劉光彬　羅安民　韓琳琳

摘要：文章以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害為例，分析了該加筋土擋墻病害的成因機理，提出采用“臨時支擋防護(hù)+錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻”的組合形式對其進(jìn)行應(yīng)急處治，并采用GEO5軟件進(jìn)一步驗證了處治方案的合理合規(guī)和安全可靠性，為今后同類型加筋土擋墻應(yīng)急處治工程提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：加筋土擋墻；病害成因；處治設(shè)計；穩(wěn)定性驗算

0引言

加筋土擋墻作為一種新型柔性支擋結(jié)構(gòu)，因其占地少、經(jīng)濟合理、科學(xué)可靠的優(yōu)點在高速公路路堤填筑中得到廣泛應(yīng)用［1］。但隨著高速公路運營期間車流量激增、震動荷載增加以及在役使用時間增長，越來越多的加筋土擋墻結(jié)構(gòu)發(fā)生局部坍塌，嚴(yán)重影響高速公路的運營安全［2-3］。

本文以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害為例，結(jié)合項目工程概況，提出了行之有效的應(yīng)急處治措施，并采用GEO5對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，為高速公路同類型病害的處治提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

岑興高速公路已通車運營近10年，已通過竣工驗收。該加筋土擋墻路堤段屬剝蝕緩丘-谷地地貌，場地內(nèi)地層主要由第四系人工堆積層、第四系殘坡積層、華力西期強風(fēng)化及中風(fēng)化花崗巖地層組成。病害路段未見區(qū)域性斷裂構(gòu)造或軟弱破碎帶存在，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度較弱，區(qū)域地質(zhì)較穩(wěn)定。

1.2 路基病害情況

原設(shè)計K389+750～K389+950段為垂直加筋土擋墻支擋式路堤，加筋土擋墻高度為7～11 m，加筋土擋板座落于M10漿砌片石梯形重力式基礎(chǔ)之上，基礎(chǔ)頂寬1.3 m，底寬3.2～4.1 m，梯形肋邊坡比為1∶0.3，高度為2.5～4.0 m，基礎(chǔ)底部為0.4 m高的矩形基座。加筋土填筑層和基底層回填材料為花崗巖風(fēng)化黏土質(zhì)中粗砂，雖具備一定的強度，但其內(nèi)摩擦角尚未達(dá)到30°，且局部地段填料成分不均勻。

在高速公路運營過程中，K389+790～K389+800段加筋土擋墻出現(xiàn)擋板脫落，擋板背部張拉筋帶完全斷裂，處于下垂松馳狀態(tài)，擋板脫落地段兩側(cè)伸縮縫在行車動載工況條件下存在填土輕微流失現(xiàn)象。其他段暫時未發(fā)育縱向裂縫，但每間隔5～10m，發(fā)育貫穿1號行車道、2號行車道或者同時貫穿1、2號行車道的橫向裂縫。

2 病害成因機理及穩(wěn)定性分析

2.1 病害成因機理分析

病害路段為左填右挖和全斷面填方加筋土擋墻路段，擋板脫落，擋板背部張拉筋帶完全斷裂，處于下垂松馳狀態(tài)；但未出現(xiàn)路基整體滑移失穩(wěn)破壞，在擋板脫落數(shù)日內(nèi)仍可維持整體穩(wěn)定，說明病害路段路基整體穩(wěn)定性較好。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，推測病害的成因機理如下。

2.1.1 地質(zhì)疊加氣象水文因素

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件調(diào)查，脫落段擋墻基底存在換填材料不均勻、換填范圍不足的問題。病害段在進(jìn)行修筑前，存在一條寬約5 m的水渠，修建高速公路時，對水渠進(jìn)行了換填，但原水渠水依然滲入擋板漿砌片石基底土層，在地下水滲流作用和浸泡軟化作用下導(dǎo)致基底土層抗壓縮性質(zhì)變差，承載力不能滿足或維持設(shè)計要求，使M10漿砌片石擋墻基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致基礎(chǔ)上的擋板支座產(chǎn)生傾斜，擋板懸空。

