云陽縣濱江大道路基擋土墻變形分析與加固

王洪慶，嚴譯強，馬 健

（長江巖土工程總公司〈武漢〉，湖北 武漢 430010）

云陽縣濱江大道路基擋土墻變形分析與加固

王洪慶，嚴譯強，馬 健

（長江巖土工程總公司〈武漢〉，湖北 武漢 430010）

云陽縣濱江大道路基擋土墻在運營工況下，由于路基運營環(huán)境的變化導致了填土的物理力學性質(zhì)的改變，擋土墻發(fā)生了位移和變形。在分析了變形原因的基礎(chǔ)上，提出了抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固方案，并取得了良好的治理效果。介紹了該工程加固方案設(shè)計及抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝。

路基;擋土墻;變形;抗滑樁;預(yù)應(yīng)力錨索

1 工程概況

云陽縣位于三峽工程庫區(qū)腹地，屬三峽庫區(qū)全遷縣城之一。新址地處鐵峰山脈東延部分南麓，為構(gòu)造侵蝕-剝蝕斜坡、殘丘地貌。主要規(guī)劃區(qū)為以磨盤寨為中心的長江北岸與小江南岸帶狀地帶，在新縣城建設(shè)過程中，因工程需要，建設(shè)了很多擋土建筑物。

云陽縣濱江大道為新縣城的交通主干路，南臨長江，東起G25號路，途徑塘坊路、五同路、云陽長江大橋、關(guān)萍路、青龍路、云陽客運碼頭，西經(jīng)雙江大橋與S103公路相連。路線全長6.4 km，設(shè)計行車速度50 km/h，路基寬26 m，雙向4車道;道路多處為高邊坡護坡路基。該道路竣工通車后，經(jīng)觀測K0+384.5～615.5高擋土墻段側(cè)向變形嚴重，行車道路面間出現(xiàn)寬度為3～12 mm的裂縫，已嚴重影響道路安全，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。

2 變形段路基地質(zhì)條件及擋土墻結(jié)構(gòu)

K0+384.5～615.5 段原為自然沖溝，建設(shè)濱江大道時采取的是高擋土墻填方路基。路基基底為中風化基巖，從上至下依次為厚層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖和長石砂巖，巖體較完整，強度較高;公路外側(cè)為漿砌條石重力式擋土墻，地基為中風化泥質(zhì)粉砂巖，混凝土基礎(chǔ)，墻高為15～26 m，墻頂高程201.50 m;公路內(nèi)側(cè)為人工切坡，上部為第四系覆蓋層，下覆基巖為粘土巖和長石砂巖，其中粘土巖風化剝蝕嚴重，表面沖溝發(fā)育，坡腳有坡積物堆積。路基填土為碎石土，其主要成分為長石砂巖和粉砂巖。典型斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 路基典型橫斷面結(jié)構(gòu)圖

3 變形原因分析

根據(jù)該變形段路堤的勘察資料并結(jié)合施工現(xiàn)場記錄分析，該段公路通車后，填土中的含水量和粘粒含量逐漸增大，使土體的物理力學性質(zhì)發(fā)生了改變（見表1）。

表1 路基填土物理力學指標統(tǒng)計表

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD 30-2004），作用在擋土墻墻背上的主動土壓力可按庫侖理論計算，車輛荷載作用在擋土墻墻背填土上所引起的附加土體側(cè)壓力可換算成等代均布土層［1］。

庫侖主動土壓力計算公式如下:

式中:Eak——主動土壓力合力標準值;Ka——庫倫主動土壓力系數(shù);φ——填土的內(nèi)摩擦角;γ——土體重度;H——擋土墻高度;β——墻背填土傾角;δ——墻背摩擦角;α—填土與墻背的摩擦角。

根據(jù)莫爾庫侖強度理論，影響填土上的抗剪強度的因素有土體的密度、粒徑級配、顆粒形狀和礦物成分［2］。墻后填土含水量和粘粒含量增加，粘粒逐步充填填土的孔隙并起到潤滑和保水作用，使填土的重度增大、內(nèi)摩擦角和粘聚力減小。由庫侖土壓力計算公式可知，土體的內(nèi)摩擦角降低，主動土壓力系數(shù)增大，作用在擋土墻背上的主動土壓力增大;土體重度增大，主動土壓力也隨之增大。逐漸增大的主動土壓力使擋土墻產(chǎn)生了變形和位移，路面產(chǎn)生裂縫。

