公路病害的长期变形与短期突变分析与对策
文摘
教育
2024-11-04 20:58
广西
岩土工程的斗争史在一定程度上就是一部与水斗争的历史，它是岩土体发生长期慢性病害的关键因素，也是在岩土体时效性作用物理力学恶化导致由量变到质变的重要因素；而人类工程的突然参与往往使患有慢性病的岩土体既有平衡突然破坏，造成岩土体病害出现新的病害，以及病害规模扩大的主要原因。因此，任何岩土工程病害的发生，都应本着有果必有因的理念，认真调查，继而在逐一进行合理分析的基础上，确定合理的工程处治方案与对策。
根据调查访问，小里程侧路堤主要采用碎石土进行填筑。其中右幅路堤填方高度约10m，采用高约2~8m的路堤浆砌片石挡墙进行支挡。左幅路堤填方高度约5m左右，外侧多有弃方；大里程侧紧邻大桥采用预应力混凝土连续梁形式跨越冲沟。该段线路修建于以坡洪积相为主的堆积体长大缓斜坡体中部，森林植被茂盛，汇水面积大，坡体地下水相当丰富，地表多发育径流沟槽。该段线路位于曲线段，线路超高设置使路面呈单向斜坡，故路面汇水通过左幅靠山侧边沟进行引排。小里程侧相邻的原滑坡部位的路堑墙部位地下水常年渗流严重，大量的地下水呈多股状流出后汇成溪流状流向填方路堤段。但由于路堤的修建和截排水工程的欠缺，造成水流不能有效的从设置的涵洞处引流，而是几乎全部渗流入路堤漫流，导致路堤和弃方长期处于富水状态，左幅靠山侧迎水侧路堤边坡滑塌严重。根据调查访问，工程建设期间，相邻坡体曾多次出现滑坡等地质灾害。且在高速公路外侧进行二级公路的开挖施工。![]()
从现场看，该段病害沿线路方向长度约340m，其中包括220m左右的路基病害和约120m左右的桥梁病害。1）该段公路于2016年建成以来，多次出现路基所在段路面开裂现象。路面上平行于线路在路基两侧、中央分隔带部位出现多条长度不等的拉张裂缝，垂直线路方向上出现多条横向贯穿路基的差异沉降裂缝，以及横向上明显出现错位的剪切裂缝。![]()
图2 路基蠕变造成路面标线错位
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图3 路面上出现的羽状剪切裂缝
从地质条件看，该段坡体由冲洪积相堆积体构成，自然坡度较缓，显示坡体的物理力学性质较低。加之该段路堤长期浸水造成坡体物理力学参数近一步降低，填方和下伏碎石土中受地下水的长期潜蚀而细颗粒流失严重，造成路堤在建成后的几年来一直处于缓慢的沉降与蠕变过程之中。这种变形是长期的，也就是说不会在没有外界特别明显的突发干扰因素作用下，短时期内坡体不会发生快速的突然变形，是路基病害的一种“慢性病”，可以在将其进行永久病害处治的重点。
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2）在大桥桥台附近靠河侧填方路堤坡脚挡墙外移，墙顶坡面出现鼓胀。![]()
这种变形情况显示路堤产生的潜在滑面目前至少存在两层，即一层位于挡墙基底附近，一层位于路堤半坡。这也是目前对路堤安全隐患最大的病害，可能会在暴雨等不利工况作用下发生加速变形而导致路堤失稳的可能，这是路基病害的一种“急性病”，需要及时进行工程干预，是进行工程应急的重点。3）路基涵洞在各个伸缩缝部位发生拉张错位，且显示在右幅靠河侧裂缝宽度明显大于左幅靠山侧。![]()
这说明路堤发生了向外的牵引式病害变形，造成越靠近牵引源，病害程度越严重。反之，越远离病害牵引源，病害程度越轻微。4）路基在大范围内沉降严重，多年来曾进行了多次加铺。尤其是桥台搭板下部目前表现的更为明显。从桥台锥坡部位发现，搭板下部沉降十分严重，造成桥头跳车现象十分严重。![]()
这种现象说明由于长期的地下水潜蚀、淘蚀等作用，造成填料中的细颗粒流失严重，路堤的颗粒之间级配严重不良而出现了路基下沉。当然，桥台部位出现明显的滑移迹象也会加剧路基沉降现象的发生。1）0#桥台桩基系梁发生开裂，暴雨时锥坡搭板下部地下水位上升迅速，锥坡下沉严重，路面搭板与桥梁伸缩缝呈现越靠线路右幅（河侧）越小，越靠近左幅（山侧）越大的“梯形”特征。![]()
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这说明由于路靠山侧由于弃方基本与路面标高齐平，造成地下水位抬升严重，导致搭板部位受地下水影响严重。其由于受到路基向外滑移变形的影响，以及受力方向与搭板与桥梁的伸缩缝存在夹角，导致伸缩缝呈明显的不规则变形而显示为“一头宽，一头小的梯形”。2）大桥的1~5#的左右两幅桥墩，均表现为系梁在右侧（靠河侧）桥墩紧邻部位发生拉张变形而表现出不同程度的开裂（3#桥墩左右幅的右侧（靠河侧）桥墩同时出现环状裂缝）。![]()
