路基水文地质病害工程治理方案范文

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摘要:

分析了某公路路基病害形成的原因，针对该段路基水文地质条件，提出采用井点渗透降水的方案，清除路基水文地质病害，并对其施工工艺及技术要求进行了阐述，总结了相应的质量保证和预防措施，从而提高公路路基的整体稳定性。

关键词:

高速公路，路基，渗降水，水文地质，渗水井

1工程概况及现状

某高速K1003+560处位于半沟隧道与松卜岭隧道之间，设计为分离式路基，单幅路基宽度12．25m，分离式路基中央分隔带宽度27．05m。该段原属滑坡路段，2014年初右幅路基K1003+532～K1003+590段的行车道与硬路肩出现纵向环状裂缝，路基局部向右侧发生了轻微位移和沉降。目前，经过注浆处治后，路基处于相对稳定状态，但在先后施工过程中，仍发现右幅路基与分离式路基中央分隔带内下伏地基内存在范围较大的地下水，致使路基地基土湿软严重，对路基和右侧路堤边坡稳定性影响严重，为排除地下水工程隐患，高速公路管理部门拟在本路段布设渗降水井，用以疏干路基范围内地下水，改善地基湿软条件，从而提高路基稳定性。

2渗降水施工设计目的与总体思路

2．1渗降水设计目的通过路基范围渗降水井施工，能够使路基范围内的地下水在最有利的区域内通过布设的多个渗降水井通道，使影响路基稳定的下伏的浅部地下水全部渗入地下较深部的透水性岩层中，并能够快速流出该地下水系统，促使地基内的原滑体、滑动带等饱和湿软土体逐渐硬化固结，并不再长期浸水，从而防止和控制右幅路基与路堤边坡侧向变形及沉降，提高本段路基整体稳定性。

2．2渗降水设计总体思路由于本段线路在分离式路基中央分隔带及右幅路基范围内均存在浅层地下水，因此彻底疏干大范围地基湿软土内的地下水分是施工设计的最佳目的。但是，由于右幅路基超、行车道及硬路肩并不允许和适合渗降水施工，仅有分离式路基中央分隔带具有永久渗降水施工的场地条件，因此，本次施工选择将渗水井布设于分离式路基中央分隔带内，其目的一是保持渗水井长久存在，并有效发挥渗降水功能;二是疏干路基中央分隔带范围内存在的浅部地下水;三是有效降低左侧路基内存在的浅层地下水;四是彻底切断地下水向右幅路基范围的浅部地基内径流排泄。基于本段路基内地下含水层、隔水层和地下深部的透水层产出状态均为中缓倾斜状，因此渗水井的布设排列、深度均结合产出状态总体上按两排渗水井以近似“梅花形”布局，并依据水文地质资料与水文计算确定其深度和间距，做到渗水井疏密得当，深浅适宜，能效优良，经济可靠。渗水井布置如图1所示。

3工程水文地质条件

3．1地层与岩性1)第四系松散堆积物。第四系松散堆积物分布于右幅路基和中央分隔带地表上部，分别由人工回填土(Qfal4)和第四系上更新统粉质粘土(Qdl+pl3)组成，分布厚度及状态在路基范围内变化较大，其中人工回填土(Qfal4)在中央分隔带范围的厚度为4m～7m，在右幅路基范围的厚度约7m～13m。岩土组成为粉质粘土和碎块石，由二者分层碾压或混合碾压组成，以粘性土为主，均一性较差，孔隙较大，下部土层因含水湿软严重，呈饱和软流塑状态;第四系上更新统粉质粘土(Qdl+pl3)下伏于人工回填土(Qfal4)之下，厚度变化总体不大，中央分隔带范围的厚度约1m～3m，右幅路基范围的厚度约3m，为下伏基岩表层残留的第四系前期堆积物。岩性为粉质粘土，局部含不均匀碎块石薄层(底砾层)，总体呈中密状态，但因含水湿软严重亦呈软流塑状态，造成路基失稳变形和滑移最不利岩土层(水文地质见下述)。2)石炭系上统太原组(C3t)。本套岩层为煤系地层，岩性为强～中风化泥页岩夹砂岩、灰岩等，根据前期勘察钻探资料，自分隔带左侧起至右幅路基边缘，石炭系上统太原组(C3t)埋深为6m～14．0m，其中分隔带范围内基岩埋深为6m～11．1m，由上而下分为7个岩性段，如表1所示(以分隔带右侧缘计)。

