高輕型錨定板擋土墻病害分析與整治措施探討

廖繼彪 趙碧岑 母慈悅

（湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201）

0 引言

我國是個(gè)多山的國家，地質(zhì)條件復(fù)雜、工程類別多，在所有國土范圍內(nèi)，山區(qū)和丘陵占據(jù)超70%，考慮到減少占地、降低投資的需求，在進(jìn)行山區(qū)公路設(shè)計(jì)中，就需要考慮到填挖平衡的基本需求，從而利用支檔結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)路塹邊坡和填方路堤的穩(wěn)定性要求，支擋結(jié)構(gòu)是山區(qū)路基工程中不可缺少的一種巖土工程治理措施[1]。

本文對高輕型錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與適用條件、病害分析與整治等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的文獻(xiàn)的梳理與總結(jié)，可為研究人員后續(xù)開發(fā)研究更多安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的高輕型支擋結(jié)構(gòu)提供一定的參考與理論依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與適用條件

1.1 高輕型錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）肋柱采用樁基

傳統(tǒng)的錨定板擋土墻采用條形基礎(chǔ)杯座基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深淺，存在因基礎(chǔ)下沉引起肋柱豎直位移大的問題，而且肋柱高度越大臨時(shí)支撐的難度也越大。針對高輕的錨定板擋土墻，其對應(yīng)的肋柱選擇的是樁基礎(chǔ)，將堅(jiān)硬的基巖或者土層作為其持力層，這樣就可以降低下沉的問題，同時(shí)也可以加深自身的穩(wěn)定性，滿足施工的優(yōu)化處理。

2）肋柱現(xiàn)澆

選擇高輕型錨定板擋土墻肋柱，其澆筑是與樁基礎(chǔ)一起進(jìn)行整體現(xiàn)澆，這樣就可以有效規(guī)避其吊裝開裂的問題發(fā)生，同時(shí)也可以避免起重能力的限制，同時(shí)也需要考慮到臨時(shí)支撐的使用，實(shí)現(xiàn)施工工序的優(yōu)化處理。

3）用預(yù)應(yīng)力鋼絞線代替鋼筋作為拉桿材料

相對于普通鋼筋而言，高強(qiáng)度鋼絞線抗拉能力更強(qiáng)，施工更加的方便。

4）能夠?qū)崿F(xiàn)高輕型

通過采用新材料和新的施工方法，錨定板結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)高輕型，如云南水麻高速公路第25合同吉利段K117+450～+600工點(diǎn)，最大的錨定板擋土墻高度達(dá)到13.8m，在實(shí)際的運(yùn)營后，擁有良好的狀態(tài)與效果。

5）可與錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨管聯(lián)合使用

根據(jù)實(shí)際需要，結(jié)合現(xiàn)場條件，可以將錨定板擋土墻設(shè)計(jì)成錨定板與錨桿、錨定板與預(yù)應(yīng)力錨索、錨定板與預(yù)應(yīng)力錨管聯(lián)合使用的擋土墻。上層拉桿利用錨定板錨固在新填土中，下層拉桿采用錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨管錨固在原有邊坡內(nèi)，從而充分發(fā)揮錨定板和錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨管各自的優(yōu)越性，有利于錨定板肋柱的自穩(wěn)，有助于實(shí)現(xiàn)錨定板擋土墻的高輕型。

1.2 高輕型錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)適用條件

（1）高輕型錨定板擋土墻適用于填方高度 12.0～15.0m的路堤支擋；處于8.0～12.0m的填方高度可以比肩普通擋土墻；處于15.0～24.0m的填方高度，可以比肩橋梁有可比性。

（2）由于錨定板上的拉桿需要一定的埋置長度，因此要求墻后的填土空間要盡量大，以使錨定板能提供足夠的抗拔力，墻后的填土空間宜在墻高的0.8倍寬度以上。

（3）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，其本身并不適合康華結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)榛碌囟蔚挠绊?，另外，對于存在?yán)重腐蝕以及VII度以上的地震區(qū)，都不宜使用。

2 病害分析與整治

2.1 高輕型錨定板擋土墻病害分析

1.局部破壞

1）預(yù)應(yīng)力錨索破壞

（1）受拉破壞

錨索拉力大于材料本身極限抗拉強(qiáng)度，使其發(fā)生強(qiáng)度破壞。出現(xiàn)這一情況可能與預(yù)應(yīng)力錨索本身存在的缺陷有關(guān)，或者是張拉過程中個(gè)別束預(yù)應(yīng)力錨索受集中力造成的。

（2）受剪破壞

這種破壞可能發(fā)生在施工過程中，又可能發(fā)生在使用過程中。如果發(fā)生在施工過程中，極有可能出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力錨索張拉過程中，預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)生瞬間斷裂，并被拔出，及易傷害到施工人員；如果發(fā)生在使用過程中，其斷裂位置一般在薄弱處，這種破壞只有通過錨索拉力的動態(tài)長期監(jiān)測確定，表現(xiàn)形式為錨索拉力持續(xù)增大到某一峰值后，突然減少到零，可以用較小的力將預(yù)應(yīng)力錨索拔出。

