公路高填方路堤稳定性监测设计探讨

公路高填方路堤稳定性监测设计探讨

寇保义,段宝立,武富康,张伟

中建八局第一建设有限公司   山东省 济南市 250000

摘要：近年来，我国高速公路建设快速向山区延伸，而山岭重丘区由于较大的地形高差、陡峻的地面横坡和路线平纵指标限制均使得高速公路路线区域内出现较多的高填路堤和深挖路堑。设计中要秉持“环境友好、资源集约”的绿色公路理念。按规范定义，填土高度大于20m或填土高度虽未达到20m但基底有软弱地层发育，填筑的路堤有可能失稳、产生过量沉降及不均匀沉降时，应划入高路堤，并逐工点勘察设计。高路堤若处治不当会造成路面沉降变形、路面纵横向开裂和路堤整体失稳，威胁行车舒适性和安全性。

关键词：公路；高填方路堤；稳定性监测；设计

1工程概况

某高速公路K33+620—K33+700段为高填路堤，路线由南向北跨越一丘陵沟谷，圆曲线半径R=1500，超高横坡4%，路面路基设计宽度为24.50m，最大填方高度约22.0m，工点起点接填挖交界，终点接路肩挡土墙，挡土墙外侧采用锥坡进行衔接。设计处理措施为：对地基土进行挖除换填，对路堤采用间距4m一层1000kN·m普夯进行处理，在路面以下1.5m处，设置3层间距为0.6m的钢塑土工格栅，坡面防护采用拱形骨架。路面结构为4cmSBSAC-13+6cmSBSAC-20C+8cmAC-25+20cm水泥稳定碎石+20cm水泥稳定碎石+20cm水泥稳定碎石。超高段排水采用纵向集水槽+集水井+横向排水管的形式。

2公路高填方路堤监测设计

2.1路堤监测项目

公路高路堤监测主要包括路表沉降、分层沉降、边坡坡体及支护结构变形、支护结构应力等。地表位移用于路堤边坡稳定性评估，包括边坡表面水平位移、坡脚水平位移（软土地区）、坡脚隆起（软土地区）等。深层水平位移监测可推定土体剪切破坏位置，地面坡度陡于1∶2.5的高路堤需进行深层水平位移监测，非陡坡地段的高路堤在必要时进行深层水平位移监测。深部沉降主要包括地基分层沉降（软土地区）、基底沉降（采空区），存在软弱夹层、多层软土的地基，需进行分层沉降监测；采空区路堤需进行路堤下原地面的沉降监测。路表沉降用于工后沉降监控，预测工后沉降趋势。膨胀性岩土等对水分比较敏感的填料填筑的高路堤，应进行路基湿度监测。运营期监测主要针对位移尚未稳定的路堤。

2.2监测断面与测点设置

2.2.1监测断面设置原则

监测断面应根据监测等级、路段长度、地质地形特征、潜在滑动面特征和视通条件布设，达到系统监测路基变形量和变形方向，掌握其时空动态和发展趋势，满足预测预报精度的要求。监测断面设置间距，监测等级为一级时，宜为30～50m，不宜少于2个；监测等级为二级时，宜为40～60m，不宜少于2个；监测等级为三级时，不宜超过100m。场地地形变化较大、地基均匀性差、软弱土分布区、与桥涵结构物衔接处等区域宜适当加密。

2.2.2监测点设置原则

监测点布设应不妨碍监测对象的结构安全，并应减少对施工作业的不利影响；宜考虑施工期和运营期监测工作的双重需要；应布设在位移与受力较大及能表征路基和周边环境安全状态的关键部位，不同项目的监测点宜布设在同一断面上。可在监测过程中根据变形情况进行动态调整，变形剧烈位置宜及时补充测点。

2.2.3监测点布设要求

（1）路面沉降测量点设置在道路中线和路肩处，分层沉降测量点位于道路中线和路肩处相应的地基持力层处。分层沉降测量点的垂直间距应根据地基基层的分布确定。采空区路堤基底的沉降测量点设置在与道路中心线、路肩和坡脚相对应的原始地面上。（2）如果使用剖面沉降仪等剖面沉降测量手段，则应在路基（或基底）上设置凹槽。（3）在边坡平台和坡脚处设置地表水平位移测点，保证断面一侧不少于3个点。在软土地区，应在坡脚外10m范围内设置3～4。（4）分层沉降监测每段不少于2个监测点。监测点应垂直布置在各土层的界面上，并在厚土层的中间适当加密。（5）深层水平位移测点应设置在坡脚和边坡平台上，测点数量应能判断不少于2个的稳定性。测斜管应通过钻孔安装在边坡内部，监测深度应根据潜在滑动面的位置确定，超过潜在破坏面5m。（6）沉降和水平位移测量点应布置在同一横截面上。（7）裂缝监测点的布置应选择具有代表性的裂缝。每个裂缝至少应设置2条裂缝，并应设置在裂缝最宽的部分和裂缝末端。

