摘要：本文从高速公路的通病出发，从施工单位施工工艺、设计方面阐述路基沉降开裂的主因，简要介绍当前路基缺陷处治常用方案，重点推荐以笔者成功处治经验施工的设备方案。
关键词：高速公路 沉降 开裂 成因 压力灌浆 设备 风动潜孔钻 处治
一、高速公路路基缺陷概述
改革开放以来，我国高速公路建设得到了持续、快速、健康的发展，取得了举世瞩目的成就。2018年底，突破14万公里大关，总里程世界第一，里程接近全球排行版后9个国家总和，在国民经济具有举足轻重的促进和制约作用。
在方便快捷的同时，也为交通管理部门带来了巨大的后期养护工程，而保障交通通畅的路面平整度是养护核心，也是维护费用最高的项目，作为驾驶者最熟悉莫过于道路不均匀沉降、开裂以及几乎不可避免的桥头跳车现象，笔者曾经主持过湖北省内多条高速路的不均匀沉降、开裂及桥头跳车处治，也接受过相关项目的处治咨询。如随*高速、宜昌境内的翻*高速、汉*高速、大*南高速等。
不同分布区域，基础填筑用料有较大的差异，其不均匀沉降引发原因各有不同，准确分析沉降原因是制定成功处治方案的基础。较多道路反复处理就是治标不治本的结果，城市道路就常见某些路面破坏，直接重修路面，然后一段时间后重修的典型现象。还有我们总会在高速路上见到警示牌：前方软基路段**米，在笔者看来，意味着该路基未处理，或该路基处理效果不佳。根据笔者从事岩土工作的经验，软基路段严格通过换填或其他地基处理方式等，质量应该是有保证的。
二、案例分析缺陷原因
1、参考案例一：随*高速
以随*高速柳林镇段K27+900~K28+20为例，北为挖方区，南为填方区，典型的丘陵地带公路特征，半挖半填，填料就地取材，土夹石，岩块成分为本地区广泛分布的红砂岩。根据《公路路基设计规范》JTG D30-2015规定，该边坡高度约20米，边坡属于高边坡范围。路基边坡坡度为1：1~1：1.5左右，一百多米长度范围内，数条裂缝分部，沉降最厉害的是路肩，其次靠路肩第一车道，水平位移1~4cm，沉降达3cm，已经威胁到行车安全。在接到委托任务时，首先分析了沉降原因，该路基裂缝分布于南侧路肩及第一车道，靠边坡侧，第二三车道及对向车道完好，靠山一侧排水沟完善，说明该路段出现施工通病，结合裂缝发生水平和垂直位移现象，属于临边压实不足，在土压力作用下临空面土方滑移，一旦产生裂纹，没有及时处理，遇到雨水进入裂缝，加剧沉降。造成滑移原因从两方面分析：设计方面，该高边坡路基设计是否进行了稳定性分析计算，边坡坡率是否足够安全，设计参数是否考虑施工工艺不足的问题等；施工方面，是否严格按设计坡度施工，路基压实在原材料、分层压实厚度、压实度方面是否达到设计要求？当前路基边坡坡率是图纸给定的还是施工形成的，因没有相关资料，无法评述，但边坡坡率太大，路缘压实不足是主因。
2、参考案例二：翻*高速
翻*高速某段，同样的高边坡路基工程，位于山区，特点是穿过一条沟，沟底设涵洞，道路两侧临空，两侧坡度目测1：1.5左右，即上下坡的时候感觉易失稳。该路段还处于路基刚刚铺设完成，准备进行面层施工，这个时候出现裂缝，裂缝分布道路两侧，形成原因同案例一，甚至很多人的疑问是为什么不建桥呢？可见填方之深厚。
参考案例三：
武汉汉*高速，武汉人应该对这条高速较熟悉，从起点到K20之间路面起伏比较严重，裂纹从路肩到行车道均分布，靠路肩侧裂纹密度更高，填方最高近10米。该路段原始地貌为阡陌交错的藕塘、鱼塘，综合分析路基未进行处理或清淤不彻底，填方过高、压实不足造成。
在该高速的红*互通立交处，跳车极为严重，原因不难分析，软弱地基沉降和桥梁近似零沉降之间的沉降差造成。