这种现象说明桥梁受到了坡体的牵引所致（当然也存在部分的桥台挤压受力），且由于右侧（靠河侧）桥墩为坡体牵引时的受力“主桩”，从而对紧邻桥墩的系梁产生了强烈的拉力而导致开裂。左侧（靠山侧）的桥墩为坡体牵引时的受力“副桩”，故桥墩和与之相连的桥墩附近系梁目前表现完好。3、从路堤与桥梁的变形情况来看，水在病害的发生中起到了相当关键作用，水是本次病害发生的内在因素，它直接导致了原自然坡体和路堤填料的物理力学性质降低，恶化了坡体的稳定性，直接降低了坡体的自身稳定性。从区内调查时发现，路堤两侧自然坡体、人工路堤、弃方等均处于富水，甚至饱和状态，地下水形成了上涌泉，地表水形成的径流沟等都相当发育。因此，它是本次病害处治的根本关键所在，如果水不能有效得到处治，则公路病害无法有效得到根治，其影响将是长期的，并且在一定时间段不排除“由量变至质变”而引发大规模公路病害的可能。![]()
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图13 小里侧滑坡地下水成溪状流向路堤
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图14 路基内侧弃方饱和状
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图15 桥梁所在坡体富水
4、本次病害虽然水起到关键的内在因素，但从路基与桥梁出现新的变形迹象来看，桥梁发生牵引变形开裂等新的病害发生，外界新增的影响因素加速或导致了病害规模和特征发生了重大变化。
因此，在区内调查时重点排查了高速公路前部自然坡体的稳定性。在初步调查中发现，在距高速公路约80m的二级公路从2019年至今存在断断续续的开挖，形成的高约8~10m的松散碎石土边坡垮塌严重，地下水大量从坡面不同部位渗流而形成溪流。路堑边坡在与高速公路之间的自然坡体发现了多处宽大的拉张裂缝（但由于腐殖土发育，裂缝的调查并不完善，需进一步加强）。![]()
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图17 二级公路坡体呈溪流状渗水
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图18 二级公路与高速公路之间坡体出现多条张拉裂缝
这说明由于二级公路开挖形成的边坡在长期裸放期间，导致性质较差的坡洪积堆积体发生了卸荷、牵引变形，从而导致了路基部位变形加剧，导致桥梁部位自然坡体由于既有平衡破坏而发生蠕变。且由于桥墩刚度大，应力集中明显，故目前表现为桥墩出现开裂。如果不及时进行工程干预，极有可能出现自然坡体变形恶化和桥梁发生更大规模变形的可能。由此，高速公路前部约80m部位二级公路的开挖是本次病害发生的重要外在诱发因素，它直接加剧了病害发生的规模，加速了病害发展的固有发展频率。从导致病害发生的因素和公路变形的危害分析，病害的处治宜采取应急工程和永久工程两部分。1）尽快截排路基左侧（靠山侧）成溪流状的地表水，在清理涵洞堆积物的基础上，应确保地表水能顺利排出，而不能渗流入路堤。2）对坡脚外倾挡墙进行适当反压，在有效提高路堤稳定性的基础上，防止过量反压造成挡墙前部松散坡体发生变形。3）对路堤挡墙上部发生鼓胀的部位，在路堤半坡设置微型桩进行适当加固，并对桩顶进行面板连接，从而提高微型桩的整体受力作用。微型桩设置范围宜包含整个锥坡，且宜穿过填方与老地面以下8m以上，从而在对坡体进行应急临时加固的基础上，兼做将来永久工程使用。4）尽快进行二级公路的路堑边坡加固防护，从而扼制其对高速公路产生的不利影响。5）尽快在路基与桥梁变形区建立地表位移监测，并在尽快开展永久工程勘察的基础上，建立深孔位移监测，从而对本段复杂的坡体变形部位进行准确定位和地下水位分析与截排水工程的设置，对分析病害原因、辅助永久工程设计和施工，具有重要的指导意义。6） 由于雨季到来，故应对高速公路进行必要的交通管制，在严密监测的基础上实现，有序保通。一旦出现监测曲线突变，就应上报相关主管与技术人员考虑对应的处治措施。1）对病害影响段进行1:1000~1:500的地形图与代表性断面图测量，在合理补充地质资料的基础上，将裂缝、地下水露头等关键要素进行填图。2）尽快进行病害影响段的地质勘察，并结合原路基、桥梁、二级公路实施等，尽快形成勘察报告供永久处治设计使用。3）结合临时排水工程，在路基左幅（靠山侧）设置深度较大的截水盲沟和地表排水沟，在合理处置内侧弃方的基础上，有效确保截排水的正常使用，提高坡体的自身稳定性，根除对影响公路长期稳定性的不利因素。4）根据二级公路边坡的加固情况、路基排水工程设置，合理对病害影响区的坡脚挡墙进行必要的修复、加固，并设置长度不小于25m的仰斜排水孔对路堤水进行有效的引排。![]()
结合勘察与地表和深孔位移监测情况，考虑是否需要对桥梁所在坡体、路堤变形强烈地区设置强大的支挡工程进行加固。5）在坡体病害进行有效处治的基础上，对路基沉降严重部位进行必要注浆、翻挖和路面铺砌，以及对桥梁结合检测评估进行必要的加固。
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