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        雙福高速半填半挖高路堤病害分析及處治研究

        2024-12-07 00:00:00林劍韜
        交通科技與管理 2024年23期
        關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力錨索

        摘要 為研究高速公路半填半挖高路堤的具體病害情況及處置舉措,該文基于海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段(K12+900~K21+950)中ZK16+005~ZK16+040段的半填半挖高路堤病害情況展開分析,并為該路段病害的處治,提出針對性方案。研究結(jié)果表明:在雙福高速半填半挖高路堤“墻裂縫”病害的防治過程中,需重點關(guān)注填方路基加固、擋土墻加固、穩(wěn)定性計算、坡體排水設(shè)計等方面,并需做好這幾方面的合理設(shè)計,這樣才能夠確保該工程病害處治效果。同時,還需做好處治施工、運營的實時監(jiān)控,以便為該路段后期穩(wěn)定運營提供支持。綜上可得出結(jié)論:在高速半填半挖高路堤病害處治中,需結(jié)合具體工程地質(zhì)情況、病害實況做出具體分析,以保證所設(shè)計處治方案的針對性、可行性。

        關(guān)鍵詞 半填半挖高路堤;擋土墻開裂;預(yù)應(yīng)力錨索

        中圖分類號 U491.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949(2024)23-0088-03

        0 引言

        隨著我國社會發(fā)展水平的提升,在我國高速公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展中,因水文氣候、工程地質(zhì)地形等多種因素導(dǎo)致的路基塌陷、變形、沉陷等病害,一直困擾著相關(guān)建設(shè)單位及工作人員。該文以海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段(K12+900~K21+950)中的ZK16+005~ZK16+040段半填半挖高路堤病害分析為例,基于這一工程病害出現(xiàn)的具體情況及形成原因,提出針對性處治措施,以期為同類型工程病害的有效防治提供支持。

        1 工程概況

        海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段(K12+900~K21+950)中的ZK16+005~ZK16+040段,該段路堤主要是主線段分離式路基。單側(cè)路基寬度在12.25 m,最大填方邊坡高度31.2 m,第一級邊坡坡率1∶1.50;第二級邊坡坡率1∶1.75,坡面采用拱形骨架防護(hù)。其中(ZK16+005~ZK16+015)段路基左側(cè)設(shè)置仰斜式重力擋土墻,墻背填土高度16 m,擋墻最大高度18.0 m。(ZK16+015~ZK16+040)段路基左側(cè)設(shè)置仰斜式重力擋土墻,墻背填土高度8.0 m,擋墻最大高度17.0 m。ZK16+015處設(shè)置橫向端墻連接兩端擋土墻。墻身材料均采用C20片石混凝土澆筑。其路基類型主要為“半填半挖路基”,其原理見圖1。

        ZK16+005~ZK16+040段錨固工程量見表1。

        該路段地質(zhì)概況主要表現(xiàn)為:場地地段上覆為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土,下伏為侏羅系南園組凝灰熔巖及其風(fēng)化層[1],根據(jù)探槽揭示,巖土層工程地質(zhì)特征自上而下分述見表2。

        2 工程病害情況及成因

        2.1 病害情況

        ZK16+005~ZK16+015段擋墻裂縫由墻頂向墻底發(fā)展,裂縫走向向小樁號方向傾斜,發(fā)展至距地表1.0 m處。ZK16+015~ZK16+040段擋墻裂縫由墻頂向墻底發(fā)展,裂縫走向向小樁號方向傾斜,發(fā)展至距地表2.0 m處,并發(fā)展至ZK16+015處端墻范圍,裂縫小樁號側(cè)的墻體向外挫動約3~6 mm。

        2.2 成因分析

        地表ZK16+005處為沖溝,根據(jù)裂縫分布情況分析,擋土墻開裂主要受填土推力以及基底下挫影響。受地表匯水影響,地下水滲流量加大,導(dǎo)致填土壓力增加,地基承載力下降,墻身變形應(yīng)力超過材料強(qiáng)度,導(dǎo)致墻身開裂[2]。基于這種現(xiàn)狀進(jìn)行反演,邊坡反演穩(wěn)定性系數(shù)正常工況為1.05,非正常工況I(暴雨工況)為1.00。填料重度正常工況19.0 kN/m3,暴雨工況21.0 kN/m3。其中,穩(wěn)定參數(shù)反演結(jié)果見表3。在對該工程的具體情況有充分了解后,需針對該工程半填半挖高路堤病害做出針對性處治。