以上三个案例在高速公路缺陷现象中极具有代表性，有设计的原因，如边坡坡率、缩减安全系数问题；有施工单位填方施工工艺不到位的原因；有业主考虑投资费用而减少基础处理费用、桥梁建设费用的问题，以及不排除项目层层转包导致施工过程中偷工减料问题。
三、缺陷处治方案与实施方案的选择
1、路基处治方案选择
路基沉降处理方案通常处理方式有换填法，无砂碎石小桩压浆法。换填法由于涉及工作量大，影响通车时间长，较少在通行的道路上使用，而压浆法以施工快捷、造价低较为广泛。
在已通行的道路上实施处治方案，从业主保证道路通行和成本的角度，让施工方选择的方案不多，一是要求处理费用低，二是可以迅速恢复通行。综合评价，选择水泥浆压力灌浆方案进行路基沉降处治较为适宜，该方案造价相对较低，关于无砂小桩压浆法在行业内流程比较成熟，在此不再赘述，本文将重点阐述成孔工艺。
桥头跳车处治，同样采用无砂小桩压浆法，较路基处治方案，建议处理深度应分两部分，第一部分处理深度到达良好持力层，桩密度加大；第二部分小桩间距适当加大、桩长适当减小，逐渐过渡。
2、成孔工艺设备选择
首先应该排除带水钻孔，这会带来副作用，浸泡路基，加重灾情，从而避免选用普通勘察钻机，但时至今日，仍然有用钻机带水作业的成孔工艺，可替代设备尚未普及。针对山区高速公路，笔者在原公司承接的随*高速治理项目中，工作量约2000米碎石小桩，公司安排勘察钻机施工，高速路上没有水可用，而无水施工效率极低无法满足进度要求，只好将普通钻机全部退场，暂停工，寻找替代设备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过考察，发现专用于岩体打爆破孔用的风动潜孔钻，施工效率较高，且采用风压洗粉，可以进行路基打孔试验，但潜孔钻主要用于岩层施工，且通常采用水平或倾斜的钻孔方式，能否在以土为主的路基里施工，且钻机必须垂直置放的情况下打孔，连施工队都没有十足的把握，在解决了施工队后顾之忧后，答应开始施工试验。在施工队进场后，根据我们的描述，首先改造潜孔钻的垂直安装装置。
根据设计桩径，选择YQ-100风动潜孔钻1台，钻头选择直径110mm，动力配套7kw柴油发电机一台；供气配置一台柴油动力空压一体机，排气量10m3/min，压浆方面，选择最大压力不小于8MPa压浆机一台。
试验的结果完全超出了预期，在上述设备搭配下，在孔深10米以内，单台潜孔钻每天工作量可以达到200米，随着单孔深度增加，速度有所下降。普通钻机每天的工作量，潜孔钻一小时完成，效率是钻机的数倍，而且成孔设备重量轻。
这里要注意的是潜孔钻型号和空压机排气量的搭配，孔径越大，孔越深，裂缝越大，需要设备的排气量越大，空压机排气量决定了施工的效率，当孔较浅，空压机排气量足够较大，一台空压机也可以同时接两台潜孔钻，单台效率下降，但单位时间施工量提高，充分发挥大排量空压机效率，与土质、孔深、孔径均有关系。
该成孔方案成功后，湖*路桥公司后期路基沉降处治方面逐渐推广，成为较成熟的高效施工处治工法，并且延伸到其他领域和其他公司。
风动潜孔钻适用范围
潜孔钻的设计施工对象是岩石，因此地基土层越硬、含水量越小，施工效率越高，在岩石中，根据型号的不同，成孔深度可以达到30米以上，在土层中，考虑气体在土层中的损失，有所下降，实际施工中观察出气量和出泥量综合判断适应深度，如果打的过程中土粉没有同步冲出地面，应及时拔出钻杆，防止埋杆，如果需要增加深度，可以调节孔径和空压机排气量来适应施工深度，笔者山区高速路基处理案例中，最大处理深度15米，潜孔钻较适合半挖半填，土质含水量小的路基施工。