經(jīng)仔細分析，造成路基填土含水量和粘粒含量增加的原因主要有:（1）路基填筑材料為碎石，其主要成分為長石砂巖和粉砂巖，并夾有部分的泥質(zhì)粉砂巖和粘土巖，其中泥質(zhì)粉砂巖和粘土巖有遇水軟化和在空氣中崩解的特性，二者崩解軟化后造成填筑料中粘粒含量的增加，使路基填筑料保水性增強、排水性能降低;（2）公路內(nèi)側(cè)止水設(shè)施不足，內(nèi)側(cè)人工切坡的排水有進入路基的途徑，特別是雨季，切坡排水中含有大量的粘粒，進入路基后逐步重填填土中的空隙，使路基填土的含水量和粘粒含量進一步增加;（3）擋土墻設(shè)置的排水孔深度不夠，路基內(nèi)的滲水不能順暢排除;（4）施工期間，路基填筑過程中分層壓實時部分結(jié)合面上的積水處理不夠理想，填土的含水量超過最優(yōu)含水量，壓實度和密實度不能滿足要求，填土孔隙比增大。

4 加固方案的選取

本次加固治理的目的是防止變形進一步發(fā)展，在分析變形發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)上，采取的主要治理措施是:（1）在擋土墻外側(cè)施加有效的應(yīng)力，增強擋土墻的抗變形能力;（2）減少路基滲水的途徑，加強路基的排水能力，防止主動土壓力繼續(xù)增大和出現(xiàn)靜水壓力。

參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD 30-2004），對高填方路基常用的幾種加固方法，如錨桿、抗滑樁、土釘和預(yù)應(yīng)力錨索進行了比較。土釘適用于自穩(wěn)性較好的路基邊坡，不適合本工程;錨桿可適用于墻體較高大的巖基路塹路段，錨桿加載的預(yù)應(yīng)力和長度有限制，本段路基擋土墻已發(fā)生較大變形，需要加載一定的預(yù)應(yīng)力，錨固體需穿越路基進入基巖內(nèi)，整體長度大，錨桿連接段數(shù)多，容易造成應(yīng)力損失;本段擋墻最大高度為26 m，單獨使用抗滑樁截面的應(yīng)力過大，需要很大的斷面尺寸和很大的入土深度，對擋土墻基礎(chǔ)有破壞作用，可能會降低擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，存在不安全因素，并且費用較高，經(jīng)濟上不盡合理;單獨采用錨索，造成錨固部位的應(yīng)力集中，擋土墻為砌體結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生壓屈變形和破壞，失去錨固效果。

最終確定采用安全系數(shù)相對較高的預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁聯(lián)合加固的方案。錨索提供較大的預(yù)應(yīng)力，抗滑樁之間設(shè)聯(lián)系梁和混凝土面板，使應(yīng)力得到有效擴散，減小墻體的壓屈變形。

在公路內(nèi)側(cè)邊緣設(shè)置防滲設(shè)施，阻止地表水進入路基內(nèi)部。在外側(cè)擋土墻上適當布置排水孔，加強路基的排水能力。

5 預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁聯(lián)合加固路基擋土墻

5.1 技術(shù)方案設(shè)計

設(shè)計方案對K0+384.5～615.5全段擋土墻采用抗滑樁框架梁和預(yù)應(yīng)力錨索進行加固，在擋土墻外側(cè)設(shè)置抗滑樁，抗滑樁中心間距4 m，基礎(chǔ)深入下部中風化基巖2 m，斷面尺寸為0.8 m×1.0 m，上部每4 m設(shè)一道聯(lián)系梁，聯(lián)系梁間為混凝土面板，混凝土強度為C25。預(yù)應(yīng)力錨索置于抗滑樁和聯(lián)系梁的交匯處，設(shè)計預(yù)應(yīng)力為1000 kN，錨固段位于中風化基巖內(nèi)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010），云陽縣50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震烈度為6度［3］。依據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ 004-89），基本烈度為6度地區(qū)的公路工程，除國家特別規(guī)定外，可采用簡易設(shè)防［4］。按《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD 30-2004）錨索體截面積計算公式為:

K 取 2.1，Pptk取 1470 MPa。

計算得 As=1337.58 mm2。

鋼絞線根數(shù) n=1337.58/140=9.55，取 n=11 根。

錨固長度L按下式計算確定:

（1）按錨索注漿體與地層之間的粘結(jié)長度確定:

ζ1取 1.00，D 為 150 mm，frb取 290 kPa。

計算得錨索注漿體與地層之間的最小粘結(jié)長度L=15.37 m。

（2）按錨索注漿體與錨索體之間的粘結(jié)長度確定:

ζ2取 0.6，ds為 15.2 mm，fb取2950 kPa。

計算得錨索注漿體與錨索體之間的最小粘結(jié)長度 L=2.3 m。

錨固段最小長度取以上兩種結(jié)果的大者即L=15.37 m，結(jié)合錨固段巖土體的性質(zhì)，為防止錨固段軟質(zhì)巖石受水軟化以及局部由節(jié)理切割的巖體承受拉力后松動［5］，錨固段實際長度為18.0 m。