3．2水文地质根据施工期的部分勘探资料和前期注浆施工掌握的水文情况，右幅路基与分隔带内均存在地下水，现分述如下:地下水类型及含水层:右幅路基与分隔带地基地下水类型为第四系松散堆积物孔隙水，含水层岩性为人工回填(Qfal4)的粉质粘土、碎块石、自然状态堆积的上更新统(Qdl+pl3)粉质粘土及碎块石，含水层厚度平均约为5．0m。地下水水位:分隔带范围地下水静止水位埋深均约3．5m(丰水期)，右幅路基范围地下水静止水位埋深均约4．5m(路基与分隔带高差约0．8m)。地下水隔水层:隔水层为石炭系上统太原组(C3t)强～中风化泥页岩。地下水补给、径流与排泄:路基与隔离带范围地下水补给源自本范围大气降水和左幅路基左侧边坡在雨季集中排泄的地表水入渗形成的地下水侧向补给，径流方向为由左向右，地下水在右侧路基回填土孔隙内蓄积;在一定层位孔隙或裂隙内溢流渗出及土体内自然蒸发为主要的排泄方式。因此，本渗水井工程的目的即就是改善本段路基内地下水的排泄方式，由自然蒸发、被动溢流排泄改为人工渗降水井主动排泄。

3．3地质构造右幅路基及分隔带范围地质构造形态较为简单，人工路基回填土与第四系上更新统地层与下伏地层之间的构造关系整体上属于披盖接触关系，下伏石炭系上统太原组(C3t)砂泥岩地层在区域范围内为单斜构造，北西320°方向倾斜，倾角约27°;其中人工路基回填土一般属于分层水平回填碾压，与下伏的第四系上更新统地层间也为台阶接触的披盖接触。地基深部岩性层间分布与变化受地质构造总体上控制。

4渗降水井设计与计算

4．1降水方法选择与比较根据本段路基工程的水文地质条件，目前引起路基变形和失稳的主要因素为路基和地基范围内存在地下水，且不能自然而且安全地向路基外排泄，造成地下水在路基回填土内孔隙中大量蓄积，从而引起路基填土反复湿软，在某些蒸发不大的季节，最终引起路基变形和失稳;因此降低地下水水位，改善排泄方式是本段路基工程必须而且更紧迫的选择。由于路基范围地下水主要存在于回填土和下伏的第四系粉质粘土、碎块石土中，水平方向因路基右侧填土多为粉质粘土而排泄受阻，垂向下渗排泄受下伏的泥页岩隔水边界受阻。针对路基范围的地下水存在形式，可供选择的降水方式主要有:1)轻型浅井抽排降水;2)重型深井渗排降水;3)路基边坡横向近水平斜孔降水。各方案比较如下:1)轻型浅井抽排降水:主要依靠水泵抽排，该方法优点为:降水井较浅，随积随抽随排;缺点为抽排水持续不断，时间不固定，后期管理维护费用较大。2)重型深井渗排降水:主要依靠自然入渗至地下深部透水性较好的岩层，该方法优点为:降水井较深，随积随渗随排，疏干排水效果好，后期无额外费用;缺点为井深需要根据地下深部的透水性岩层进行选择，一般渗井较深，前期投入费用相对较大。3)路基边坡横向近水平斜孔降水:主要依靠横向近水平斜孔将回填土内饱和地下水引出。该方法优点为:斜孔深度一般较浅，初期费用相对。缺点为只有当路基右侧可排泄位置处富含饱和地下水时才可有效排泄，被动性太强，往往当该排泄孔内有水排泄时，说明路基稳定性已存在较大的隐患，而且水平斜孔易于淤塞，降水效果总体最差。通过以上比较，本工程采用深井渗排降水，即渗降水井进行降水。

