~4层土方填料更换为级配碎石,于2017年11月7日开始填筑,2017年11月8日完成全部本体路基的填筑工作,于2017年11月11日开始进行路面结构层施工,截止2017年11月12日出现下陷滑移情况时,已经施工约75cm左右结构层。

1滑移情况

2017年11月12日上午11点30分K26+240~K26+300段路基中线位置,路面水稳层表面出现纵向裂缝,中午12点10分左右裂缝处路基本体出现下陷、坡脚处起拱,对路基本体进行拉扯,影响范围扩大至K26+208~K26+331,长度123m。下午15点左右开裂及下陷地段基本趋于稳定。下陷部分路基本体下陷约2m,造成路基坡脚外地貌隆起1.5m,并向外发生位移2m。滑移未造成人员伤亡及机械设备损失,见图1、图2。

2地质条件

地形地貌主要为冲积平原区,地形平坦,原地面高程约1.4~2m,路段起点位置为一鱼塘,路线前进方向右侧主要为草地、农田、水沟纵横,左侧为旧路及河流,该路段上覆0.5~1m的杂填土,杂填土下分布有5.9~7.8m厚、灰黑色、饱和、流塑状的淤泥土,淤泥土下为3.8~6.6m厚、灰色、稍湿、可塑状粉质粘土,粉质粘土下有细砂、中砂、粗砂、粉质粘土不同程度地交替分布,地质情况较复杂。

3原因分析

该项目委托专业设计院对路基进行了勘察和设计,对路基地基处理方案按规定进行了审批,严格按照规范和设计要求进行施工、监理,并按规定进行了检测,均达到设计要求,路基填筑也满足规范和设计要求。《路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/TD31-02—2013)对管桩复合地基的稳定分析方法是借鉴搅拌桩复合地基的,其假设桩和土同时剪切破坏。但是最新研究表明,管桩等刚性桩复合地基的桩土破坏过程是不同步的,刚性桩主要发生弯曲破坏,而不是剪切破坏,按照规范中的稳定分析方法计算的安全系数偏大。因此,导致滑移原因为现行规范存在不足[1-3]。该路段地形地貌较为复杂,原地貌为鱼塘,鱼塘底部为6m左右的饱和流塑状淤泥层,含水量超过80%,抗剪强度约为15kPa,极限承载力约为80kPa;流塑状淤泥极大降低了软基处理后管桩间土的复合承载力。同时,路基两侧原地面相对高差达3.7m,地面落差大,偏压明显,对路基稳定性造成不利的影响[4]。该段路基地质情况较为复杂,路基滑移发生后加密地质补勘发现地质情况与原钻探孔地质相差较大,中砂层厚度不均匀,且底下的粉质粘土层较厚,原管桩刺穿砂层后降低地基稳定性。路基滑移时连续降雨长达十几天,导致附近北港运河水位上涨较大,该段路基地下水位快速上升,软土路基含水量剧增,大大降低了该段路基的承载力,导致路基失稳[5]。该段路基施工便道设置在右侧路基范围内,施工重型运输车辆反复通行导致部分管桩发生倾斜,降低管桩承载能力;加上路面水稳层施工期间车辆和压路机震动,多重作用力叠加导致部分路基承载力超过临界点发生滑移[6]。

4处治加固方案

综合考虑施工工期、工程造价等因素,将整幅填土卸载至原桩帽以上1.5m处(卸载后整平高程按3.5m控制),整平后补打管桩,桩顶采用网格桩帽整体连接,管桩桩长采用双控法。路基全断面采用预应力PHC管桩处理,管桩外直径为40cm,壁厚不小于9.5cm,强度为C80,横向桩间距2.4m,纵向在原两排桩中间插打管桩。考虑管桩施工平台的要求且为避免管桩施工对已有桥台的影响,此次纵向处理至距离桥台4.4m(靠近桥台的原三排桩范围不进行补打,具体可结合现场实际情况进行相应调整)。桥台附近管桩施工应同时监测桥台的位移情况;桩顶桩帽纵横向采用系梁整体连接,管桩顶桩帽及系梁砼强度调整为C40;桩帽顶铺设30cm碎石垫层,桩帽顶面和碎石垫层顶面分别设置一层双向钢塑土工格栅,见图3。