2.1.2 施工因素

部分左填右挖地段在填筑前未按臺階開挖，筋帶長度不足，同時部分筋帶在建設(shè)期受施工影響，局部存在損傷，導(dǎo)致筋材抗拉強度降低。經(jīng)現(xiàn)場取樣試驗分析，筋帶破斷拉力由設(shè)計時的9 kN，降低到約6 kN，極限抗拉強度由150 MPa降至約110 MPa，造成拉力不足的情況。同時，路基填料未能達(dá)到設(shè)計時要求的30°內(nèi)摩擦角，導(dǎo)致墻后主動土壓力過大。

在多重因素長期相互作用下，筋帶受力過載導(dǎo)致斷裂，支座之上的擋板自下而上發(fā)生多米諾骨牌式的脫落破壞。因此，擋板脫落后，斷裂筋帶端部才會呈現(xiàn)出沒有殘余強度的完全松馳的自然下垂?fàn)顟B(tài)。

2.2 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

結(jié)合勘察數(shù)據(jù)及原設(shè)計資料，利用GEO5巖土分析計算軟件對現(xiàn)狀條件下加筋土路堤穩(wěn)定性情況進(jìn)行綜合分析，計算結(jié)果見表1。

表1計算結(jié)果表明：筋材抗拉、擋墻整體穩(wěn)定性及路堤整體穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，安全儲備不足，需要進(jìn)行支擋防護(hù)。

3 處治設(shè)計

3.1 病害危險等級分區(qū)

綜合場地工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、病害路段破壞現(xiàn)狀、病害路段建設(shè)情況，對病害路段進(jìn)行危險性分區(qū)，旨在針對不同等級的危險性，設(shè)計不同形式的防護(hù)結(jié)構(gòu)，具體分區(qū)情況見表2。

3.2 處治方案

3.2.1 臨時支擋防護(hù)方案

針對K389+790～K389+800段加筋土路堤面板已經(jīng)完全坍塌脫落的情況，前期設(shè)計了腳手架框架堆填反壓支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)急處治，處治施工時需拆除應(yīng)急支擋結(jié)構(gòu)。經(jīng)研究，擬對垮塌區(qū)采用逆作法掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面方案作為施工期臨時支擋方案。施工時優(yōu)先拆除上部混凝土防撞欄及冠梁，按1 m×1 m間距布設(shè)錨釘，錨釘主筋為C20鋼筋，長3 m，入射角為15°，孔徑≥75 mm，孔內(nèi)充填M30水泥漿。表面布設(shè)一層A6鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距為25 cm，噴射混凝土厚度≥15 cm，強度≥C20。施工時應(yīng)逐級防護(hù)逐級拆除應(yīng)急反壓體，每級拆除高度≤1.5 m，并且在上一級噴射混凝土達(dá)到初凝強度后方可進(jìn)行下一級反壓體拆除施工。

3.2.2 錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案

在K389+760～K389+810病害段采用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案進(jìn)行支擋加固。下部設(shè)置連續(xù)混凝土基座地梁，地梁高1.8 m，寬2.5 m，基底設(shè)置3排錨筋樁。錨筋樁距加筋土擋板0.5 m，排間距為0.8 m，沿高速路縱向間距為0.8 m。錨筋束由4根C32鋼筋+1根48×3.5 mm無縫鋼管構(gòu)成，樁長15 m，埋入基礎(chǔ)以下13.5 m，出露1.5 m，48×3.5 mm鋼管出露0.25 m。基底硬化后，錨筋樁孔鉆入深度為13.6 m，錨孔直徑≥200 mm。