4．2渗降水井的渗水目的岩层与渗井深的选择根据前述水文地质条件，隔离带地基范围内有较好入渗条件(裂隙发育，厚度较大)的岩层仅可能为地基内的中风化砂岩，顶板平均埋深27．5m，即隔离带右侧边缘30m，左侧边缘25m，要求渗水井底端入岩5m以上，即要求分隔带左侧渗水井深必须超过30m，右侧渗水井深超过35m。

4．3井径与井管根据工程范围地质和水文条件及施工经验，为扩大渗降水井含水层的渗水部位有效面积，本次渗降水井井径按500mm成孔，渗降水井管径为273mm(内径)钢质滤水管(也可选择无砂混凝土管，由业主最终确定)。

4．4降水井设计计算拟设降水范围横向宽度为37．5m(隔离带27．5m，各向两侧路基范围扩大5m)，路线走向长度为70m(各向两端路基边界扩大5m)，降水范围按矩形进行计算，面积为70×37．5=2625m2。若折合为降水基坑。

5施工工艺流程及技术要求

1)施工前期技术准备。在设计的渗降水范围应安排取芯孔1个(必要时选2个)，观测和确定孔内含水层特征、透水层埋深、透水性大小及确定或调整渗水井的深度(由于本范围缺少近期水文钻孔的具体资料，需现场掌握并动态调整)。2)设备材料进场→施工前准备及试验→微调并确定方案→放点定位→渗水井钻探成孔(验收)→井点管安装(验收)→外管壁填充→洗井→水文观测→内管填充→总验收。3)松散层采用无芯钻进，基岩层采用稀泥浆钻进，钻进结束后采用清水充分洗孔，特别针对透水层，保证裂隙的通透性，必要时对透水层进行炮震，扩大岩体裂隙，提高渗透性。4)防止孔斜，及时纠偏并保证井管投放顺畅。5)钻进过程中应及时观测岩性变化、泥浆漏失变化。6)井管结构。井管自上而下采用钢质管，其中滤水管采用桥式滤水管，地表0m～2．0m间为非花管，2．0m～10．5m安装桥式滤水管，10．5m～35m为钢质花管。花管四周按孔径15mm“米字形”相间布设，间距为10cm。花管及桥式滤水管外壁用80目尼龙纱网包裹2层。7)井管连接与投放。井管采用焊接方式进行连接，井管投放要自然顺畅，严禁压入。井管上端口高出地面0．3m。8)孔壁及孔内充填。下管完成后，井管外壁与井壁间采用3mm～10mm砂砾填充，观测渗水情况，渗降水效果正常后，向管内投入5mm～13mm砂砾填充，如未达到渗水效果或效果较差，应查找原因，必要时进行前一工序的返工;如渗水效果观测正常，即可对井口段0m～1m范围采用粘性土捣实封闭，经验收后进行下一渗水井点施工。

6工程质量保证措施

1)组建强有力的施工团队，选用精良设备投入施工。开工前施工技术人员应充分领会施工意图，编制方案，工程参建人员对工程总体施工质量、技术要求均要做到心中有数，深刻领会。2)充分运用理论与实践相结合的方针，精心组织，精心施工，精心管理。3)严格遵循施工组织设计及相关规范、规定进行施工。4)具体保证项目。a．钻孔孔径保证符合要求。b．井管加工保证:特别是花管小孔间距、孔径保证及管壁外包裹符合设计要求。c．井管投放保证:特别强调井管投放顺畅、管壁与井壁间隙保证。d．应对渗水井逐一巡视检查渗降水情况，进行水位观测和数据记录。井点降水出水应先大后小，先混后清，若发现异常情况核查原因。5)井壁及管内回填必须以充分观测为前提，如未达到渗降水目的，应停止回填，查清原因，进行补救，保证渗降水目的落实到位。

7预防措施

渗降水井施工和投入使用后，由于渗降水过程中会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，上部土体内静水压力逐渐消失，会使上部湿软土体逐渐产生压密固结效应，可能会引起渗降水周围的路基和分隔带发生沉降，施工期间和施工结束后必须随时进行观测，如沉降较大，应及时进行养护管理，以防影响交通安全。

作者：王成祥 单位：山西中交翼侯高速公路有限公司