2）肋柱破壞

（1）受剪破壞

高大錨定板擋土墻采用小樁基礎(chǔ)，肋柱在鎖口位置受到較大的剪力，當(dāng)鎖口處存在截面時(shí)，有可能發(fā)生破壞。這種破壞可能是設(shè)計(jì)時(shí)肋柱截面尺寸太小或者截面配筋不足造成的，也可能是施工過程中，肋柱混凝土的強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求或者懸臂填土過高造成的。

（2）受彎破壞

肋柱某一截面所受彎矩過大而發(fā)生破壞，主要原因有以下幾個(gè)方面：

①設(shè)計(jì)時(shí)肋柱截面尺寸太小或配筋太少，施工中沒有按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行肋柱配筋；

②施工中懸臂填土過高，沒有及時(shí)張拉錨索；

3）擋土板破壞

（1）受彎破壞

①設(shè)計(jì)上，存在截面配筋不足、混凝土強(qiáng)度偏低以及擋土板截面尺寸過小的問題，這樣最終就會導(dǎo)致某一個(gè)板截面彎矩要明顯超過抗彎強(qiáng)度；

②施工上，為了降低板的抗彎強(qiáng)度，可以考慮到利用人工的方式來減少板的盆景、降低混凝土標(biāo)號以及適當(dāng)減少板截面尺寸。

（2）受剪破壞

①設(shè)計(jì)上，存在截面配筋不足、混凝土強(qiáng)度偏低以及擋土板截面尺寸過小的問題，這樣最終就會導(dǎo)致某一個(gè)板截面彎矩要明顯超過抗彎強(qiáng)度；

②施工上，為了降低板的抗彎強(qiáng)度，可以考慮到利用人工的方式來減少板的盆景、降低混凝土標(biāo)號以及適當(dāng)減少板截面尺寸。

4）土體破壞

（1）樁前土體破壞

①設(shè)計(jì)上由于肋柱錨固段太短、剛度太小，在填土壓力作用下肋柱產(chǎn)生較大變形，使肋柱前的土體被動破壞；

②施工中人為破壞降低了肋柱前土體的強(qiáng)度，例如，肋柱前土體被挖掉、受水浸泡；

（2）擋土板底土體破壞

①擋土板的尺寸一般都比較小，直接與土體接觸，使土體受集中力作用而破壞；

②施工造成板下土體強(qiáng)度降低而破壞。

2.整體破壞

1）整體沉陷

主要由于勘察資料不足或設(shè)計(jì)不當(dāng)，使高輕型錨定板擋土墻整體作用在軟弱地基上，在填土壓力和地下水作用下，軟弱地基發(fā)生沉陷，導(dǎo)致高輕型錨定板擋土墻整體下沉。

2）整體滑動

由于勘察資料不足或設(shè)計(jì)不當(dāng)，使高輕型錨定板擋土墻坐落在不穩(wěn)定的邊坡上，或者由于其他原因?qū)е缕麦w滑動，造成高輕型錨定板擋土墻整體滑動破壞。

2.2 高輕型錨定板擋土墻缺陷病害的整治措施

1.預(yù)應(yīng)力錨索缺陷病害加固

1）利用預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固

當(dāng)原本的邊坡以及錨定板后填土擁有良好的錨固條件，并且也容易進(jìn)行錨索鉆孔處理，同時(shí)已經(jīng)損壞的預(yù)應(yīng)力錨索也沒有引發(fā)其余的結(jié)構(gòu)性能損壞的問題，那么就可以采用這一種方式來進(jìn)行處理。

針對地下水浸泡或者填土之中的地表水，進(jìn)而降低下滑力與土體強(qiáng)度的，這樣就會引起預(yù)應(yīng)力受拉破壞等問題，這個(gè)時(shí)候就可以考慮到利用錨桿或者是錨索來進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并且適當(dāng)添加傾斜排水孔，從而確保其內(nèi)部的水完全排除。

2）采用減小原有高輕型錯(cuò)定板擋土墻受力的方法進(jìn)行加固

（1）增設(shè)樁的方法

如果支檔作用力要求較大，基于地質(zhì)條件、地形條件以及變形體對應(yīng)的空間條件，就可以在錨定板肋柱之間添加新樁。但是需要注意錨定板肋柱前的添加，同時(shí)要規(guī)避在開挖過程中導(dǎo)致其前面土體的強(qiáng)度受到影響。度。

（2）采用注漿加固措施

如果支檔作用力偏小，并且還能夠發(fā)揮原本預(yù)應(yīng)力錨索的作用，亦或是需要更大的加固面積，那么在加固中就可以考慮到鋼花管注漿的模式。

2.肋柱缺陷加固

1）對抗剪能力不足或者肋柱抗彎不足的加固方法

（1）采用增加預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固。

對于肋柱缺損較小且有施工條件的，可在肋柱上采用增加預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿的方法進(jìn)行加固。

（2）對肋柱柱身進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固

如果肋柱柱身的混凝土強(qiáng)度未能滿足實(shí)際要求，亦或是存在不缺受力鋼筋方面的缺陷，就可以考慮到柱身縫側(cè)進(jìn)行鉆孔處理，并且利用鋼軌高壓注漿的方式來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

