河北省某高速公路收费站广场路面塌陷分析及治理_曹书芹.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2022-03-15修回日期：2022-03-15第一作者简介：曹书芹（1987-），女（汉族），河北邢台人，工程师，现从事岩土工程勘察及地质灾害防治工作。河北省某高速公路收费站广场路面塌陷分析及治理曹书芹*，李建朋，刘寒宇（河北省交通规划设计研究院有限公司，河北 石家庄 050011）摘要：河北省某高速公路收费站广场路面在2018年雨季出现裂缝并伴有局部地面沉降，威胁收费站建筑及过往车辆安全，对其进行治理是必要的。通过现场调查、测量、钻孔、原位测试、土工试验等综合地质勘察手段查明了沉陷区地质灾害的分布范围、成因机理、危害程度、稳定状态和发展趋势，并提出采用深层树根桩加固法对其进行治理。关键词：降雨；塌陷；深层树根加固法中图分类号：TU418 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0005-041概述河北省某高速公路收费站始建于 1998 年，原地貌沟壑纵横，东侧冲沟于 2006 年堆填整平，堆填物为碎石及粘性土。由于该区域经济发展，收费站于 2018 年进行扩建，扩建范围位于 2006 年填平的冲沟处。扩建后由于附近国道改造，将该收费站东侧排水沟截断，在收费岛东南侧形成漫排。2018 雨季，以漫排下渗点为中心，半径约 25m 范围地面产生沉陷开裂，整个沉陷区呈扇形（见图1）。收费广场路面区域最大沉降量约 30cm，裂缝宽度 24cm，裂缝贯通呈扇形，外侧约 13m 范围有细微裂缝，经灌缝及找平处治后较为稳定。但 2019 年每次降雨后，路面沉陷开裂明显加剧，其他时间较为稳定。对地表的影响相当复杂且是一个长期的过程，危害公路安全，潜在经济损失约 300 万元，因此需对沉陷区进行勘查治理。2塌陷区地质环境条件2.1地形地貌研究区地处冀西北，接近内蒙古高原，在宣化盆地和怀来盆地之间。地层构造复杂，断褶带纵横，并有多种典型地层出露地表，多为山地和丘陵，新时期构造运动一直在延续，地貌总的轮廓无变化，煤炭资源较丰富。场地微地貌单元属于山间河流沟谷区，地形稍有起伏。2.2地层岩性研究区内地层主要为第四系全新统人工填土及冲洪积的粉质粘土、卵石等，根据收集资料及调查结果，勘查区土体可分为4层，自上而下其工程地质特征分述如下：（1）填筑土：为路基填土，为1996年填筑，地表出露，层厚0.60.9m，表层20cm为沥青，下部以碎石、粉土和灰土为主，压实度95%。（2）碎石：埋深0.60.9m，厚度5.66.8m，杂色，稍密，稍湿，棱角状，一般块径24cm，约占70%，最大块径15cm，局部充填中砂或粘性土，约占30%。（3）粉质粘土：埋深6.47.4m，层厚0.75.0m，黄褐色，可塑，土质不均，切面较光滑，干强度及韧性中等，含少量砂砾石，具湿陷性。（4）碎石：埋深7.111.8m，揭露厚度2.93.4m，杂色，密实，稍湿，碎石含量约50%，一般粒径110cm，最图1收费广场沉陷区52023年第2期西部探矿工程大15cm，母岩成份以片麻岩为主，棱角状，充填砂砾石及粘性土。2.3水文地质条件研究区由于地形起伏较大，地势陡峻，沟谷发育，侵蚀切割强烈，地下水径流、排泄条件良好，含水地层主要为侏罗系安山岩、砂砾岩及第四系砂、卵砾石层，以裂隙和孔隙水为主，蓄水性不均，沿沟谷第四系砂、卵石层，含水丰富，常形成充沛的潜水富集带，而在山区、基岩分布区，风化带深度1530m左右，含水贫弱，属于富水程度贫水区。勘查区内地下水水质较好，地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。大气降水是区内地下水主要补给来源。大气降水通过第四系缓慢下渗。在天然状态下，地下水径流主要顺岩层层面。地下水的排泄主要在低洼地带以泉水方式及以地下径流方式流出区外。2.4工程地质条件上更新统地层分布于山麓边缘、河谷阶地或山坡地带。