扶壁式擋墻變形加固處理設(shè)計(jì)

王大群　田陽(yáng)輝

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司　武漢　430056)

扶壁式擋墻變形加固處理設(shè)計(jì)

王大群田陽(yáng)輝

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢430056)

摘要擋墻變形開裂是工程中較常見問題，文中通過對(duì)某軟基路段高填扶壁式擋墻變形開裂加固處理設(shè)計(jì)，從加強(qiáng)前期觀測(cè)，分析其產(chǎn)生的原因，到有針對(duì)性地提出加固處理方案。通過計(jì)算和綜合對(duì)比，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，取得了良好的工程效果。

關(guān)鍵詞擋墻變形加固泡沫混凝土

漳州臺(tái)商投資區(qū)某快速公路作為規(guī)劃中國(guó)道319線漳州段改線一期工程的一段，是漳州市“十二五”綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃中提升國(guó)道網(wǎng)絡(luò)通行能力的重要組成部分，該項(xiàng)目全長(zhǎng)為4.6 km，起訖樁號(hào)為：K7+400～K12+000。

中閩互通匝道FK0+035～FK0+054右側(cè)和主線K9+194～K9+378左側(cè)緊臨一改路項(xiàng)目，改路項(xiàng)目路基寬度為6 m，路基頂面與現(xiàn)有魚、蝦塘梗平齊，F(xiàn)K0+035～FK0+053和K9+194～K9+378高出改路項(xiàng)目5.5～7.2 m。由于放坡受限，F(xiàn)K0+035～FK0+053右側(cè)和K9+194～K9+378左側(cè)設(shè)置了扶壁式路肩墻，墻高為6.5～8.5 m。擋墻平面圖見圖1。

圖1　擋墻平面圖

FK0+035～FK0+053右側(cè)和K9+194～K9+378路段自上而下工程地為：素填土，淤泥呈灰黑色，流塑，含較多腐植物，有腥臭味。其天然含水量為64%，天然孔隙比為1.801，為高壓縮層，屬于海相沖積形成的淤泥；淤泥層下為粉質(zhì)粘土，主要由粘粉粒組成，可塑，是路基較好的持力層；再下為細(xì)砂層，中密～密實(shí)狀態(tài)，下伏殘積性粘性土和基巖。各土層性質(zhì)見表1。

表1　地層力學(xué)性質(zhì)

1原施工圖地基處理設(shè)計(jì)

K9+194～K9+378路段擋墻基底原設(shè)計(jì)采用CFG樁處理，樁徑0.4 m，間距為1.5 m，平均樁長(zhǎng)15.0 m，正方形布置；非擋墻基底采用水泥攪拌樁處理，樁徑0.5 m，間距為1.5 m，樁長(zhǎng)10.5 m，三角形布置。FK0+035～FK0+053路段全幅采用CFG樁處理，樁徑0.4 m，樁間距為1.5 m，樁長(zhǎng)15.0 m，正方形布置。設(shè)計(jì)CFG樁樁身28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于10 MPa，水泥攪拌樁28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa[1]。

樁基施工完畢后， 對(duì)FK0+035～FK0+053和K9+194～K9+378路段分別進(jìn)行樁基檢測(cè)，其中CFG樁處理部分滿足設(shè)計(jì)要求，但是對(duì)K9+194～K9+378路段已施工水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)28 d齡期取心檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示部分?jǐn)嚢柙谟倌鄬硬扇÷瘦^低，心樣松散或?yàn)榭伤芩嗤粒瑥?qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，樁身強(qiáng)度最小值為0.3 MPa，不合格率為80.4%。

針對(duì)基底水泥攪拌樁樁基處理不滿足設(shè)計(jì)要求的工況，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了變更設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)在擋墻基底內(nèi)側(cè)增加2排CFG樁，坡腳外側(cè)增設(shè)1排CFG樁，CFG樁強(qiáng)度要求不小于C15，樁的縱向間距為1.5 m。采用Slide有限元模擬CFG樁加固后，運(yùn)營(yíng)期的路基穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到了1.205，見圖2。

