溫樹林

(云南云嶺高速公路工程咨詢有限公司，云南 昆明 650200)

云南水麻高速公路路基樁板墻病害分析

溫樹林

(云南云嶺高速公路工程咨詢有限公司，云南 昆明 650200)

針對云南水麻高速公路豆沙關(guān)立交匝道路基樁板墻的變形破壞特征，從變形過程、地質(zhì)條件、力學(xué)計(jì)算等方面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，樁板墻偏壓大、樁前部土體抗力不夠、錨固段過短且下部存在傾向臨空的結(jié)構(gòu)面(層面)，并在降雨作用下降低了土體的強(qiáng)度和承載力，同時(shí)增加了土壓力，當(dāng)土壓力大于樁抗滑力時(shí)，引起樁板墻的整體破壞。采用在現(xiàn)有樁上設(shè)錨索，擋墻外增設(shè)樁的加固方案，加固效果良好。

錨索樁板墻 安全系數(shù) 病害原因

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

云南水麻高速公路豆沙關(guān)立交緊鄰豆沙鎮(zhèn)，處于關(guān)河支流左(北)岸斜坡上，與關(guān)河距離＞100 m。斜坡總體向南東傾斜，坡度一般20°～40°，總體坡度約25°，坡面橫向高低起伏，縱向較平順，坡面基本無植被，已被辟為旱地，坡腳為原213國道，兩側(cè)建有民房。

工點(diǎn)位于云貴高原與四川涼山接壤地帶，山高谷深，河流切割強(qiáng)烈，地形破碎。工點(diǎn)處地表覆蓋第四系土體，第四系土體可分為人工填土、滑坡堆積層及殘坡積層;下伏志留系羅惹坪組二段灰色泥灰?guī)r，巖層傾向140°～160°，與坡向相同;傾角 21°～31°，與自然斜坡角度基本一致，總體而言上陡下緩。

場地內(nèi)地表水主要為關(guān)河河水，流量及水位受降雨影響較大，侵蝕強(qiáng)烈，對坡體穩(wěn)定性無影響。地下水主要為碎屑巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶水，水量貧乏，主要靠降雨入滲補(bǔ)給，徑流自北向南，水力坡度大，于河邊排泄。地下水具有就近補(bǔ)給、就地排泄的特點(diǎn)。

1.2 設(shè)計(jì)概況

豆沙關(guān)立交區(qū) A匝道位于主線南側(cè)，AK0+060.0—AK0+275.5路段為填方路基。路基設(shè)計(jì)標(biāo)高550.66～545.48 m，設(shè)計(jì)填方總高 5.68～16.64 m。右側(cè)路堤設(shè)置A型和N型抗滑樁，樁間設(shè)擋土板。A型樁板墻斷面尺寸為1.5 m×2.5 m，分布于滑坡周界外側(cè)，樁間距為6.5 m，樁身為 C25混凝土，擋土板為C20混凝土，其中A8～A19樁設(shè)1～3排預(yù)應(yīng)力錨索，傾角為15°，每排錨索采用1×6φ15.2鋼絞線。N型抗滑樁斷面尺寸為2.0 m×3.0 m，分布于滑坡周界內(nèi)側(cè)，樁間距為 5.0 m，樁身為 C30混凝土，擋土板為C25混凝土，樁身設(shè)5排預(yù)應(yīng)力錨索，傾角為15°，每排錨索采用2×7φ15.2鋼絞線。

樁頂至路基右側(cè)設(shè)置一級邊坡，坡比1∶1.5，邊坡高8 m，路基位于第四系殘坡積層上部，屬穩(wěn)定古滑坡體。

2 病害發(fā)展情況

錨索樁板墻于2005年12月底按設(shè)計(jì)填土至樁頂高程，距設(shè)計(jì)路基標(biāo)高尚差8 m。2006年6月底連續(xù)降雨，7月7日發(fā)現(xiàn)樁板墻下邊坡坡腳，即原213國道右側(cè)擋墻開裂變形、外傾，地面隆起。經(jīng)施工觀測，樁發(fā)生側(cè)移、下沉、外傾。

自2006年5月4日到6月20日，樁最大位移達(dá)8 cm，6月下旬連續(xù)降雨后，變形加劇，10#～24#樁繼續(xù)側(cè)移、沉降，下沉量1～26 mm，側(cè)移量53～438 mm，方向156°～172°。其中17#樁側(cè)移最大，達(dá)438 mm。13#～22#樁身距地表0.5～1.5 m深處，樁身四周出現(xiàn)寬0.1～0.5 mm的細(xì)裂縫，裂縫與地表基本平行，已貫通，表明樁已破壞。樁身與板分離約1～5 mm，10#～23#樁樁后1～2 m范圍內(nèi)明顯開裂、下沉，沉降量2～35 cm，局部形成高2～30 cm的錯坎。原213國道右擋墻局部伸縮縫錯位0.5～4.0 cm，拉裂 1.0～5.0 cm，相對下沉1.0～2.0 cm，公路右側(cè)加油站及民房墻體開裂、傾斜并下沉，地面隆起5～15 cm。