平行不整合于下更新统或其它基岩之上，成因类型为冲洪积，局部坡积，岩性为浅黄色、黄褐色粉土、粉质粘土含棱角状碎石、砾石，夹不稳定砾石层，一般其垂直柱状节理发育，地形、地貌常被冲刷为陡壁冲沟，该土体属于黄土状土，具有一定程度的湿陷性，该土体所形成的冲沟、边坡较为稳定，整体上区域内工程地质条件良好。2.5人类工程活动对地质环境的影响该收费站始建于1998年，原地貌沟壑纵横，经场地平整后修建收费站，正常运营多年。由于该区域经济发展，收费站东侧冲沟于2006年堆填整平，堆填物为碎石及粘性土，收费站于2018年进行扩建，扩建范围位于填平的冲沟处。扩建后由于对附近国道改造，将收费站东侧排水沟截断，雨季排水在收费岛东南侧形成漫排。3地面沉陷地质灾害现状及原因分析3.1地面沉陷特征由于雨季降雨在收费岛东南侧形成漫排，在2018年雨季期间，以漫排下渗点为中心，半径约25m范围地面产生沉陷开裂，整个沉陷区呈扇形。收费广场路面区域最大沉降量约30cm（见表1），裂缝宽度24cm，裂缝贯通呈扇形，外侧约13m范围有细微裂缝。观测点号12345沉陷区高程（m）621.31621.46621.59621.91621.13原高程（m）621.42621.55621.75622.13621.46沉陷量（m）0.110.090.160.220.33表1沉陷区高程对比表沉陷区边界裂缝整体呈弧形，局部呈锯齿状，较粗糙，延伸长度可达60m，弧形顶部张开度相对较大，约24cm，两端张开度较小，约12cm。此外在沉陷区内部积水坑周围还分布有多条局部裂缝，一般延伸610m，张开度约513cm（见图2）。3.2地面沉陷产生原因由于附近国道改造，将该收费站东侧排水沟截断，雨季排水在收费岛东南侧形成漫排。路面结构7.0m左右以下粉质粘土属非自重湿陷性黄土，湿陷程度轻微中等。由于上部覆盖有人工填土，使其荷载增大，正常情况下可保持稳定，降雨后，随雨水下渗，该层含水率增大，土的抗剪强度迅速降低，在土自重压力或土自重压力加附加压力的作用下，结构逐渐破坏，从而发生湿陷，致使路面产生不均匀沉图2沉陷区边界裂缝62023年第2期西部探矿工程陷。4沉陷治理工程总体设计4.1处治方案的确定对沉陷区的处治方案有强夯、换填以及深层树根桩加固法。强夯施工噪音大，对收费站楼和收费岛产生的影响较大，强夯法不适合；换填法处理深度一般不超过23m，处理深度不能达到湿陷性土层，故换填法不适合。因此，本沉陷区采用深层树根桩加固法进行处治。4.2深层树根桩加固法设计处治范围从路面边缘至贯通裂缝以外4.0m（见图3）。树根桩加固深度为地表以下13.0m，桩位采用正三角形布置（见图4），桩间距1.5m，桩径0.11m，桩身预留40mm壁厚2mm钢管（见图5），加强路基整体性，保障路基稳定。注浆管下部开6mm花孔，花孔竖向间距为0.5m，成螺旋式。图3处治方案设计平面图图4处治区方案设计示意图4.3注浆量的计算处治范围从路面边缘至贯通裂缝以外4.0m。树根桩处理至地表以下 13.0m，桩径 0.11m。桩身预留钢管，加强路基整体性，保证路基稳定。单孔扩散半径按0.75m计，浆液充填系数选用0.9，单孔单位长度注浆量估算如下：Q1=R2Hn=1.23.141.00.7520.050.9=0.095（m3）式中：Q1单孔注浆量，m3；浆液损耗系数，=1.2；R浆液有效扩散半径，m，R=0.75m；H注浆段深，m；n孔隙率，n=0.05；浆液充填系数，=0.9。单孔单位长度注浆量为0.095m3，桩身28d强度不小于20MPa，单桩承载力不小于150kN。4.4施工要点（1）孔（桩）位布置。注浆孔三角形布置，桩间距1.5m，处治范围从路面边缘至贯通裂缝以外4.0m。（2）成孔。用潜孔钻机成孔至设计深度，孔径不小于110mm。（3）下注浆管。成孔后，下入40mm钢管（壁厚2mm），该管不仅作为注浆管使用，同时作为树根桩桩身刚性材料使用。注浆管下部开6mm花孔，其中花孔竖向间距为0.5m，成螺旋式。管底部制成楔形，管顶部与上基层顶面齐平。（4）桩身填筑。以砂砾为骨料拌合水泥填孔至距路面层顶面以下1m处。