在土质含水量大，较软的土层施工，应严格控制深度，应根据试验的结果来确定本设备的适用性。保证施工效果，在本文案例汉*高速处治中，潜孔钻穿过含水土层，喷出孔口的不再是泥粉，而是泥浆，导致埋钻数次，建议处理深度在水位线以上，超过水位线以下考虑其他成孔设备。
当前潜孔钻已经更新换代，履带移动式，液压操作，施工更加方便快捷。
4、压力灌浆小桩设计思路
填筑小桩的碎石宜采用细碎石，粒径10mm以下，花管伸出地面不低于10cm，并用水泥砂浆封口，封口高度不宜少于25cm，花管打孔段应在封口线以下，压浆管可以选用薄壁小钢管或pvc管，直径2cm左右，其强度应满足压浆机送浆管绑扎的要求。
水泥浆的水灰比应根据裂缝的严重程度确定，路面开裂越严重，水灰比越小，开裂越轻微，水灰比越大。其次，为了尽早实现强度，缩短道路封闭时间，建议采用早强型水泥，水泥等级R42.5及以上。终孔压力根据具体情况确定，一般不低于2.0MPa，并建议二次压浆，终孔压力应能保持2-3分钟为宜，且注浆顺序先路基两侧或四周，后中间原则，形成“围堰”效果。
最后比较重要的是设计压浆小桩的长度，应根据实际情况考虑，主要是考量压浆的渗入效果。对于高填方，基础不积水，底层填方含水量不高、基底倾斜的山区高速道路，一旦发生沉降和局部坍塌，裂缝发展一般直达底部，这种情况花管长度不小于填方高度的2/3，在高水头和机械高压下，水泥浆会沿着裂隙面直达底部；在平原地区，如果地基未处理或清淤不彻底，会出现软弱持力层和底部填土方后期被浸泡情况出现，这种情况下，小桩应穿过路基到达强度较高的持力层，除了加固水位以上土体，水位以下利用小桩单桩承载的能力，形成密集的“树根桩”，支撑上部荷载。
5、压浆注意事项
成孔后防止塌孔，应及时放置花管和填充碎石；
利用砂浆封口后，待砂浆终凝后开始压浆；
至于施工后到通车的时间间隔，有条件尽量待水泥浆强度达到100%，与房屋建筑不同，其混凝土在强度成长过程中处于安静环境，而路基水泥浆还未达到强度的同时接受动荷载必然会影响其强度增长。
四、施工中的注意事项
1、做好卫生安全防护，施工现场尘土飞扬，防止过多吸入粉尘和飞石伤害眼睛；
2、防止电击和高压气体伤人及机械伤人；
3、防止拔管时高压水泥浆喷射伤人；
4、务必按规定做好高速公路封闭施工。
五、压力灌浆技术的处理效果
1、压力灌浆在山区高填方处置中效果明显，与其较好的渗透性有关，通过已完工程观察，后期基本稳定，取得较好的效果。
2、平原地区软基路段，或者未经处理地基，一般基础底部饱水，除非桩长达到较好持力层，否则难以达到效果。
3、影响处理效果的重要因素是桩长，业主为了降低处理费用，往往消减桩长和桩的布置密度。
六、压力灌浆技术应用前景
压力灌浆技术由于其施工快速、成本低的特点，特别是风洞潜孔钻工法必将广泛运用于道路缺陷治理中，除了道路外，也可以对场地、室内沉降等进行加固，以及水库的防渗帷幕施工。
参考文献：
《公路路基设计规范》JTG D30-2015
《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012
《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008
论文作者:骆云久,孙宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：路基论文; 裂缝论文; 水泥浆论文; 钻机论文; 压力论文; 深度论文; 路肩论文; 《基层建设》2019年第21期论文;