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基于树根桩和静压注浆的高速公路高填路基病害处治研究

2024-10-14 58 上传者：管理员

摘要：为解决高速公路路基开裂、沉陷、边坡滑塌等病害，文章以某高速公路高填路基病害处治工程为依托，采用树根桩技术加固路堤坡面以及用静压注浆技术加固路基，对高填路基进行联合处治。结果表明：树根桩和静压注浆联合运用在高速公路高填路基沉陷、边坡滑塌等病害处治中，使路基最高平面位移速率控制为306.53 mm/d,最大高程位移速率由-237.00 mm/d降低至0～0.5 mm/d的安全可控值，路面无新增裂缝，取得较好效果。该方法的应用对保障高速公路运营安全具有重要意义。

关键词：
树根桩
路基
边坡
静压注浆
高速公路
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随着我国高速公路建设里程的高速发展，截止2022-12-29,广西全区111个县(市、区)开通了高速公路，实现了“县县通高速”的里程碑，且广西高速公路的运营总里程再创新高，提升至8 270 km,让“5纵8横8支线”高速公路网进一步完善。但由于广西地处山区，受地形限制，山区高速公路不仅桥隧比较大，而且存在大量的高填方路堤及大挖方路堑。在强降雨、地震等影响下，高填方路基随之出现了路基沉陷、边坡滑塌、路面开裂等病害，严重影响高速公路运营安全[1-2]。因此，研究树根桩及静压注浆在公路路基沉陷、边坡滑塌等病害处治中的应用，对保障高速公路运营安全具有重要意义。目前常见的高填方路基病害处治方法有卸载减重法、支挡结构法、锚固法、注浆加固法等[3]。卸载减重法技术要求低、投资小，但需要有较大的施工空间及弃土场。支挡结构法包含挡土墙、抗滑桩等，处治效果好，但挡土墙需具备开挖基础，病害发展中的施工安全风险较大，抗滑桩则需要较大的施工平台且造价较高。树根桩法、注浆加固法的施工工艺简单、效果较好，但单独使用都具有一定的局限性。在我国大部分工程大多选择单一方法，少有将不同方法进行有机组合使用，本文以某高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害处治工程为例，研究树根桩及静压注浆联合运用进行路基病害处治的施工效果，以期为该类公路边坡处治提供参考。

1、工程概况

1.1工程简介

某高速公路设计速度120 km/h,标准四车道，道路路基宽26 m,其中K162+260～K162+580段为剥蚀丘陵地貌高填路堤，中心最大路基填土高度为29.37 m,最大边坡高度为31.07 m。该段路基位于斜坡上及山间冲沟，地形起伏较大，冲沟区表层为软-可塑状冲洪积黏土，厚约1.2～2.0 m,下为硬塑状黏土，斜坡地表覆盖粉质黏土，硬塑状，厚约1.0～4.0 m,下伏基岩为强-中风化砂岩，附近测得岩层产状为60°/NW<25°。路基填土设计断面如图1所示。

图1路基填土设计断面图(m)

1.2病害简介

由于连续强降雨原因，于K162+260～K162+580段路面出现纵向裂缝。初次量测裂缝宽度，左幅纵向裂缝最大宽度约4 cm,距路基中心线1.603～8.786 m;右幅纵向裂缝最大宽度约为1.5 cm,距路基中心线4.238～12.127 m。下边坡坡脚滑移10～15 cm。经观察现场裂缝发展速度快，路面局部拱起，坡脚发育剪出裂缝，路基有进一步失稳的风险。

1.3 GNSS监测布置情况

病害发生后，在路面、边坡布置GNSS监测点，实时监测边坡滑动位移、沉降、方位角变化，通过数据分析，充分了解病害发展情况，为提出病害处治方案提供有力数据支撑。现场GNSS站点布置如下页图2所示。