鋼筋混凝土肋墻斷面設(shè)置為梯形，頂寬1.0 m，面坡坡比為1∶0.2，下部與混凝土基座相連，鋼筋與錨筋樁出土段搭接，鋼筋混凝土肋墻平行公路方向厚度為1.0 m。每根肋柱自基座底向上2.6 m起設(shè)置3排錨桿，錨桿縱向間距為3.0 m，錨桿長度L=12 m，主筋為C32鋼筋單筋，入射角度為15°，錨孔直徑≥150 mm。平行高速公路方向，Ⅳ區(qū)肋墻中心間距為2.0 m，肋墻邊緣間距為1.0 m；Ⅲ區(qū)肋墻中心間距為3.0 m，肋墻邊緣間距為2.0 m。設(shè)置鋼筋混凝土現(xiàn)澆擋板，擋板厚度為0.3 m。肋墻、擋板、基座地梁混凝土強度等級均為C30。墻面中心線設(shè)置2排深層泄水孔，排間距為3.0 m，深層泄水孔長度L=12 m，坡度為5%，直徑為114 mm，泄水結(jié)構(gòu)由110 mmPVC管螺旋開孔后，內(nèi)置YB100纏繞型塑料盲溝構(gòu)成。

3.3 穩(wěn)定性驗算

3.3.1 臨時支擋穩(wěn)定性驗算

利用GEO5巖土計算軟件對K389+790～K389+800段已垮塌段加筋土擋墻臨時支護(hù)方案進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析驗算，計算模型見圖1，計算結(jié)果見下頁表3。整體穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，垮塌區(qū)在進(jìn)行錨釘掛網(wǎng)噴射混凝土臨時支護(hù)后能滿足規(guī)范［4］要求。

3.3.2 整體穩(wěn)定性驗算

針對病害段K389+760～K389+810在暴雨工況下的整體穩(wěn)定性，利用GEO5軟件的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析模塊進(jìn)行分析，計算模型和計算結(jié)果見表4和圖2。

表4的計算結(jié)果顯示，Ⅲ級危險區(qū)在使用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案后的最不利滑動面穩(wěn)定性系數(shù)為1.63，Ⅳ級危險區(qū)在使用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案后的最不利滑動面穩(wěn)定性系數(shù)為1.45。圖2的整體穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，使用錨筋樁承式鋼筋混凝土肋墻支護(hù)方案處治相應(yīng)最危險等級區(qū)域后邊坡在非正常工況下能達(dá)到規(guī)范［4-5］要求的1.25的安全系數(shù)，且大于正常工況要求的1.35的安全系數(shù)。

3.3.3 永久支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力配筋驗算

對危險區(qū)就支擋方案進(jìn)行構(gòu)造驗算，根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，在Ⅳ級危險區(qū)進(jìn)行加固時，需施加3排12 m長的土層錨桿；在Ⅲ級危險區(qū)進(jìn)行加固時需設(shè)置3道30 m長的錨索（見表5）。驗算結(jié)果表明：支擋方案的內(nèi)部配筋和整體構(gòu)造驗算滿足規(guī)范［6］要求。

4 結(jié)語

本文以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害處治工程為例，在研究項目工程概況的基礎(chǔ)上，對病害的成因機理和現(xiàn)狀穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)合病害現(xiàn)狀提出了應(yīng)急處治設(shè)計，并對設(shè)計方案的穩(wěn)定性進(jìn)行了驗算，得出以下3點結(jié)論：

（1）該病害是在地質(zhì)因素、氣象水文因素及施工因素等多重因素長期作用下形成的，擋板脫落及背部張拉筋斷裂已嚴(yán)重威脅到高速公路的安全通行，必須采取應(yīng)急處治措施。

（2）根據(jù)病害情況及成因分析，對病害危險等級進(jìn)行分區(qū)，采取臨時支擋防護(hù)和錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻永久支擋防護(hù)方案對病害進(jìn)行綜合處治。

（3）采用GEO5軟件對臨時支擋、永久支擋方案的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計算，計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，設(shè)計方案經(jīng)濟適用、安全可靠。

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作者簡介：劉光彬（1982—），碩士，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計、監(jiān)測工作。