圖2　CFG樁加固后路基穩(wěn)定性計(jì)算

樁基施工和加固完成后，施工單位依序進(jìn)行路堤填筑和擋墻施工，當(dāng)擋墻和路堤施工至路床頂面要求時(shí)，部分節(jié)段擋墻發(fā)生了墻頂向外傾斜和錯(cuò)縫的情況，水平最大傾斜20 cm，個(gè)別節(jié)段墻體整體向外偏移。

2擋墻變形的原因分析

針對(duì)擋墻變形路段，設(shè)計(jì)單位布置了3個(gè)觀測(cè)斷面，要求進(jìn)行沉降位移觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示，路基沉降量均滿足設(shè)計(jì)要求，擋墻頂部向外最大變形量為2.5 mm/d，擋墻坡腳處幾乎不產(chǎn)生變形。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)擋墻產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行了分析，分析認(rèn)為依據(jù)設(shè)計(jì)要求，擋墻臺(tái)背采用碎石土填筑，綜合內(nèi)摩擦角不小于35°，密實(shí)程度為中等[2]，擋墻墻趾基底壓力最大將達(dá)到187 kPa，設(shè)計(jì)變更要求經(jīng)過CFG樁處理后的復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到205 kPa，CFG樁處理后的復(fù)合地基理論上完全能夠滿足正常擋墻工程需要。

而本項(xiàng)目擋墻施工的實(shí)際工況是臺(tái)背填土壓實(shí)度不足，經(jīng)檢測(cè)屬于松散至稍密狀態(tài)。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，臺(tái)背綜合內(nèi)摩擦角僅為25°～30°，據(jù)此計(jì)算完工后的擋墻墻趾處基底壓力將達(dá)到208～231 kPa，這將超出墻底CFG樁處理后的復(fù)合地基承載力特征值。

此外根據(jù)目前已施工的擋墻及填土高度，臺(tái)背綜合內(nèi)摩擦角按照松散取值25°進(jìn)行驗(yàn)算，墻趾處壓應(yīng)力為141 kPa，而此時(shí)擋墻實(shí)際只有部分節(jié)段發(fā)生了輕微變形，據(jù)此認(rèn)為擋墻基底復(fù)合地基實(shí)際承載力最大為141 kPa。

基于以上分析認(rèn)為，該段擋墻產(chǎn)生變形的原因是由于臺(tái)背填料壓實(shí)度不足，導(dǎo)致?lián)鯄ε_(tái)背填土壓力過大，同時(shí)擋墻基底復(fù)合地基承載力不滿足要求所致。

3處理設(shè)計(jì)方案論證

擋墻變形產(chǎn)生后，根據(jù)相關(guān)工程資料，結(jié)合福建地區(qū)成熟的處理類似工程的施工技術(shù)方法，提出以下3種處理設(shè)計(jì)方案。

(1) 氣泡輕質(zhì)土加固。氣泡輕質(zhì)土是一種先進(jìn)的輕型填土材料。輕質(zhì)填土是通過固化劑(一般用水泥漿)中加入氣泡經(jīng)充分拌和而成，容重較一般填土材料輕得多。氣泡混合輕質(zhì)土具有輕質(zhì)性(容重5～13 kN/m3)、良好的流動(dòng)性(泵送距離最大可達(dá)500 m)、固化后的自立性好等特點(diǎn)[3]，而且其容重和抗壓強(qiáng)度可通過配合比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。采用輕質(zhì)土換填技術(shù)可大大地降低填土荷載，減少地基土壓力，路基整體潛在滑動(dòng)面將向遠(yuǎn)離擋墻方向移動(dòng)，潛在滑動(dòng)面穿過的復(fù)合地基范圍增大，從而提高該段路基的整體穩(wěn)定性。

