凌忠誠(chéng)

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州730030）

20世紀(jì)60年代法國(guó)工程師HENRIV首次提出了加筋土的概念，并于1965在法國(guó)成功修建了第一座加筋土擋土墻，20世紀(jì)70年代末，中國(guó)開(kāi)始引入加筋土技術(shù)。加筋土擋土墻由填土、筋帶、面板3部分組成，具有收坡效果好、對(duì)地基承載力要求低、自重輕、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，因此，在中國(guó)土木工程相關(guān)行業(yè)備受青睞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)加筋土擋土墻主要用于公路行業(yè)，最大擋土墻高度高達(dá)33 m，位于重慶長(zhǎng)江濱江路，尤其是在20世紀(jì)90年代以后[1]，加筋土擋土墻在中國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，受限于中國(guó)筋材生產(chǎn)工藝和加筋土擋土墻施工工藝，筋帶的耐久性以及筋帶與面板之間的連接存在相對(duì)較差的問(wèn)題，此外，當(dāng)時(shí)對(duì)加筋土的理論研究還不夠完善，部分加筋土擋土墻在使用過(guò)程中陸續(xù)開(kāi)始發(fā)生面板脫落、鼓包、筋帶老化等病害，直接威脅公路的正常運(yùn)營(yíng)，因此，針對(duì)已發(fā)生病害的加筋土擋土墻，通過(guò)病害原因分析和加筋土路基穩(wěn)定性分析，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的修復(fù)加固措施是十分有必要的。通過(guò)G312線鳳翔路口（陜甘界）至平?jīng)鰱|（曹村灣）段公路改建工程K1703+165—K1703+237段左側(cè)既有加筋土擋土墻面板修復(fù)的工程案例，為類似工程提供參考。

1 工程概況

G312線起點(diǎn)始于上海，終點(diǎn)止于新疆霍爾果斯口岸，由東向西，全線長(zhǎng)4 967 km，其中甘肅省境內(nèi)路線長(zhǎng)1 536 km，包含平?jīng)鍪芯硟?nèi)鳳翔路口至平?jīng)鰱|段，該段公路等級(jí)為雙向二車(chē)道二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度為12 m。G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段于2000年建成通車(chē)，截至2020年，已運(yùn)營(yíng)近20年。在K1703+165—K1703+237段路基左側(cè)設(shè)置加筋土擋土墻，該加筋土擋土墻位于高填路基左側(cè)（下山側(cè)），路基右側(cè)填平處理，墻長(zhǎng)72 m，最大墻高13.5 m，路基填料為黃土，淺黃色，潮濕，中密狀，土質(zhì)均勻，局部含礫石；原基底為離石黃土，淺黃色，淡紅色，潮濕，中密，土質(zhì)不均，以粉細(xì)粒為主，粘粒含量高，具有小孔隙，可見(jiàn)少量鈣質(zhì)結(jié)核塊體。當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅繛?14.5 mm，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。2019-09，該段加筋土擋土墻筋帶斷裂，面板脫落、鼓包，墻后土體剝落，未發(fā)生邊坡整體失穩(wěn)、路面塌陷等病害，但是墻后土體如果持續(xù)剝落，將危及公路路基邊坡穩(wěn)定，對(duì)公路正常運(yùn)營(yíng)造成較大的安全隱患。

2 加筋土擋土墻病害的原因

加筋土擋土墻面板脫落、鼓包的原因?yàn)閇2]：①筋帶與面板結(jié)合部位長(zhǎng)期受空氣和反濾層排水的共同作用，造成筋帶不斷腐蝕老化，耐久性和抗拉強(qiáng)度降低；②局部路面雨下滲，造成墻后土體濕重度增大，內(nèi)摩擦角減小，從而導(dǎo)致土壓力增大以及筋帶與填土間的摩擦力減??；③重載車(chē)輛較多，通車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，直接導(dǎo)致墻后土壓力增大，面板與筋帶之間的拉力變大；④加筋土擋土墻面板為單個(gè)構(gòu)件，相互之間的連接較薄弱，單點(diǎn)受力不同，容易出現(xiàn)局部變形。

