黃塔桃高速公路狀元泉高擋墻開(kāi)裂處理

都春苗 吳福忠

1 概述

黃山至塔嶺(皖贛界)和小賀至桃林(皖浙界)高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)中北京至臺(tái)北高速公路和杭州至瑞麗高速公路的重要組成部分，也是安徽省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“四縱八橫”公路主骨架中“縱二”重要路段，同時(shí)還是交通部典型示范工程。項(xiàng)目于2005年12月開(kāi)工建設(shè)，2008年年底全線通車。

狀元泉高擋墻位于第七標(biāo)段LK29+070～LK29+353右側(cè)，為衡重式路堤擋墻，A=8 m，擋墻最大高度15 m，最小高度9 m，基礎(chǔ)埋深2 m以上。該段原設(shè)計(jì)為外塔坑5號(hào)橋，跨徑為11 m×30 m，中心樁號(hào)為L(zhǎng)K29+243。由于該標(biāo)段棄方量較大，棄渣場(chǎng)征地難以協(xié)調(diào)，為充分利用廢方，減少占地，將外塔坑5號(hào)橋取消，變更為路基，充分利用隧道棄渣。

2 擋墻開(kāi)裂情況

擋土墻全長(zhǎng)283 m，地形為山凹處水田，地勢(shì)縱向起伏5 m～6 m(地面標(biāo)高274 m～280 m)。墻身采用M7．5漿砌片石砌筑。其中LK29+070～LK27+150右側(cè)擋墻外側(cè)為民房，LK29+165～LK29+353右側(cè)外側(cè)為改溝，距離擋墻基礎(chǔ)較近。擋墻頂面采用植生袋分臺(tái)階防護(hù)，邊坡坡率1∶1．5，邊坡目前植被覆蓋情況良好。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該段擋墻距離頂部2．5 m～4 m處出現(xiàn)一道橫向連貫的裂縫，裂縫寬3 mm～8 mm，沿漿砌片石勾縫發(fā)育。擋墻設(shè)置的泄水孔無(wú)水流痕跡。其中LK29+070～LK29+100處擋墻底部滲水，有壅鼓，擋墻沉降縫有錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，錯(cuò)臺(tái)寬度1 cm～2 cm。擋墻上的填土邊坡未見(jiàn)裂縫，路面情況良好，無(wú)病害。擋墻開(kāi)裂情況見(jiàn)圖1。

圖1 擋墻開(kāi)裂情況

3 擋墻開(kāi)裂原因分析

1)擋墻基礎(chǔ)地質(zhì)條件。該段地層巖性為鉀長(zhǎng)花崗巖，表層為第四系全新統(tǒng)殘坡積、沖洪積亞粘土和砂礫卵石層。根據(jù)原外塔坑5號(hào)橋地勘資料，墻基表層一般為碎石土，承載力較高，能達(dá)到500 kPa;局部為漂石，承載力為600 kPa，其下為強(qiáng)風(fēng)化鉀長(zhǎng)花崗巖，承載力達(dá)到950 kPa以上。

根據(jù)擋墻墻趾地質(zhì)資料，擋墻基底承載力能滿足設(shè)計(jì)要求。

2)擋墻抗剪驗(yàn)算。

a．驗(yàn)算公式。根據(jù)JTG D61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第4．0．13條:砌體構(gòu)件或混凝土構(gòu)件直接受剪式，按下式進(jìn)行計(jì)算:

其中，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);vd為剪力設(shè)計(jì)值;A為受剪截面面積;fvd為砌體或混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，M7．5砂漿直接抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值片石砌體為0．147 MPa;μf為摩擦系數(shù)，砌體沿砌體或混凝土滑動(dòng)，潮濕面取0．60;Nk為與受剪截面垂直的壓力標(biāo)準(zhǔn)值。

b．安全系數(shù)驗(yàn)算。選取上擋墻截面h1=5 m，b1=2．6 m進(jìn)行驗(yàn)算。

Nk=115．304 kN;vd=191．467 kN;A=4．35 m2;fvd=0．147 MPa。

代入上式內(nèi)計(jì)算得到安全系數(shù)γ0=3．55，滿足規(guī)范要求。

通過(guò)計(jì)算，原設(shè)計(jì)擋墻結(jié)構(gòu)尺寸滿足抗剪要求，說(shuō)明擋墻開(kāi)裂非截面尺寸過(guò)小原因。

3)原因分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及計(jì)算分析，原設(shè)計(jì)擋墻尺寸及地質(zhì)條件均能滿足擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。由于該段路基填土高度較高，擋墻頂面尚有8 m高路堤，土體對(duì)擋墻存在一定的水平作用力，主要依靠擋墻片石之間的水泥砂漿的抗剪強(qiáng)度來(lái)抵消。根據(jù)裂縫形狀，擋墻應(yīng)為發(fā)生剪切破壞，現(xiàn)狀擋墻自身的抗剪強(qiáng)度不足以抵抗土體主動(dòng)土壓力的水平分力導(dǎo)致，而其破裂面會(huì)出現(xiàn)在擋墻截面相對(duì)較小的上擋墻。

圖2 鋼花管處理裂縫立面圖

由于擋土墻墻后主動(dòng)土壓力的大小與路基填料的內(nèi)摩擦角和粘聚力直接相關(guān)，而路基填料的內(nèi)摩擦角和粘聚力與填料種類、壓實(shí)度等密切相關(guān);擋墻自身的抗剪強(qiáng)度與石料、砂漿的飽和程度也密切相關(guān)。因此，分析擋墻破壞主要有兩方面原因:現(xiàn)有擋墻不符合設(shè)計(jì)要求，抗剪強(qiáng)度不滿足;由于路堤隨雨水的不斷滲入，泄水孔功能有所喪失，填料內(nèi)摩擦角減小，土體容重增大，主動(dòng)土壓力增加所導(dǎo)致。

圖3 鋼花管處理裂縫平面圖

圖4 路肩墻斷面示意圖

4 處理方案

對(duì)于擋墻上部出現(xiàn)橫向裂縫，下部未見(jiàn)病害的段落，采用自進(jìn)式鋼花管進(jìn)行加固處理。鋼花管自墻頂面中間，豎直向下鉆入墻體內(nèi)部，深度應(yīng)低于最低裂縫位置以下不小于1 m，單排布設(shè)，縱向布置間距1．0 m。鋼花管打入后注漿。水泥砂漿粘結(jié)劑采用425號(hào)以上新鮮硅酸鹽水泥，砂徑不大于2．5 mm。施工時(shí)，當(dāng)每孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，可以結(jié)束注漿，水泥漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果進(jìn)行調(diào)整。鋼花管處理裂縫示意圖見(jiàn)圖2，圖3。

LK29+238～LK29+274段擋墻發(fā)生壅鼓，該段擋墻外側(cè)距離泄洪渠較大，且發(fā)生位置距離地面較低。因此該段采用在擋墻外側(cè)垂直于路線方向增設(shè)扶壁墻進(jìn)行加固，以增強(qiáng)原有擋墻的抗滑移、抗傾覆能力，防止擋墻壅鼓繼續(xù)發(fā)育，造成擋墻損壞。路肩墻斷面示意圖見(jiàn)圖4。扶壁式擋墻采用C20片石混凝土整體現(xiàn)澆。

［1］ 李勇泉．博深高速公路擋土墻設(shè)計(jì)［J］．山西建筑，2010，36(14):262-263．