5施工技术要求及工艺

管桩施工前需将坡脚外侧地方农田发生起拱、上升的范围挖除、整平;施工前应进行场地平整,原路堤卸载至填土高度2.3m处整平,卸载后整平高程按4.3m控制,施工场地应整平至路堤外侧一定范围,以保证施工器械能够进行路堤最外侧一排桩的施工。起点卸载时应按阶梯开挖卸载,路基填筑应做纵向路基拼接处理,工序为:开挖台阶(每级1m高)并每级铺设双向钢塑土工格栅(纵向6m长,横向满铺)。施工场地清理整平后,先铺设一层厚度为桩帽高度(40cm)的碎石垫层,再进行桩的打设;桩帽及系梁浇筑前先挖除相应体积的垫层,再进行桩帽及系梁的浇筑。采用锤击法施工,采用桩长和贯入度双控的原则:管桩打设长度不小于设计桩长,且锤重6t、冲程2.0m的施工机械,最后贯入度小于30cm/10击的标准。软基处理完成前,严禁在路基范围及两侧设置施工便道,以免对施工桩体产生横向推移。软基处理完成后,应从两侧分层进行碎石垫层和路堤的填筑。且在填筑高度未到达2m高时,严禁大型施工车辆通行。沉桩过程中应严格控制桩身的垂直度。宜采用经纬仪进行垂直度控制,可在距桩机1525m处成90°方向设置经纬仪各一台,测定导杆和桩身的垂直度。原路基下已打设管桩,处理时应尽量避开原管桩并新增管桩进行打设。因此路段在原路基填筑过程中曾铺设土工格栅,且土工格栅位于填土层底部,避免用管桩冲击土工格栅,管桩施工需提前铲断土工格栅;打管桩期间,若底面有明显的隆起现象时,在相应地段暂停打桩施工一段时间,以有利于孔压消散。

6处治后监测分析

1)监测点布置:此段重新处治后在K26+270处设置了一个监测断面,布置了左侧路肩沉降点、右侧路肩沉降点、路中沉降点,并在左右幅路基坡脚布设了深层测斜监测点,具体布置见图4。2)监测频率:填土期1次/d,填土间歇期1次/3d,填土完成后第2~3月内1次/周,填土完成第4个月~结束1次/半月。若变形明显加大,应持续监测。3)监测成果:沉降监测在软基重新处理完成开始填土后,对该段路基监测断面进行了继续监测,左幅累积沉降量为29.3mm,中间累积沉降量为28.3mm,右幅累积沉降量为27.2mm,填土期最大沉降速率为0.8mm/d,监测期内未发现异常情况,见图5。测斜监测在填土期左右幅测斜位移均较小,最大变形速率为0.9mm/d,累计位移量为5.5mm。填土期内未出现突变。

7结语

a.软土路基稳定问题在设计中应根据不同段落的地形、地质及水文条件,选择相应的加固措施,以避免完工后再处理的局面;施工单位应对软基处理路段重点排查,加强监测及日常巡查,将现场异常情况及时向参建单位反映。b.带承托板和褥垫层的预应力管桩方案施工工序复杂,难以避免重型施工机具和车辆对已打入的预应力管桩的损害,而管桩施打倾斜和受挤压倾斜、断裂是造成路基突发性垮塌的主要原因。c.应避免在无上覆硬壳层的软土地基上直接施打带承托板和褥垫层的预应力管桩,应在无硬壳层软土地基增设人造硬壳层,采用左右幅一次整体引孔打桩,同时对管桩接头质量、褥垫层(含土工格栅)施工质量、垂直度控制标准和施工工序提出严格要求。d.强化地质勘察,查明软基的纵横向分布情况及软土的力学性质参数;重视褥垫层和桩帽施工质量,加强桩帽和管桩连接、桩帽间砼系梁连接质量控制,确保管桩整体性和协同受力性能。e.按照设计和规范要求以及试桩确定的各项参数进行施工,过程中应重点加强对垂直度、接桩质量、终孔确认等关键工序的质量控制,落实监理旁站、隐蔽工程影像存留、工程量现场签认制度。

参考文献

[1]刘吉福,郭舒洋,肖昌建.修正密度法分析混凝土桩复合地基路基绕流滑动稳定性[J].广东公路交通,2016(5):12-20.

[2]刘吉福,郑刚,龚晓南等.柔性荷载刚性桩复合地基修正密度法稳定分析改进[J].岩土工程学报,2017,39(2):33-36.

[3]郑刚,杨新煜,周海祚,等.基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制[J].岩土工程学报,2016,12.

[4]李昱,刘尔海,刘跃德.河塘段路基沉陷滑移的实例分析及处治[J].公路交通科技,2009(7).

[5]师郡,李永睿,李颖.失稳滑移路基加固设计与施工处治[J].中外公路,2008(8).

[6]李伟.任意真空-堆载条件下砂井地基固结分析方法研究[D].广州:广东工业大学,2010.

作者:李伟 单位:广东省南粤交通揭惠高速公路管理中心

建材世界杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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