        3 雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案設(shè)計及實施

        3.1 處治方案設(shè)計

        3.1.1 設(shè)計原則

        雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案的設(shè)計,需遵循以下原則:(1)提高擋土墻(包括橫向端墻)支擋抗力;(2)增強(qiáng)排水設(shè)計,減小地下水滲透壓力,抑制地下水對填料及地基土的滲流破壞;(3)增加路堤填料自身抗滑力,避免路堤出現(xiàn)塌方滑坡;(4)加固ZK16+005沖溝處基底強(qiáng)度,抑制擋墻繼續(xù)下挫。

        3.1.2 方案比選

        根據(jù)路段病害成因,進(jìn)行多種不同處治方案進(jìn)行對比,以下為常規(guī)半填半挖高路堤病害處治方案:

        (1)換土復(fù)填法

        原理:對病害路基土體進(jìn)行挖除,并重新回填。優(yōu)點:施工簡單,直接針對病害部位進(jìn)行處理[3]。缺點:工程耗費較大,又由于此項目地下水流量大,此加固方法無法從根源上解決問題。

        (2)粉噴樁

        原理:利用機(jī)械法將粉體固化劑注入土體內(nèi),固化劑與土體進(jìn)行反應(yīng),形成一定強(qiáng)度的“樁體”。優(yōu)點:成形樁體質(zhì)量較好,能有效地加強(qiáng)土體承載力。缺點:施工流程復(fù)雜,造價相對較高。

        (3)灌漿法

        原理:通過壓力將漿液注入病害路段的土體裂隙或空隙中,漿液凝固后形成新的固結(jié)體,提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。優(yōu)點:施工工藝便捷,對環(huán)境無太大影響,并且施工技術(shù)較為成熟,施工過程可控性強(qiáng)。缺點:該項目水流量較大,注漿效果無法保證。

        該項目地下水滲流量大,地基承載力下降,以上常規(guī)方案在加固效果上不太符合現(xiàn)場實際要求。根據(jù)該項目特點,該文提出的加固設(shè)計方案為“填方路基加固+擋土墻加固”相互結(jié)合,從病害形成根源上進(jìn)行加固,對整體安全性能有較大改善且有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。

        3.1.3 具體設(shè)計內(nèi)容

        (1)填方路基加固:對填方路堤進(jìn)行加固,在一級填方坡面設(shè)置錨索框格梁,采用4×15.2 mm預(yù)應(yīng)力錨索,錨索長度46 m,錨固段長度10.0 m,設(shè)計抗力450 kN。

        (2)擋土墻加固:主要以預(yù)應(yīng)力錨索加固為主。預(yù)應(yīng)力錨索是指通過特殊的材料和施工方法,將鋼繩或鋼筋固定于建筑物或結(jié)構(gòu)物中,起到增強(qiáng)固定作用的一種技術(shù)方法[4]。錨索廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑、水壩、塔式結(jié)構(gòu)物等工程領(lǐng)域。其具體施工工藝流程為:① 鉆孔:通過吊機(jī),保證地質(zhì)鉆機(jī)在第一排錨索操作平臺位置就位,并做好鉆機(jī)傾斜角度、鉆孔位置的優(yōu)化調(diào)整,同時,在操作平臺及巖面上用緊固件將其固定[5]。具體鉆孔過程中,需要保持從下到上,伴隨鉆孔進(jìn)度,需及時為操作人員構(gòu)建好上一層操作平臺。其中,還需重點關(guān)注的是,錨索孔徑一般是130 mm,在利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中,鉆孔深度必須與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。而如果遭遇因地層松散破碎造成的易坍塌孔,操作人員就需要以跟管鉆進(jìn)的方式來進(jìn)行鉆進(jìn)。當(dāng)然,如果在鉆進(jìn)過程中,遭遇了坍孔的問題,就需要馬上停止鉆進(jìn),而后操作人員需重新以灌漿固壁,這一操作需控制壓力在0.2 MPa,在其初凝后,可以重新清掃并繼續(xù)鉆進(jìn)。而在鉆孔完成后,需要清孔,采用高壓風(fēng),以保證孔內(nèi)積水、巖粉的充分清除。② 制作錨索:一般情況下,標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線是制作錨索的關(guān)鍵,需控制標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度在1 860 MPa。在整個制作的過程中,鋼絞線下料長度的構(gòu)成,主要包含自由段、錨固段、外露張拉段(1.5 m)等,并且需要以無齒鋸?fù)瓿善淝懈?。而在錨索擴(kuò)張環(huán)、導(dǎo)向尖錐等,需要使用鋼筋(φ8 mm)、鋼管(φ45 mm)完成焊制。在成孔同一時間,錨索能夠在現(xiàn)場完成編制,其中需對其張拉段編制、內(nèi)錨固段編制做出區(qū)分,前者以直線形狀為主,后者以波紋形狀為主。而錨索自由段的構(gòu)成,首先需注重強(qiáng)力防腐涂料的涂抹,并用細(xì)鐵絲完成綁扎。隨后需給其套好波紋管,并于其內(nèi)部進(jìn)行黃油加注,并注重封閉,可以利用工程膠布完成。③ 安裝錨索:在正式開展錨索安裝作業(yè)的前期,錨索編號、孔號要保持一致性,作業(yè)人員需及時檢查。而后需展開清孔作業(yè)并安裝錨索。當(dāng)然,在這一環(huán)節(jié)中,還需注意以下幾點:需做好限漿環(huán)、定位止水環(huán)的位置檢測;在定位止?jié){已經(jīng)達(dá)到送孔口時,需及時停止推送,并做好單向閥門、注漿管的安裝作業(yè);做好排氣管是否暢通及其具體位置的檢查。該工程中,關(guān)于應(yīng)用6 mm×15.2 mm預(yù)應(yīng)力錨索加固擋土墻的具體參數(shù)信息見表4。