在公路內(nèi)側(cè)混凝土滲水溝下部設(shè)止水墻，墻體深入基巖0.5～0.8 m，墻頂與滲水溝相接，截斷地表水滲入途徑。在擋土墻外側(cè)的混凝土面板的中央增設(shè)排水孔，排水孔深入路基內(nèi)部，向上傾角為8°～10°，孔內(nèi)設(shè)排水管，排水管上部和側(cè)面鉆透水孔，增加排水的路徑。

擋土墻變形加固結(jié)構(gòu)見圖2、3。

5.2 加固方案的穩(wěn)定性分析

預(yù)應(yīng)力錨索加固后，考慮汽車載重荷載和人力荷載，不考慮地震作用時作用于擋土墻上的力系如圖4，不同工況下的安全穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果見表2。

圖2 預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)斷面圖

圖3 預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)立面圖

圖4 作用于擋土墻的力系圖（每延米）

表2 典型斷面擋土墻穩(wěn)定性計算表（每延米）

抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)Kc計算公式:

繞墻趾抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K0計算公式:

式中:Ep'——墻前被動土壓力水平分力，Ep'=0;λ——擋土墻基礎(chǔ)傾角;Zg——墻體自重對墻趾的力臂;Zx——主動土壓力豎向分力Ey對墻趾的力臂;Zy——主動土壓力水平分力Ex對墻趾的力臂;N——作用于基地上合力的豎向分力。

由穩(wěn)定系系數(shù)計算結(jié)果可知，該段擋土墻在公路通車運營后，兩種穩(wěn)定性系數(shù)較在設(shè)計狀況時均發(fā)生了較大程度的降低，特別是抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)已小于規(guī)范規(guī)定的要求，也是擋土墻產(chǎn)生變形的主要原因。采取預(yù)應(yīng)力錨索加固后，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)得到了很大的提高，達到了相關(guān)規(guī)范的要求，可以遏制墻體的進一步變形，表明加固方案是切實可行的。

6 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

6.1 鉆孔放樣

對預(yù)應(yīng)力錨索位置進行編號，采用測量儀器進行鉆孔放樣，控制孔位偏差≯3 cm。

6.2 鉆進成孔

開孔后在擋土墻墻身部位采取回轉(zhuǎn)鉆進的方式成孔，進入路基填土后采用套管護壁法沖擊鉆進的工藝成孔，以利用套管對鉆孔方向進行導向，防止填土層掉塊和塌孔，提高鉆進效率［6］，套管至進入基巖0.5 m;進入基巖后再改為回轉(zhuǎn)鉆，提取巖心進行描述，以保證錨固段位于中風化基巖的有效長度;成孔過程中及時測量孔深和孔斜，出現(xiàn)異常偏差時需進行糾偏糾斜?？刹扇《鄠€作業(yè)面同時施工的工藝以提高效率。

6.3 錨索制作安裝

6.4 注漿

漿液為425號普通硅酸鹽水泥和細沙配置的M30砂漿，漿液水灰比0.45;注漿前使?jié){液充分攪拌均勻，現(xiàn)攪現(xiàn)用，注漿壓力≮0.3 MPa;當孔內(nèi)漿液初凝后及時進行二次注漿，保證孔內(nèi)注漿飽滿。

7 抗滑樁、聯(lián)系梁和面板施工工藝

7.1 抗滑樁施工

7.1.1 挖孔

墻前填土厚度較小，采用人工挖孔隔樁施工的工藝，首先清除表面填土至基巖面，巖性為泥質(zhì)粉砂巖，屬軟質(zhì)巖石，使用輕型鑿巖機沖擊破碎，樁孔上部設(shè)0.8 m護欄，挖孔過程中及時核對孔內(nèi)的地質(zhì)情況，出現(xiàn)異常時及時通知設(shè)計單位進行調(diào)整。

7.1.2 護壁

挖孔每節(jié)深度為1.0 m，巖層破碎時可適當減小，護壁前檢查樁孔的結(jié)構(gòu)尺寸和偏心情況，符合設(shè)計要求后安裝護壁鋼筋、模板和澆筑混凝土，達到一定強度后拆模進行下一節(jié)的施工。