2006年11月23日凌晨，該處約30 m范圍內(nèi)樁板墻發(fā)生破壞，5根樁傾倒折斷，兩側(cè)樁發(fā)生變形。

根據(jù)上述樁板墻變形特征及地表變形特征，判斷213國道右側(cè)坡腳為剪出口，滑動方向168°，變形范圍長約70 m，寬約100 m，面積約7 000 m2，推測滑體厚5～19 m。

3 邊坡安全系數(shù)計(jì)算分析

按自然狀態(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)兩種工況進(jìn)行分析。以AK0+170作為計(jì)算斷面，見圖1。

圖1 計(jì)算斷面

1)自然狀態(tài)下，填土重度γ=19 kN/m3，黏聚力c=15.0 kN，安全系數(shù)K按處于極限平衡狀態(tài)考慮，即K=1.0，根據(jù)泥灰?guī)r產(chǎn)狀和附近自然邊坡穩(wěn)定坡率，推測主滑面的傾角為25°，地震系數(shù)按0.1考慮。不平衡推力法公式如下

式中:Exi，Exi－1分別為土條 i、土條i－1 的剩余下滑力;ψi為傳遞系數(shù)，ψi=cos(αi－1－ αi)－ sin(αi－1－ αi)×tanφi;Wi為土條 i的重力;αi，αi－1分別為土條 i，土條i－1的底面與水平面的夾角;ci，φi分別為土條i底面土的黏聚力和內(nèi)摩擦角;li為土條i沿滑動面的長度;K為滑坡推力安全系數(shù);Kh為水平向地震系數(shù)，取0.2。

根據(jù)式(1)，通過反算求得內(nèi)摩擦角φ=20.6°。

2)暴雨?duì)顟B(tài)下，土體飽水，c，φ參數(shù)降低，取 γ=21 kN/m3，c=10.0 kN，φ =15°，水平向地震系數(shù)按0.1考慮，則可求得安全系數(shù)K=0.75，故邊坡在飽水狀態(tài)會發(fā)生整體破壞。

4 病害原因分析

由病害發(fā)展過程和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析可知，該樁板墻變形的主要原因?yàn)?

1)該段路堤橫坡陡，填方高度較大，最大達(dá)16.64 m，導(dǎo)致偏壓過高。

2)該段路堤表層為填土，主要由碎石、角礫、粉質(zhì)黏土組成，石質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，遇水易軟化，易形成軟弱結(jié)構(gòu)面。下覆基巖主要為泥灰?guī)r，中厚層～厚層狀，局部薄層狀，單層一般厚20～50 cm，最厚150 cm，以弱風(fēng)化為主，巖石呈塊狀，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育。因此，路段內(nèi)巖土體強(qiáng)度低，差異大，承載能力差，導(dǎo)致樁板墻前部土體抗力不夠。

3)根據(jù)勘探資料和原設(shè)計(jì)資料，該段樁板墻懸臂段長14.75～21.44 m，樁端入巖約2.63～6.01 m，錨固段長度多數(shù)＜6.0 m，錨固段過短。

4)泥灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面傾向與坡向斜交或平行，有的傾向臨空。節(jié)理面高低起伏，一般張開0.5～20.0 mm，局部張開40 mm，黃色泥質(zhì)呈可塑 ～軟塑狀充填，單條延伸長度大于3～10 m。巖層傾向140°～160°，與坡向相同;傾角 21°～31°，與自然斜坡角基本一致，總體上陡下緩。土體易沿巖石頂面滑動。

5)填料具有滲水后易軟化的特點(diǎn)，隨地下水的快速升降而流失，易引起路基填土濕陷脫空。

5 結(jié)語

綜上所述，由于樁板墻偏壓大、樁前部土體抗力不夠、錨固段過短且下部存在傾向臨空的結(jié)構(gòu)面(層面)，降雨期間，地表水和地下水的下滲軟化了樁端下部土體，降低了土體的強(qiáng)度和承載力，同時(shí)增加了土壓力，當(dāng)土壓力大于樁抗滑力時(shí)，引起樁板墻的整體破壞。

設(shè)計(jì)單位根據(jù)變形跡象，通過調(diào)查和計(jì)算分析，重新設(shè)計(jì)了錨索樁板墻的加固方案。

原設(shè)計(jì)的錨索存在錨固深度和數(shù)量不足的問題。錨索雖沒有被拉斷，但其錨固段已松動，所承受的錨固力已大大減小。因此，填土的土壓力向樁上轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致樁頭傾斜，路面開裂、變形等病害。變形后雖采取了注漿措施，但注漿加固深度不夠，沒有起到預(yù)期效果，反而增大了填土對樁的作用力，造成變形加劇。針對病害情況提出了5種加固方案，綜合比較之后選擇了在現(xiàn)有樁上設(shè)錨索，擋墻外增設(shè)樁的加固方案。經(jīng)過4年的運(yùn)營，至今擋墻穩(wěn)定，實(shí)踐證明該方案加固效果良好。

［1］和昆．元磨高速公路錨索樁板墻的破壞原因及加固［J］．路基工程，2009(4):214-216．

［2］陳華，趙有明，張發(fā)春．預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻病害分析及整治措施［J］．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，29(1):11-15．

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U417．1+1

B

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．27

1003-1995(2013)09-0086-02

2013-04-03;

2013-06-25

交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2009 318 799 073)

溫樹林(1963— )，男，云南昭通人，高級工程師。

(責(zé)任審編 李付軍)