某高速公路石拱通道裂缝产生原因及处理

PAGE某高速公路石拱通道裂缝产生原因分析及处理1、概述某高速公路第25合同段K74+760为1-4m石拱通道，洞顶填土12.64m，由于通道外侧发生沉降，导致整体式基础发生与通道轴线基本平行的纵向裂缝（见图1）。针对该情况，施工单位组织专门人员，每天对裂缝进行观测，分析查找裂缝出现的原因，并提出相应的处理意见。2、原因分析2.1原地质情况该通道地基处在挖方地段，但西侧为洼地，表层有积水和淤泥，基础开挖到基底设计标高附近时发现地基土为湿陷性黄土。这种湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起湿陷变形，下沉量大、下沉速度快，造成结构物失稳性变形。施工单位采用强夯法处理该通道地基，改善土的物理力学性质，消除湿陷性黄土地基的危害。2.2原地基处理原地基承载力为180Kpa，该通道地基承载力设计为300Kpa，原地基经强夯处理，锤重10t，底面积1.4018㎡,落距5.5m，最后两击的平均沉降量为10.5㎜，8.5㎜，13.5㎜。强夯的治理深度h参考以下公式计算：h＝其中:P－锤重H－落差A－夯锤底面积ρ－土的干密度W－土的含水量h=h=5.15m计算得强夯的治理深度h>5m，地基处理满足设计施工要求。另经轻型触探仪检测得处理后的地基平均承载力为364.6Kpa，大于地基设计承载力300Kpa，同样得出地基处理后的承载力满足设计施工要求。2.3裂缝观测2006年5月17日，路基填土到通道顶标高时通道出现裂缝（裂缝宽度3㎜），以后每天有技术员进行裂缝观测，观测结果显示，前期每下一次大雨后裂缝宽度就有较大幅度的增长，到2006年6月26日该通道的沉降开裂基本趋于稳定不变，到2006年7月3日，裂缝达到最大宽度40.1㎜，下表为实测裂缝宽度变化情况：裂缝观测表观测日期天气情况裂缝宽度（㎜）观测日期天气情况裂缝宽度（㎜）观测日期天气情况裂缝宽度（㎜）5.17晴3.06.5晴26.56.24晴30.15.18晴3.06.6晴26.86.25雨30.15.19晴3.06.7晴26.86.26雨40.05.20雨3.06.8晴26.86.27晴40.05.21雨5.26.9雨26.86.28晴40.05.22晴5.26.10晴29.76.29晴40.05.23晴5.26.11晴29.76.30晴40.05.24阴5.26.12晴29.77.1晴40.05.25晴5.26.13阴29.77.2雨40.05.26雨5.26.14晴29.87.3雨40.15.27晴10.36.15晴29.87.4晴40.15.28晴10.36.16晴29.87.5晴40.15.29晴10.36.17晴29.97.6晴40.15.30晴10.36.18晴29.97.7阴40.15.31晴10.46.19晴30.07.8晴40.16.1晴10.46.20晴30.07.9晴40.16.2晴10.46.21晴30.07.10雨40.16.3雨10.46.22晴30.17.11雨40.16.4晴26.46.23晴30.17.12晴40.1从7月12以后，施工单位仍安排了专门人员每周观测两次裂缝的变化情况，但裂缝宽度一直未发生变化，最大值仍为40.1㎜。2.4钻芯取样根据通道裂缝出现的情况分析可知，通道西侧地基存在问题。施工单位聘请201地质队对该通道做物探分析，发现通道基础下部存在局部空洞现象，但空洞具体宽度和深度不确定。后施工单位又组织采空区队伍对通道西侧进行钻芯取样，总钻进深度为106.6m，未出现异常现象，但在钻机平台下16.4m～17.2m（通道基础底面以下40㎝左右）处出现掉钻现象。