2、病害成因分析

该段路基存在岩土交界面，根据深层位移监测，路基失稳后，整体沿分界面滑移，路基失稳滑动示意图见下页图3。

图2 GNSS站点及布置图

图3路基失稳滑动示意图

分析路基病害主要成因[4-5]为：路侧冲沟受连续大雨影响，山沟汇水不能及时排出而水位升高形成山坳水塘，水从路侧土体下渗至路基底部，因而路基下部的土体含水量会逐渐增加，并增加至饱和状态，最终导致土体的抗剪强度迅速减小，受路基自重影响发生剪切破坏而失稳滑移。同时岩土交界面受水的润滑作用，摩擦系数降低，土体从岩土交界面沿斜坡滑动加剧，从而引发路面开裂，且失稳趋势越发明显，详见图4、图5。其中，图4中1-GNSS1-P～5-GNSS3-P表示测点平面累计位移，1-GNSS1-H～5-GNSS3-H表示测点平面累计沉降高程。

图4典型位移-时间曲线图

由图4可知，核心区域6月16日6:00至6月18日6:00,4-GNSS1平面累计位移为66.90 mm,沉降高程累计为-65.50 mm; 4-GNSS2平面累计位移为73.26 mm,沉降高程累计为-23.6 mm; 5-GNSS1平面累计位移为103.14 mm,沉降高程累计为-109.506 mm; 5-GNSS2平面累计位移为165.60 mm,沉降高程累计为-55.10 mm,路基病害发展迅速。

由图5可知，地表位移方位角为280°～300°,与坡向300°基本一致，路基呈现为滑动式破坏。

图5位移方位角时间散点图

3、病害处治方法

3.1现场处治形式

(1)运用树根桩技术加固路堤坡面以及用静压注浆技术加固路基，对该高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害进行联合处治，注浆范围为左幅K162+290～K162+520段(左幅主四排),右幅K162+230～K162+545段(右幅四排、匝道两排),按梅花形布量，纵、横同距均为2.5 m。

(2)对K162+260～K162+500段路基第1～4级边坡用ϕ110mm树根桩加固，规格为长24m、18m、15m和12m,垂向间距为3.0mm×4.0m,每组布3根ϕ28mm二级螺纹钢作为主筋桩体。同时树根桩孔兼作路基边坡压力化学灌浆孔，采用压注化学浆加固整个路基坡体，树根桩头采用C30格梁混凝土格梁连成整体，边坡稳定后方进行其他收尾工作。

联合处治方案如图6、图7所示。

图6静压注浆处治方案示意图

图7边坡树根桩处治示意图

3.2静压注浆技术施工过程

静压注浆其作用机理是水泥浆液的加入可以占据土体中空隙的位置，迫使土颗粒间隙中水分和空气变少，进而与疏松、密实程度低的土颗粒胶结提升结构的整体性与稳定性，最终实现路基变形的减少[6]。其施工工艺流程[7]为：布孔→造孔→下注浆管→灌浆→封孔。

(1)根据设计要求布设注浆孔，并用钢筋等工具在路面标记孔位，确定钻孔位置。

(2)采用干作业法成孔，孔径大小为90mm。在钻机就位并对好孔位后，确定钻机垂直度、钻具长度和直径。成孔深度应该控制在穿过回填土层进入原状土2m内。

(3)钻孔完成后，把注浆管下放至孔内，其长度应该与成孔深度相同，并向外提升0.5m。

(4)灌浆采用P.C42.5的复合硅酸盐水泥制备纯水泥浆，水灰比根据现场注浆效果选择在1∶1～1∶1.2,速凝剂的掺量为3%～5%,同时，水泥用量应根据现场实际用量计算而定。按照两端往中间的顺序隔孔灌注水泥浆。从孔底开始灌浆，并根据灌浆压力增大、路面和边坡的隆起变化等情况逐渐提升灌浆管，压力为0.1～1.5MPa,每次提升灌浆管高度为50～80cm。至距离孔口1m位置时不再提升灌浆管，当灌浆压力到达1.5MPa时结束该孔灌浆。根据灌浆压力及路面抬升或边坡变化等综合因素判定结束单孔灌浆，灌浆过程中避免压力过大，保证灌浆操作的可控性。进浆速率≤5L/min时，说明土体已经密实。在施工过程中要密切注意监测数据及现场边坡环境变化，出现异常现象及时停止或撤离，以保证施工安全及施工质量。