每立方砂砾中拌入300kg 的PO42.5普通硅酸盐水泥。（5）封孔。注浆前顶部1m采用C40收缩补偿混凝土封孔，至与面层持平。图5注浆及树根桩示意图72023年第2期西部探矿工程（6）制备浆液。灌注所需浓度制备浆液按照水灰比为0.8制备，必要时加入适量减水剂和速凝剂，水泥选用PO42.5普通硅酸盐水泥，水为一般人畜饮用水。用灰浆搅拌机将浆液充分搅拌均匀。（7）注浆。浆液制备搅拌均匀后，用压力泵将浆液注入孔内，施工注浆采用全孔一次性分段注浆的方法。在注浆的同时，形成桩身。注浆压力控制在0.5MPa，闭浆5min以上，注浆流量控制在50L/min。4.5质量检验注浆检验应在注浆结束28d后进行。（1）动力触探检验加固地层的均匀性，检验点为注浆孔数的1%；（2）开挖检验注浆深度及注浆扩散半径，检验点为注浆孔数的0.5%；（3）钻孔取芯检验，检验点为注浆孔数的1%，要求芯样单轴抗压强度大于1MPa。4.6施工质量保证措施（1）材料严格控制质量标准，检查复核质量保证资料，对于严重嫌疑材料，坚持进行必要的实验测试。做到工艺检查，设备检查，施工操作检查，建立严格验收把关制度。（2）施工现场设专职质量检查人员，检查复核桩机，机架的走位，钻孔的深度，检查水泥浆液的搅拌操作规范、水灰比。（3）钻机移位、开钻、提升由现场指挥负责，开钻前，检查钻机平稳性，做到固定端正，桩架垂直。（4）严格控制水灰比，搅拌时间，浆液质量，注浆时控制注浆压力和注浆量。（5）为保持工作连续性，严禁钻管下钻提升中途进行换岗接班，建立交接班文字记录制度。接班人必须搞清上一班施工的每一个参数。4.7安全施工措施（1）设立以项目经理为首，专职安全员，机班组兼职安全员为主的安全保证体系，建立文明施工制度，坚持工地文明施工。（2）要求各工序、各工种严格按照相应的安全操作规程进行施工。强化安全教育，使职工在思想上重视安全生产，在技术上懂得安全生产知识，在操作上掌握安全生产要领。（3）健全安全管理办法，根据“全员管理、安全第一”的原则，建立安全责任制，明确规定各级领导职能部门、工程技术人员和生产工人在施工活动中的安全生产责任。（4）严格执行管理制度，施工人员进入现场必须戴好安全帽。遵守建筑安装安全操作规程的有关规定。（5）针对现场实际情况，经常分析施工中可能出现的不安全因素，制定相应对策，防患于未然，并定期对施工机械进行维修检查，并记录运行性能状况。（6）现场由专职电工24h值班，供配电电缆必须安全高架，机械电器必须装好漏电保护装置；值班电工在阴雨天施工时要特别注意漏电保护装置是否正常工作，拖地电缆要尽可能架空设置，配电箱、开关柜要安全、稳定、可靠，一机一闸一控制，现场照明要充足，确保夜间施工的安全。（7）现场施工人员配齐劳动保护用品，专职安全员经常巡回检查，违章者立即纠正并给予处罚。不随地大小便，不打架斗殴，不说脏话，不乱扔垃圾，保持衣着整洁，经常检查监督并定期对照我院安全文明施工考核标准进行评比验收，工地设公共侧所，并设专人管理。5结论（1）河北省某高速公路收费站雨后出现塌陷，以漫排下渗点为中心，半径约25m范围地面产生沉陷开裂，整个沉陷区呈扇形，最大沉降量约30cm，裂缝宽度24cm，裂缝贯通呈扇形，外侧约13m范围有细微裂缝。（2）地基7.0m左右以下的粉质粘土具有湿陷性，湿陷程度强烈，遇水后，土的抗剪强度迅速降低，在土自重压力或土自重压力加附加压力的作用下，结构逐渐破坏，从而发生湿陷，致使路面产生不均匀沉陷。（3）针对该塌陷区实际情况采用深层树根桩加固法对塌陷区进行处治，并对施工过程中的施工要点及参数进行了详细的说明。参考文献：1JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范S.2杜林强,李松林,任泳霖.湿陷性黄土公路路基处理方法J.中国新技术新产品,2020(17):111-112.3马小龙.路基塌方路面沉陷中的处理探讨J.智能城市,2020,6(22):147-148.4王满林,张磊华.树根桩加固处理技术在工程中的应用J.湖南水利水电