2.3监测精度

在参考国内相关规范的基础上，结合公路高填方的变形特点，对路基沉降监测的准确性提出了要求。取位移预警值的1/10～1/20作为地表水平位移监测的精度指标值，具体精度以路堤水平位移预警值为准。分层沉降监测的精度不应低于2mm；深层水平位移监测精度不大于2mm；表面裂纹观测的均方误差不应大于3mm；地下水位监测的允许误差不应大于20mm。

表1高路堤沉降监测精度

3处治设计及施工工艺要求

3.1处治措施

（1）灌浆。为了控制沉降的进一步发展，对锥形边坡、一级边坡和一级平面进行了穿孔钢管灌浆处理。在锥形边坡区和一级边坡区，采用长9.0m、外径90mm、壁厚5mm的灌浆钢穿孔管进行斜向灌浆。与水平方向成20°角。呈等边三角形布置，孔间距为2.6m。在一级填筑平台范围内，采用长12.0m、外径90mm、壁厚5mm的灌浆钢穿孔管进行垂直灌浆，垂直灌浆采用矩形布置，水平间距1m，纵向间距1.5m。

（2）排水设计。中央分隔带用防水膜+2cm厚水泥砂浆密封；超高段纵向集水箱的裂缝用环氧树脂填充，无效的水平排水管密封。在路肩侧每隔30cm钻一个水平钻孔，并重新安装水平排水管。

（3）路面修复。从晚上一大早到第二天早上，对已沉降的路面按原设计标高进行铣刨、铺沥青。

3.2灌浆施工工艺

3.2.1灌浆压力

灌浆压力是控制灌浆质量和灌浆量的重要参数。第一次灌浆，灌浆压力为0.1～0.2MPa，形成硬壳层；然后再次灌浆。灌浆压力为0.2～0.3MPa。灌浆泵和孔口处安装压力表，最大标准值不应大于1.5MPa。灌浆压力以孔板压力表指针摆动的中间值为准，误差不超过5%。

3.2.2泥浆配置

（1）灌浆混合

灌浆浆液应搅拌均匀，搅拌后立即使用。水泥浆在初凝前用完，严禁将石块和杂物混入水泥浆中。搅拌浆液不少于3min，搅拌水泥浆不超过3×3mm，过滤后可使用双层滤网。

（2）灌浆材料和灌浆的要求

采用O42.5普通硅酸盐水泥，其质量应符合现行国家标准；搅拌用水应使用生活用水或饮用水，生活污水、工厂排放的污水或含有有机悬浮物的水和其他对混凝土有害的水不得用作泥浆搅拌用水；第一次灌浆的配合比为水∶水泥=1∶1，第二次灌浆配合比为水∶水泥=0.8∶1.

（3）灌浆方法

灌浆分为两次压力灌浆。第二次灌浆在第一次灌浆后4～6h进行。灌浆在压力下进行。灌浆期间，使用以下工具加压和保持压力。封堵时钢管直径与埋地钢管直径相同。使用时用管卡牢固连接。灌浆后需稳定2～3min。

(4）止浆

在规定压力下，注浆量小于1L/min时，稳压2～3min，若压力不下降或压力下降不超过5%，则可正常止浆。

结论

结合高速公路通车实际情况，采用坡面注浆+封闭中分带、钻孔排水+加铺沥青路面的处治方案对沉降变形进行处治。研究认为，控制注浆工艺和加强质量检测是保证处治效果的关键。

参考文献：

[1]李俊升，康佐，杨晓华.高填路堤沉陷病害机理及防控措施研究[J].公路交通科技，2020(5):53-56.

[2]姚捷，高小虎，齐韵涛.基于绿色公路建设理念的高速公路路线设计方案评价体系研究[J].交通世界.2021(12):102-104.