(5)使用掺有速干剂的水泥进行孔口密封。

3.3树根桩技术施工过程

树根桩是一种直径较小(10～30cm)、长细比较大(>30)的钻孔灌注桩，因此也称为微型桩。在树根桩成桩灌浆过程中，同时对桩周土体进行灌浆，生成“小树根”,达到加强边坡加固的效果，施工难度较低，便于布置，与土层的适应性好，因此在深基坑开挖支护、地面沉陷修复、路基加固以及边坡加固等方面得到了较为成功的应用[8-11]。施工工艺流程为[12-14]:布孔→钻机就位对中→钻孔→桩体主筋制作及安放→下注浆管→压浆→检测。

(1)根据设计要求使用测量仪器布设桩位，同时用钢筋对桩位进行标识。

(2)采用干作业成孔，机械就位对准后，校正地质钻角度，孔(桩)斜度60°左右，视场地可作20°范围内的调整，钻孔至设计深度。

(3)按设计和规范要求制作桩体主筋，主筋材料应通长配置。成孔后垂直下放桩体主筋，在孔口固定好。

(4)注浆管材料为PVC管，随钢筋下放进行绑定。在注浆管末端钻孔，垂向间距为3.0m×4.0m,注浆管管口在放置孔内前应用透明胶带封闭。

(5)注浆采用化学浆液，配合比为水∶水泥∶化学浆=0.6∶1∶0.1～0.25,化学浆液凝结时间应≤90s。施工时采取跳孔施工、间歇施工和增加速凝剂掺量等方式进行注浆，控制注浆管中的注浆压力及注浆速度，确保浆液能够充分填充钻孔中的空隙，避免出现浆液流失现象。在第一次注浆初凝后进行第二次压浆，第二次注浆时要连续进行，不得间歇，直至孔口冒浆为止，确保孔内注浆饱满。

(6)为确定树根桩强度，以每10根桩制作1组规格为150mm×150mm×150mm的试块，每3块为1组，测定其抗压强度；采用抗拔静载试验检验树根桩的抗拔力，以确保树根桩的锚固防滑效果；采用低应变检测树根桩的完整性，以保证其稳定性和安全性[15]。

3.4联合处治效果分析

加固工程完成后，经连续几个月的监测记录，如图8所示，路基平面位移及高程位移自第100d后(即联合处治施工完成后),处于平稳无变化状态。后期通过对该段路基持续监测，定期巡查现场，路基、路面也未出现新的裂缝与沉降，达到了良好的稳定效果。

图8典型位移-时间曲线图

4、结语

本文以树根桩及静压注浆进行某高速公路K162+260～K162+580段高填路基病害处治为实例，静压注浆可以较好地将路基凝结为整体，综合树根桩的锚固作用，将二者有机结合起来对路基的处治加固，可以有效地使路基最高平面位移速率控制为306.53mm/d,最大高程位移速率由-237.00mm/d降低至0～0.5mm/d的安全可控值，路面无新增裂缝。结果显示，树根桩和静压注浆联合运用在高速公路高填路基沉陷、边坡滑塌等病害处治中可取得较好效果，且在工期上具有巨大优势，施工工艺简便易行，成本上经济实用，为后续该类路基病害处治提供了较好的参考经验，对保障高速公路运营安全具有重要意义。

文章来源:覃华.基于树根桩和静压注浆的高速公路高填路基病害处治研究[J].西部交通科技,2024,(10):75-78.