此外，由于使用水泥作為固化劑，通常在澆筑4個(gè)小時(shí)后就會(huì)開始固化自立，因而可進(jìn)行垂直填筑，固化后對(duì)擋土結(jié)構(gòu)物幾乎沒有推擠力。該方法具有填筑過程不需碾壓、對(duì)現(xiàn)有交通干擾少，施工噪音低，施工工期短，施工占地少等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)合本工程，設(shè)計(jì)處理方案為將擋墻臺(tái)背第一破裂角區(qū)域內(nèi)的路床頂面以下范圍內(nèi)路基填土換填成氣泡輕質(zhì)土，具體技術(shù)要求見表2。

表2　氣泡輕質(zhì)土技術(shù)要求

經(jīng)計(jì)算換填后，擋墻臺(tái)背土壓力減小，墻趾處基底壓力減小至142 kPa，地基承載力剛好滿足其要求。采用Slide有限元模擬，考慮地震荷載作用，路基穩(wěn)定性系數(shù)經(jīng)驗(yàn)算達(dá)到了1.325，見圖3。

圖3　填筑氣泡輕質(zhì)土穩(wěn)定性計(jì)算圖

(2) 注漿加固。注漿加固是用泵送的手段把具有一定凝固時(shí)間的漿液注入到松散土層或含巖層裂隙中，漿液凝固后固結(jié)土的顆?；蛘叱涮顜r層裂隙圍巖性質(zhì)得以改善，對(duì)這種方法稱之為注漿加固工法，也稱為化學(xué)注漿或化學(xué)灌漿。其優(yōu)點(diǎn)是：施工設(shè)備簡(jiǎn)單；規(guī)模小投資少；占地面積影響較??；工期短見效快；施工對(duì)環(huán)境影響?。粚?duì)場(chǎng)地要求不高；加固深度可深可淺易于控制。

具體到本項(xiàng)目處理方案為，將擋墻臺(tái)背第一破裂角范圍內(nèi)填土進(jìn)行注漿加固，加固后臺(tái)背土重度較之前增加，臺(tái)背土綜合內(nèi)摩擦角較之前增加，擋墻土壓力有所減少，墻趾處基底壓力降至165 kPa，較目前擋墻基底復(fù)合地基承載力141 kPa大。為提高墻址處的地基承載力，還需要對(duì)擋墻基底淤泥層進(jìn)行注漿加固。基于上述原因，該方案要求對(duì)擋墻臺(tái)背和擋墻基底采用注漿加固。經(jīng)計(jì)算，考慮地震荷載作用，路基穩(wěn)定性系數(shù)經(jīng)驗(yàn)算達(dá)到了1.287，見圖4。

圖4　注漿處理路基穩(wěn)定性計(jì)算圖

(3) 反壓護(hù)道。本項(xiàng)目擋墻外側(cè)改路工程設(shè)計(jì)高程約為3.6～3.9 m，而擋墻外側(cè)現(xiàn)狀整平后的地面高程約為4.1～4.5 m，已經(jīng)高于改路的設(shè)計(jì)高程，因此該處無法采用反壓護(hù)道方案。

通過以上方案計(jì)算分析，臺(tái)背換填輕質(zhì)土加固后，擋墻墻背土壓力明顯降低，擋墻墻趾處基底壓力降低，且路基整體潛在滑動(dòng)面向路基方向后移，整體穩(wěn)定性提高。換填輕質(zhì)工藝簡(jiǎn)單，工期快，可操作性強(qiáng)，造價(jià)相對(duì)較低。

臺(tái)背注漿加固后，擋墻土壓力有所降低，墻趾處基底壓力有所降低，但幅度有限。需要配合擋墻基底注漿加固才能保證擋墻基底承載力和整體穩(wěn)定性滿足要求。注漿加固擋墻基底淤泥需施打斜孔，施工難度大，且會(huì)對(duì)擋墻基底CFG樁產(chǎn)生干擾，施工不當(dāng)可能導(dǎo)致CFG樁斷樁，造成更為嚴(yán)重的事故。在軟土地區(qū)采用注漿加固缺乏成熟施工經(jīng)驗(yàn)，漿液流動(dòng)性大，加固后均勻性較差，風(fēng)險(xiǎn)較大，造價(jià)較高，檢測(cè)難度大。