7.1.3 樁身鋼筋制安和混凝土澆筑

當樁孔進入中風化基巖的深度達到設(shè)計深度后，再次校正樁孔的結(jié)構(gòu)尺寸和中心偏差;由于施工場地的限制和樁孔深度較淺，樁身鋼筋籠采取孔內(nèi)制作安裝，檢查驗收后進行樁身混凝土澆筑，采用插入式振搗器振實，混凝土澆筑必須一次性完成并及時進行養(yǎng)護;地面以上部分樁身混凝土施工時盡量少設(shè)置施工縫，樁身接頭時需進行鑿毛和清洗接觸面，樁間接頭交錯布置，禁止相鄰樁間的接頭在同一水平面上。

7.2 聯(lián)系梁和面板

樁身到達最下方的聯(lián)系梁時進行聯(lián)系梁和面板的鋼筋制安和模板架立，鋼筋和模板驗收后和樁身混凝土同時澆筑，在混凝土達到一定強度后進行下一階段的面板和聯(lián)系梁的施工依次至擋土墻面，始終保持面板和樁、聯(lián)系梁的整體性施工（見圖5）。

圖5 建設(shè)中的濱江大道擋土墻錨固工程

8 預(yù)應(yīng)力錨索的張拉與鎖定

8.1 張拉

張拉前對張拉設(shè)備進行標定，確定其精度符合相關(guān)標準;當錨索注漿、抗滑樁和聯(lián)系梁混凝土均達到設(shè)計強度后，進行錨索的張拉;張拉分6級二次進行，即按照設(shè)計應(yīng)力1000 kN的20%、40%、60%、80%、100%、110%進行逐級張拉，第一次為前3級應(yīng)力，第一次完成5天后進行第二次張拉，張拉至最后一級并持荷一段時間后進行鎖定。

8.2 應(yīng)力補償措施

在部分初期應(yīng)力損失完成后，選擇適宜的時間對錨索張拉并進行補償張拉，一般在初次張拉鎖定后10～15天進行補償張拉以減少應(yīng)力損失［7］。

8.3 錨頭的封閉與保護

補償張拉完成后，錨具外留存300 mm的鋼絞線，多余部分采用機械切割截除，采用C25混凝土及時封閉錨頭以保護其正常工作。

9 治理效果

該段擋土墻變形加固工程于2006年12月20完工移交，至2009年6月20日對其變形進行持續(xù)監(jiān)測，累計變形量最大值為1.2 mm，已無繼續(xù)發(fā)展的趨勢，表明擋土墻已處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理措施達到了預(yù)期目的;該處擋土墻外側(cè)土地又得到有效利用，至2010年已建成某公司18層辦公樓一棟，當?shù)亟ㄔO(shè)管理部門對該段擋土墻的變形治理效果十分滿意。

10 結(jié)語

該段路基擋土墻在運營狀況下由于墻背后填土的物理力學性質(zhì)發(fā)生了變化，導致墻體變形，通過分析和采取有效的加固方案，使其變形得到了根本性治理。表明維護填土路基在設(shè)計工況下運行的重要性，一旦運營環(huán)境發(fā)生了不利變化，會對擋土建筑物造成嚴重的危害，同時表明了抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固措施具有安全系數(shù)大、成本低、施工效率高等優(yōu)點，可以在類似工程中得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］ JTGD 30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ 錢德玲.土力學［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ JTJ 004-89，公路工程抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ 譚彬建，俞敏，息飏，等.桂柳高速公路邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（5）:73-77.

［6］ 黃輝，牟文俊，陶林.淺析大噸位、超長孔深錨索鉆孔孔斜控制［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（6），71-74.

［7］ 劉玉元，高杰.錨索預(yù)應(yīng)力降低的影響因素探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2005，32（1）:27-28.

Analysis on Retaining Wall Deformation in Binjiang Road of Yunyang County and Reinforcement

WANG Hongqing，YAN yi-qiang，MA Jan（Changjiang Geotechnical Engineering Company〈Wu han〉，Wuhan Hubei 430010，China）

Due to the changes of subgrade in the operating environment，the changes of physical and mechanical properties of the fill were caused，displacement and deformation happened in the retaining wall.On the basis of analysis on deformation，joint reinforcement of pre-stressed anchor cable and anti-sliding pile was proposed with good effect.The paper introduced the design of reinforcement scheme and the construction technology of pre-stressed anchor cable for anti-sliding pile.

subgrade;retaining wall;deformation;anti-sliding pile;pre-stressed anchor

U417.1

A

1672-7428（2012）02-0070-04

2011-08-16

王洪慶（1974-），男（漢族），山東冠縣人，長江巖土工程總公司（武漢）工程師、一級建造師，巖土工程專業(yè)，從事巖土工程、道路橋梁工程、水利水電施工和地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工管理工作，湖北省武漢市解放大道2805號（美聯(lián)小區(qū)）9-2-501（430011），zousanxia@163.com。