3 受力分析

加筋土擋土墻是利用筋帶與填土摩擦力，形成強(qiáng)度較高的復(fù)合體墻身，從而抵抗墻后土體產(chǎn)生的側(cè)向土壓力。目前對(duì)于加筋土作用機(jī)理有2種觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)是摩擦加筋原理[3]，該觀點(diǎn)認(rèn)為土壓力直接作用于面板上，面板通過(guò)筋帶將土壓力傳遞至穩(wěn)定填土中；第二種觀點(diǎn)是準(zhǔn)黏聚力原理[3]，該觀點(diǎn)認(rèn)為土中加入筋帶后形成復(fù)合土體，其摩擦角不變，但是產(chǎn)生了新的黏聚力，也稱準(zhǔn)黏聚力或似黏聚力，準(zhǔn)黏聚力有效改善了加筋土的等效內(nèi)摩擦角，從而提高填土邊坡穩(wěn)定性。

G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段位于黃土高原區(qū)，路基填料以黃土為主，在車(chē)輛荷載多年的持續(xù)作用下，該段路基已經(jīng)碾壓密實(shí)，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于路基填料綜合內(nèi)摩擦角的經(jīng)驗(yàn)值，綜合內(nèi)摩擦角取35°，重度取18 kN/m3，路堤穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行計(jì)算。

式（1）（2）中：Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù)；ci、φi為第i個(gè)土條滑弧所在土層的黏聚力和內(nèi)摩擦角；bi為第i個(gè)土條寬度，m；Wi為第i個(gè)土條重力，kN；Qi為第i個(gè)土條垂直方向外力，kN；αi為第i個(gè)土條底滑面的傾角，°。

根據(jù)上述路基穩(wěn)定分析方法，利用理正巖土6.5進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，采用極限平衡Bishop法，潛在破裂面按照?qǐng)A弧破壞模型作為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的依據(jù)，結(jié)合準(zhǔn)黏聚力原理，分別計(jì)算不同綜合內(nèi)摩擦角下路基的穩(wěn)定性，分析結(jié)果如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過(guò)上述邊坡穩(wěn)定分析，當(dāng)路基填土綜合內(nèi)摩擦角小于42°時(shí)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到44°時(shí)，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到46°以上時(shí)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足規(guī)范要求。

2020-07-01—2020-08-15，施工單位對(duì)該段加筋土擋土墻進(jìn)行了沉降位移觀測(cè)。共布設(shè)了4組位移計(jì)和沉降觀測(cè)計(jì)C1、C2、C3、C4，分別在加筋土擋土墻的頂部布設(shè)了2處，在中部和中下部各布設(shè)了1處，經(jīng)過(guò)45 d的監(jiān)測(cè)，共采集了10組數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。不同部位高程點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線如圖1所示。

表2 高程監(jiān)測(cè)結(jié)果（單位：m）

圖1 不同部位高程點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：C1監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 113.382～1113.386m，C2監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1113.730～1 113.733m，C3監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 107.545～1 107.549 m，C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 100.278～1 100.282 m。根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，C1監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為1 mm，C2監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為3 mm，C3監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為3 mm，C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為1 mm。表明路基未發(fā)生沉降變形和位移變形，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

黃土為細(xì)粒土，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，細(xì)粒土的綜合內(nèi)摩擦角經(jīng)驗(yàn)值為35°～40°，因此，結(jié)合邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果以及路基沉降及位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，表明在筋帶的作用下，黃土的綜合內(nèi)摩擦角得到了有效提高。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，路基填料為黃土，該段加筋土擋土墻僅發(fā)生局部面板脫落、鼓包等病害，上部路面完好，未發(fā)生路面沉降、擋土墻整體破壞等病害，且G312線已經(jīng)運(yùn)營(yíng)近20年，該段擋土墻沒(méi)發(fā)生整體垮塌等，在面板已經(jīng)脫落的加筋土擋土墻已經(jīng)與摩擦加筋原理不符，表明該加筋土作用機(jī)理與準(zhǔn)黏聚力原理更為吻合，因此，可判斷該段擋土墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是面板脫落、鼓包會(huì)導(dǎo)致路基邊坡不斷剝落，影響路基邊坡穩(wěn)定，從而威脅公路安全運(yùn)營(yíng)。