        此外,為抑制ZK16+005~ZK16+015段擋墻基底下挫,ZK16+005~ZK16+015段擋墻外設(shè)置鋼管樁注漿基礎(chǔ),注漿深度8.0 m,樁頂設(shè)置冠梁與擋墻間空隙采用混凝土填充密實。

        3.1.4 穩(wěn)定性計算

        在這一設(shè)計方案的穩(wěn)定性計算中,需重點關(guān)注以下三點:(1)穩(wěn)定性分析:基于地形條件、路堤建筑形狀,海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段(K12+900~K21+950)中的ZK16+005~ZK16+040段路堤的穩(wěn)定性計算,主要依據(jù)折線形破壞進(jìn)行計算。其中,穩(wěn)定性破壞示意圖見圖2。(2)錨索框格梁:重點考量預(yù)應(yīng)力衰減情況,錨索對滑面壓力形成摩擦力按50%計,鋼管樁基礎(chǔ)僅為地基補(bǔ)強(qiáng),不參與穩(wěn)定計算;(3)重力式擋土墻:考慮現(xiàn)有擋土墻已出現(xiàn)裂縫,故按堆砌塊石考慮,重度取24 kN/m3,抗剪強(qiáng)度500 kPa。

        隨后,還需進(jìn)行坡體排水設(shè)計,一級邊坡、ZK16+005~ ZK16+015段重力擋土墻及ZK16+015 ~ZK16+040段樁板式擋土墻墻面,均應(yīng)設(shè)置傾斜式排水孔,間距需控制5 m、深度需控制在25 m。

        3.2 施工順序

        在已經(jīng)確定實施上述方案后,需對該工程具體處治施工順序,做出更進(jìn)一步的明確,具體見圖3。

        3.3 施工監(jiān)測

        在該工程半填半挖高路堤病害處治施工方案的實際落實中,除了對具體參數(shù)及順序的關(guān)注外,整個施工過程還需關(guān)注到該工程在處治施工及運營過程中的實時監(jiān)測,以ZK16+010段作為實時監(jiān)測斷面,主要監(jiān)測內(nèi)容為局部降雨量、邊坡表面位移量、土體深部位移形變量、錨桿錨索應(yīng)力變化量等參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害的安全監(jiān)測和危險情況預(yù)警。具體可采用的方式包含:(1)雨量站監(jiān)測:在坡頂安裝雨量監(jiān)測站,通過自動化雨量桶采集瞬時雨量和累計雨量值,對邊坡局部降雨情況進(jìn)行監(jiān)測;(2)一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站:將現(xiàn)場的錨索應(yīng)力計、錨桿應(yīng)力計以及其他類型的傳感器的監(jiān)測數(shù)值,通過多通道數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)皆贫耍诒O(jiān)控中心直接進(jìn)行記錄和分析,這對保證該工程半填半挖高路堤病害處治質(zhì)量十分有益,在應(yīng)用后該工程半填半挖高路堤病害發(fā)生率也明顯降低。

        4 結(jié)論

        綜上所述,雙福高速半填半挖高路堤病害的分析及處治,直接關(guān)系到整個高速公路的平穩(wěn)、安全運行。該文海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段(K12+900~K21+950)中的ZK16+005~ZK16+040段路堤的病害主要為“擋土墻開裂”,針對這一病害的處治手段為應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索,工程中需做好擋土墻加固、填方路基加固?;诂F(xiàn)實訴求,該文確定預(yù)應(yīng)力錨索的長度為46 m、設(shè)計抗力為600 kN,并在確定施工順序后,引入雨量站監(jiān)測、一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站等手段,為該工程半填半挖高路堤病害處治質(zhì)量提高、發(fā)生率降低等,提供了強(qiáng)而有力的保障。

        參考文獻(xiàn)

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