綜合以上技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，本項(xiàng)目擋墻變形處理最終采用氣泡輕質(zhì)土加固方案。

4氣泡輕質(zhì)土加固施工工藝及注意事項(xiàng)

(1) 首先應(yīng)進(jìn)行輕質(zhì)土配合比試驗(yàn)，配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)包括濕容重、流動(dòng)性及28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并符合下列規(guī)定：①陸床部位濕容重≥5.0 kN/m3(陸床下部位≥4.0 kN/m3)；②流動(dòng)度應(yīng)為160～200 mm；③試配抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度的1.05倍。

(2) 施工前，應(yīng)確定施工方案，編制施工組織計(jì)劃。

(3) 擋墻臺(tái)背土開挖應(yīng)注意坡面平整，在開挖邊坡兩端應(yīng)注意超挖部分土方形成排水通道，保證臺(tái)背積水能順利排泄。

(4) 澆筑設(shè)備應(yīng)包括發(fā)泡設(shè)備、攪拌設(shè)備和泵送設(shè)備。

(5) 氣泡群應(yīng)采用發(fā)泡設(shè)備預(yù)先制取。

(6) 新拌氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)采用配管泵送，氣泡群應(yīng)及時(shí)與水泥基漿料混合均勻，新拌氣泡混合輕質(zhì)土在泵送設(shè)備、泵送管道中的停置時(shí)間不超過1 h。

(7) 應(yīng)分層、分塊澆筑作業(yè)，單層澆筑厚度宜按0.3～0.8 m之間控制。上一層澆筑作業(yè)應(yīng)在下一層澆筑終凝后進(jìn)行。

(8) 澆筑過程中，泵送管出口應(yīng)與澆筑面保持水平，不宜采用噴射方式澆筑。

(9) 澆筑時(shí)，如遇大雨或持續(xù)小雨天氣，應(yīng)對(duì)未硬化的填筑體表層進(jìn)行覆蓋。

(10) 養(yǎng)護(hù)，在填筑體達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度后，方可在填筑體頂面進(jìn)行機(jī)械或車輛作業(yè)。

(11) 應(yīng)注意預(yù)留排水設(shè)施、交通工程設(shè)施等位置。

(12) 填筑體的主控項(xiàng)目檢驗(yàn)應(yīng)包括表干密度和抗壓強(qiáng)度，并應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)定。

5結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目扶壁式擋墻變形的發(fā)生從根本上來說是由于擋墻基底軟基處理和墻背填料不滿足設(shè)計(jì)要求造成的，為此，要避免此類工程問題的產(chǎn)生，還須從嚴(yán)控制施工質(zhì)量。當(dāng)擋墻變形發(fā)生后，應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)查明產(chǎn)生問題的原因，有針對(duì)性地做出處理設(shè)計(jì)，擇優(yōu)選擇綜合比較能滿足工程需要，經(jīng)濟(jì)性較好的處理方案。

擋墻變形段處理方案經(jīng)過充分論證選擇輕質(zhì)土加固處理后取得了良好的工程效果，擋墻的工程問題得到了根本的解決。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG/T D31-02-013公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2013.

[2]JTG D30-004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]CJJ/T 177-012氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

Reinforcement Design of Counterfort Retaining Wall Deformation

WangDaqun，TianYanghui

(CCCC Second Highway Survey and Design Institute Co., Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：Deformation of retaining wall cracking is a common problem in engineering, based on a soft foundation section of high fill wall deformation and cracking reinforcement design, from strengthening the early observation, the analysis of its causes is performed to put forward the reinforcement treatment plan, through calculation and synthesis of the ratio, the design is optimized, and good engineering effect is achieved, which provides a reference for similar engineering treatment.

Key words:retaining wall; deformation; reinforcement; foam concrete

收稿日期：2015-01-23

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.029