4 加筋土擋土墻修復(fù)加固方案

該段既有加筋土擋土墻位于V形沖溝內(nèi)，溝底縱坡較陡，現(xiàn)加筋土擋土墻坡腳外側(cè)約8 m范圍內(nèi)，橫坡相對(duì)較緩，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆探查明，加筋土填土為黃土，原溝底地質(zhì)為離石黃土。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)既有擋土墻的地形地質(zhì)條件，提出以下方案進(jìn)行比選。

俯斜式擋土墻方案：施工方便、工期短，對(duì)既有加筋土筋帶無(wú)干擾，但是由于擋土墻高度高達(dá)15 m，自重較大，對(duì)地基承載力要求較高，工程造價(jià)高，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，此外，需要補(bǔ)充征地，征地實(shí)施較為困難。

錨桿框格梁方案[4]：結(jié)構(gòu)自重輕，工程造價(jià)低，可避免新增占地，但是錨桿施工可能會(huì)破壞既有筋帶，從而改變加筋土受力機(jī)理，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，且黃土錨桿效果較差。

樁板墻方案：傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)，受力效果好，可為既有加筋土擋土墻提供較大的橫向支撐力，同時(shí)不會(huì)對(duì)既有加筋土筋帶產(chǎn)生不良影響，但是因現(xiàn)場(chǎng)為V形溝，既有邊坡底無(wú)施工場(chǎng)地，只能在G312線公路上施工，施工難度相對(duì)較大。

綜合結(jié)構(gòu)安全性、可實(shí)施性、工程造價(jià)等因素，最終確定采用樁板墻修復(fù)方案。具體方案如下：拆除脫落、懸空的面板，墻后剝落處采用C20混凝土填充修補(bǔ)，樁板墻錨固樁采用C30鋼筋混凝土澆筑，樁徑1.5 m，樁間距5.0 m，樁長(zhǎng)28.0 m，其中懸臂端長(zhǎng)10.5 m，錨固端長(zhǎng)17.5 m，樁后掛設(shè)50 cm厚擋土板。

施工順序如下：完善防排水→坡面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)→掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)→拆除脫落面板→樁板墻及擋土墻懸空處澆筑施工→交安設(shè)施。

施工過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)既有加筋土擋土墻變形的監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)加筋土擋土墻面板變形情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施，確保施工安全；②樁基施工時(shí)，應(yīng)確保與既有加筋土擋土墻之間有足夠的安全距離，盡量減輕對(duì)既有加筋土擋土墻的擾動(dòng)，防止路基失穩(wěn)；③加筋土擋土墻預(yù)加固施工期間，施工車(chē)輛應(yīng)繞避通行，盡量減小車(chē)輛荷載等作用對(duì)路基穩(wěn)定和樁板墻施工的安全影響；④優(yōu)先選擇晴天施工，如雨天必須施工，則應(yīng)在確保安全的前提下進(jìn)行；⑤堅(jiān)持快速施工的原則，達(dá)到及早穩(wěn)固邊坡的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程案例，樁板墻修復(fù)加筋土擋土墻面板的處治效果較好；加筋土擋土墻通過(guò)提高路基填料的綜合內(nèi)摩擦角，從而增加了路基的穩(wěn)定性；通過(guò)對(duì)路基邊坡的沉降和位移監(jiān)測(cè)，表明加筋土擋土墻面板脫落后，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；加筋土擋土墻作用機(jī)理偏向于準(zhǔn)黏聚力原理；對(duì)于符合準(zhǔn)黏聚力原理的加筋土擋土墻，面板修復(fù)方案選擇時(shí)，建議盡量不要破壞既有筋帶。