Analysis on the Characteristics and Causes of Subgrade Diseases in a
Expressway in Yunnan
张良翰 ZHANG Liang-han；吴荣琴 WU Rong-qin
（云南省建设基础设施投资有限公司，昆明650500）
（Yunnan Infrastructure Investment Co.，Ltd.，Kunming 650500，China）
摘要：云南某山区高速公路在通车两年内陆续出现了路基裂缝、路基沉降等路基病害。文章结合该高速公路路基病害检测工作，分析了该项目路基病害的类型和特征，从地形、地质、施工质量、路基特征等方面对路基病害的成因进行了分析，并介绍了相应的病害处治措施。
Abstract: Subgrade cracks and subgrade settlements have appeared in expressway in a mountainous area of Yunnan Province within two years. Based on the expressway subgrade disease detection work, this paper analyzes the types and characteristics of subgrade diseases of the project, analyzes the causes of subgrade diseases from the aspects of topography, geology, construction quality and subgrade characteristics, and introduces the corresponding disease treatment measures.
关键词：山区高速公路；路基病害；裂缝；路基沉降
Key words: mountainous expressway；subgrade disease；crack；subgrade settlement
中图分类号：U418 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0184-03
0 引言
云南省某高速公路路线全长105km，主线为山岭重丘区双向四车道高速公路，2012年底，该高速实现试运行通车；但是在试运行两年内，全线路基路面出现了不同程度的病害，路基先后出现了路基沉陷、开裂、桥头跳车等问题。本文将围绕该高速公路路基病害的特征、类型及成因展开分析和探讨，以为今后类似工程的病害防治与施工质量控制提供参考。
1 病害类型与特征
1.1 病害类型
路线全长105km，2014、2015两年均组织了对全线进行了病害检测，2015年共检测到路基裂缝132处，大部分裂缝的发生均伴有路基的整体沉降或不均匀沉降。与14年的检测结果相比，这132处路基裂缝有44处为新增裂缝，88处为旧裂缝，这些旧裂缝中有12处裂缝没有继续扩展，其余76处裂缝均发生了继续扩展的现象。132处路基病害有20处发生在半挖半填地段，占病害比例的15.2%；112处发生在纯填方地段，占病害比例的84.8%。根据检测结果，按照病害原因及工程类型，路基病害主要包括纵向裂缝、横向裂缝、组合裂缝、整体沉降、纵向裂缝伴随波浪形沉降5种类型，如表1所示。
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①路基纵向裂缝。路基纵向裂缝是路基病害的主要形式，共90处出现纵向裂缝病害，占路基病害的68.2%。
②路基横向裂缝。路基横向裂缝4处，占病害总数的3%。
③路基组合裂缝。共发生斜向裂缝或纵横向裂缝11处，占路基沉降病害的8.4%。
④路基整体沉降。发生路基整体沉降16处，占病害比例的12.1%。
⑤纵向裂缝，波浪形沉降。共发生波浪形沉降伴有纵向裂缝病害11处，占病害比例的8.3%。
1.2 病害特征分析
路基裂缝长度分布特性：132道路基裂缝最短处裂缝长4m，最长的裂缝长300m，其中长度在4-50m之间的裂缝有62道，50-100m长度的裂缝有26道，100m以上裂缝44道。
路基裂缝宽度分布特性：132道路基裂缝的宽度最窄处裂缝宽1mm，最宽的裂缝宽30mm，其中宽度在1-10mm之间的裂缝有106道，10-20mm宽度的裂缝有20道，宽度20mm以上裂缝6道。
路基裂缝的错台情况：最小错台高度为0，最大错台高度大50cm；其中整体发生沉降而错台高度为0的裂缝有51道，错台高度在0-1cm之间的裂缝有44道，错台高度在1-5cm之间的裂缝有21道，错台高度在5-10cm之间的裂缝有11道，错台高度10cm以上裂缝5道。
2 病害成因分析
2.1 纵向裂缝成因分析
调查表明本工程的纵向裂缝普遍长度较长，大部分纵向裂缝长度都在50m以上，纵向裂缝的宽度普遍不宽，均在1-10mm之间，大部分分纵向裂缝两侧的错台现象不严重，均在0-1cm之间。且纵向裂缝均发生在路基填方地段，路基填土高度分布在4-8m之间。如图1所示。