（3）結(jié)構(gòu)減荷加固

如果原本的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)無法與設(shè)計(jì)要求相互的匹配，則需要考慮到減荷加固。

2）對肋柱頂位移超限的加固方法

在限位移過大時(shí)，可采用在助柱上增加預(yù)應(yīng)力錯(cuò)索的措施進(jìn)行加固，預(yù)應(yīng)力錨索要盡量往肋柱頂布置。

3.擋土板的缺損病害加固

1）對于已出現(xiàn)變形裂縫但未發(fā)生破壞的病害,可采用下面的加固形式：

（1）增加排水措施,提高擋土板山側(cè)土體強(qiáng)度的方法進(jìn)行加固；

由于擋土板山側(cè)巖土體的含水量大，如果排水不暢，會使土壓力增大導(dǎo)致?lián)跬涟遄冃?，可采用仰斜排水孔、截排水隧洞等措施進(jìn)行處理。

（2）利用肋柱間注漿加固的措施

對擋土板山側(cè)的巖土體進(jìn)行注漿加固，提高巖土體強(qiáng)度。

2）對于已經(jīng)破壞的病害，可采用下面的措施：

當(dāng)有少出擋土墻破壞病害的出現(xiàn)，則可以考慮到肋柱外側(cè)掛擋土板，然后對應(yīng)的進(jìn)行錨定加固處理。對于大面積破壞的現(xiàn)象，則需要在進(jìn)行加固處理之后再進(jìn)行使用，對應(yīng)的操作中，可以考慮到預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固處理。

4.土體病害加固

1）肋柱地基存在豎向承載力不足的問題

（1）在實(shí)際的加固中，可以考慮到肋柱柱身注漿的模式

①針對肋柱柱身鋼筋間隙，可以通過垂直打孔的方式，一直達(dá)到肋柱底下一定的深度，然后，利用高壓注漿的方式，就可以針對肋柱底實(shí)施壓力注漿；

②在肋柱底以上注漿需要達(dá)到孔口溢漿即可。

（2）在肋柱底四周進(jìn)行注漿加固

考慮到造價(jià)成本偏高，因此對于這一種方法使用的很少。

基于土體承載能力偏弱的問題，選擇斜向鋼花管注漿，通過注漿加固底部土體，就可以實(shí)現(xiàn)土體強(qiáng)度的根本性提升。

2）肋柱的側(cè)向地基承載力不足的加固

（1）當(dāng)柱身的側(cè)向位移較大，為了限制其位移，可以采用預(yù)應(yīng)力錨索的處理方式；

（2）當(dāng)然，為了提升其車廂的承載力，也可以考慮到選擇注漿加固處理。

5.連接破壞的加固

1）增加預(yù)應(yīng)力錨索的方法進(jìn)行加固

如果錨固的實(shí)際條件良好，在加固操作中就可以直接選擇預(yù)應(yīng)力錨索。

2）增加預(yù)應(yīng)力錨索樁的方法進(jìn)行加固

如果支檔作用力的需求較大，可以考慮到增加樁的方式。在設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合實(shí)際的空間分布情況，從而考慮到在原肋柱中間位置添加。

3）采用其他方法進(jìn)行加固

當(dāng)所提供的支檔作用力較小，加固就可以選擇預(yù)應(yīng)力鋼筋錨桿或者是注漿的方式進(jìn)行處理。

6.整體破壞的加固

應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、勘探資料重新設(shè)計(jì)計(jì)算，一般可采用高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻加固，要求樁底進(jìn)人弱風(fēng)化巖體的深度不小于6.0m，同時(shí)對下臥軟弱層或滑帶進(jìn)行注漿加固，確保整個(gè)坡體的整體穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1）高輕型錨定板擋土墻的應(yīng)用研究在國內(nèi)處于剛剛起步狀態(tài)，目前對于高輕型錨定板擋土墻研究還未見廣泛報(bào)道。高輕型錨定板擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論、施工工藝與傳統(tǒng)的錨定板擋土墻相比存在許多不同，應(yīng)用和研究都存在較大的問題。

2）高輕型錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)具有肋柱采用整體現(xiàn)澆、肋柱采用樁基礎(chǔ)、采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線代替鋼筋作為拉桿材料、能夠?qū)崿F(xiàn)高輕型和可實(shí)現(xiàn)與錨桿/預(yù)應(yīng)力錨索/預(yù)應(yīng)力錨管聯(lián)合使用等特點(diǎn)，但由于這種輕型支擋結(jié)構(gòu)肋柱采用樁基礎(chǔ)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比來看它不適合用作抗滑結(jié)構(gòu)，在滑坡地段不宜使用，特備注意在浸水條件下慎重使用。

3）高輕型錨定板擋土墻是由預(yù)應(yīng)力錨索、肋柱、擋土板、填土、肋柱錨固段共同作用的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)之間作用復(fù)雜，設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)或者選型不當(dāng)就會出現(xiàn)局部和整體破壞等病害問題。