经分析此掉钻段为湿陷性黄土地段，而通道西侧本为洼地，通道施工中雨水、施工临时用水都汇聚在基础西侧附近，该处的湿陷性黄土遇水自行塌陷形成空洞丧失承载能力，导致通道地基整体偏向西侧形成裂缝。2.5原因总结造成石拱通道沉降开裂的的原因有三点：一、通道基础为湿陷性黄土地基；二、施工过程中临时排水设施处理不当，施工中地表水流入通道地基以下；三、通道施工完且填土后仍有地表水从洞口和沉降缝处流入地基内。3、处理方案3.1地基加固3.1.1在通道基础西侧外边缘2.0m处布一道垂直注浆孔，使通道基础西侧外边缘形成防渗帷幕，阻止基础下注浆向外流散。帷幕注浆孔孔深12m（洞身上口算起），注浆段5.2～12m，孔距为1.5m。水泥浆的水灰比为1：1，为使水泥浆液能够速凝固和防扩散较远，掺入30%（体积比）或水泥重量的1.5%的水玻璃溶液（40ºBe′），水玻璃的模数为3-3.3,注浆压力为0.3～0.5MPa。3.1.2在通道基础外边缘1.0m处设一排倾斜孔，通道内纵轴线及纵轴线偏西0.5m处各设一排倾斜孔，采取斜孔对基础下土层进行注浆加固，基础外边缘斜孔倾角为10º，通道内纵轴线上斜孔倾角为30º，纵轴线偏西0.5m斜孔倾角为45º（施工中根据具体情况可适当调整），尽量保证西侧台身下方注浆饱满。基础外边缘斜孔及纵轴线上斜孔注浆段为5.2～12m，纵轴线偏西0.5m斜孔注浆段为5.2～9.4m(具体见图2、图3)，倾斜孔孔距按1.5米布设，但根据钻孔情况在有空洞段孔距按1.0米布设。注浆孔水灰比采用1：1，注浆压力为0.5～1MPa，每孔采取少量多次的间歇注浆方式，注浆流量为15-20L/min，注浆结束的标准为每分钟0.3L。3.1.3施工要求(1)选用42.5级细颗粒水泥，并且在施工前要进行注浆效果试验。(2)为保证水泥浆液的稳定性，防止水泥颗粒离析、沉淀，在水泥浆液中加入3-5%的膨润土。(3)注浆孔的钻孔孔径一般为89mm。注浆花管长5m，花孔数为25个，孔径为5mm，花孔孔距为6cm。(4)注浆顺序应先外围帷幕孔再注倾斜孔。为防止注浆过程中冒浆和附加沉降，所有的注浆孔采取跳孔施工。(5)施工中可根据试注的效果调整其注浆参数。(6)注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。(7)间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间不得小于10分钟。(8)通道基础进行注浆处理后，需进行动力触探试验检验其注浆效果。3.2通道加固通道基础进行灌浆处理后，采取动力触探进行检验其注浆效果，满足承载力要求后方可进行拱涵加固。将通道上路基填土按1：0.75开挖，将原护拱砌体拆除，在通道纵、横断面布置Ф25的钢筋，钢筋长度60㎝，间距为50㎝，插入原砌体40㎝，在植入的钢筋上纵横向绑扎Ф10的圆钢形成钢筋网片，再在原拱圈砌体上浇筑30㎝厚的混凝土拱圈（见图4）,同时拱涵内地基也需浇筑混凝土加强。3.3防水处理基础经过注浆处理后，通道西侧下部整体形成一个防水封闭结构。对于沉降缝处填沥青麻絮止水，通道开挖出的洞身需重新刷胶泥防水层。对于进洞口因水流汇聚，在八字墙四周的地表先用二八灰土处理，再在其上浇筑一层15㎝厚的C25防水混凝土，其纵坡和通道设计纵坡（0.5％）一致并设计单向横坡（2％）偏向通道西侧，将地表水汇聚在通道的西侧，在西侧的洞脚处设置排水沟，把进洞口的地表水引出洞外，并把与排水沟接触的洞身做防水处理。同时处理过程中需加强临时排水，保护通道地基。4、总结该通道加固处理后，经动力触探检验其地基承载力符合