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结合地形分析发现，产生纵向裂缝的地段均处于山坡坡脚位置，山坡横坡坡率在1:8-1:4之间，路基左右两侧填土高度一般相差3-6m。据此分析：路基左右两侧填土高度不一致，综合路基填土的压实度不够，是造成路基产生大量纵向裂缝的主要原因。
2.2 横向裂缝成因分析
本工程共检测到横向裂缝4道，裂缝宽度均在1-10mm之间，裂缝两侧错台高度均为0cm。地形分析表明4道横向裂缝均处于挖方路段，由于原地面存在高液限土，设计采用碎石土换填1m，钻孔取样的数据发现换填高度没有达到设计要求，如图2所示。据此分析：路床下伏高液限土在水的作用下发生沉降变形是导致路基产生横向裂缝的主要原因。
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2.3 组合裂缝成因分析
本工程共发生斜向裂缝或纵横向裂缝11处，裂缝宽度在10-20mm之间，裂缝两侧错台高度在1-5cm之间。组合裂缝大部分都发生在半挖半填地段的山谷地带，且地面横坡较陡，坡率普遍在1:4-1:3之间，路基左右两侧填挖高度相差在8-10m之间。且山谷下伏4-5m后的第四系坡积粘土，而设计并未对下伏粘土采取加固换填措施，如图3所示。
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据此分析：路基纵横向填方高度的差异、下伏粘土的下沉、路基填土的压实度不够，这三者的综合作用是导致组合裂缝产生的主要原因。
2.4 路基整体沉降成因分析
本工程的路基整体沉降现象比较严重，共检测到16处，长度在40-220m之间，均发生在高填方地段，填方高度在12-30m之间，工程完工20个月后组织了检测，检测到的工后沉降在20-60cm之间。由此可见，高填方路基填土的压实度不够是在成路基整体沉降的根部原因。
2.5 纵向裂缝，波浪形沉降成因分析
本工程共检测到波浪形沉降伴有纵向裂缝病害11处，裂缝宽度均在10mm以上，错台高度均在5cm以上。这类病害均发生在半挖半填的山坡坡脚地带，山坡坡度较陡，坡率在1:3-1:2之间，路基填土高度较高，山坡外侧的路基填土高度普遍在10m以上，坡脚为厚度6-10m左右的第四系坡积粘土。
检测还发现这类病害路基坡脚均存在一定程度的滑移和路堤坡面破裂现象，说明在路基填土压力的作用下，下伏地基发生了一定程度的滑移破坏，路基随着下伏粘土向坡脚侧滑移，进一步带动路基下沉，下伏粘土层厚较厚的地段滑移比较严重，粘土厚度较浅的地段，下伏地基及路基均相对稳定，这也是导致波浪形沉降和纵向裂缝产生的主要原因。
3 病害处治措施
3.1 压力注浆加固处治技术
压力注浆加固处理技术主要用于处理路基整体沉降较大的地段，路基注浆处治长度大于路基沉陷范围，，减少压力注浆浆液的窜冒，对注浆段落外侧一排孔的间距为2.0×2.0m，其它各排间距为2.5×2.5m，采用梅花形布置。表层1m深的钻孔不予注浆，当钻孔深度超过1m时，设计注浆量为0.9m3/m。以上注浆量标准应根据现场试验结果进行调整和修正，才能作为实际设计注浆量。对于本工程，注浆压力分两个等级，即：地面以下1.0～2.0m的范围内注浆压力为0.2MPa，2.0m以下注浆压力为0.5MPa，注浆压力可根据现场注浆试验相应调整，如图4所示。
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3.2 路床钢筋网片处治措施
主要用于处理沉降不大的路基裂缝病害。在路基出现裂缝位置开挖上路床，开挖深度为50cm，采用铺设钢筋网片加固处理，并用透水材料回填压实。全段落于路床顶面铺设一层土工格栅。在铺设路面层时，于级配碎石垫层与水泥稳定碎石基层之间再铺设一层钢筋网片。
3.3 钢管桩注浆加固处治措施
主要用于处治坡脚存在滑移的路基病害。在土路肩外缘0.5m处一字型竖向布置一排Φ108mm钢管注浆，桩间距1.0m，钢管内插入3根B28钢筋，Φ108mm钢管插入原地面深度应大于等于5m。竖向钢管注浆完后不拔出，注浆压力为0.6-1.0MPa，注浆用浆液水灰比为1:1。
4 结语
从本工程的实践来看，山区高速公路路基病害包含了多种表现形式，不同类型的路基病害成因各不相同，分清路基病害的成因是合理制定病害处治方案的基础。
路基病害主要包括整体沉降、不均匀沉降、纵向开裂、横向裂缝、组合裂缝等，这些病害通常会组合出现；而病害的成因包括地形、地质、路基高度、施工质量等多方面的因素。在路基病害的检测过程中不仅要仔细观察病害的特征，测量其病害特征指数，更要加强对地形、地质条件的勘测，并全面查阅之前的施工档案，通过综合分析才能准确判断不同病害的成因。
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