擋土墻加固施工工藝

姜 斌，王煒琪

(黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009)

擋土墻加固施工工藝

姜 斌，王煒琪

(黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009)

通過對哈爾濱繞城高速公路瓦盆窯至秦家段加筋土擋土墻加固工程項目的研究，加筋土擋土墻發(fā)生病害的主要原因是自然災害、車輛超載以及加筋擋土墻基礎土基存在長期塑性變形。由于加筋土擋土墻變形嚴重，影響使用安全。所以對路基兩側的擋土墻加固措施采用水平鉆孔對拉預應力錨索，橋臺處加固措施采用樁基式扶壁式擋土墻。對施工工藝和施工難點進行整理，采用新型施工工藝。并成為省內首例采用水平鉆孔對拉預應力錨索施工工藝的項目。

預應力張拉；對拉錨索；噴射混凝土

1 工程地質概況

哈爾濱繞城高速公路哈伊互通AK0+000～AK0+460段，繞城高速K22+450～K23+051老機場路段，K23+570～K24+205機場高速段，共計全長1 527 m。瓦盆窯至秦家段病害比較嚴重的加筋土擋土墻段落加固及病害橋臺維修工程。具體地質情況如下。

哈爾濱繞城高速公路瓦盆窯至秦家段路線位于哈爾濱西側邊緣，沿線村鎮(zhèn)比較密集，其地理位置位于東經126°28′36"～126°36′45"、北緯45°38′17"～45°52′15"之間。公路自然區(qū)劃Ⅱ2區(qū)，即東北中部山前平原重凍區(qū)。路線走向由南向北，經哈爾濱西側邊緣郊區(qū)通過。路線位于松嫩平原松花江中游地帶，地勢相對平坦，海拔高度在116～180 m之間，相對高差64左右，無山，有明顯地勢起伏，呈南高北低，緩降坡向西北。地表植被多為旱田、菜田；松花江河灘地大部分為荒地或草地。局部有少量臨時開墾的旱田。全線成土為黃粘土。開墾前地面覆蓋著茂密的草本植物，經多年的自然循環(huán)，形成肥沃黑土，適于多種作物生長。局部江河坎附近，地形起伏較大，造成部分水土流失；在陡坡地帶，黑土層被沖刷，形成瘠薄黃土。河流兩岸平川地帶，地勢較低洼，土壤粘重，保水力強，黑土層深厚，形成黑粘土。本項目地區(qū)經過的主要河流是松花江水系。沿水線地表主要為各河流徑流，河流屬于封凍性河流，其徑流主要靠降水(雨、雪)補給，沿線劃分為沖積平原區(qū)。地下水主要以潛水和上層滯水為主。沖擊平原區(qū)河漫覆蓋著砂、礫石含水層，空隙潛水賦存于砂、礫層中，水量豐富。透水性好，富水性強，補給主要為大氣降水及河流。路線所經地區(qū)屬于大陸性季風氣候，為北寒帶氣候條件，冬季長達5個月之久，春秋季節(jié)較短。地面穩(wěn)定凍結日期為11月下旬，穩(wěn)定解凍日期為4月中旬。冬季主導風為北風和西偏北風。冬季嚴寒干燥，夏季炎日多雨，春秋氣候多變，春季多大風，降水少，蒸發(fā)快，易發(fā)生干旱；秋季多寒潮侵襲，降溫急劇，易發(fā)生凍害。

2 繞城高速擋土墻病害問題

根據現(xiàn)場勘察，該路段的主要病害特征為：路面上裂縫貫通連續(xù)；裂縫寬度大，一般在2～20 mm，裂縫灌縫后多有再次開裂；加筋墻頂混凝土護欄錯位嚴重，水平外傾和垂直下沉多在3 cm以上，橋頭段附近直至達7～8 cm，顯示整體沉降和外傾都較嚴重。墻側多有較明顯的外鼓現(xiàn)象，有的由于不均勻沉降面板縫顯示明顯的曲線狀，甚至在墻底可見面板斷裂。其中老機場路兩側橋臺擋墻出現(xiàn)了明顯的不均勻沉降現(xiàn)象，變形嚴重，且由于老機場路兩側橋臺變形與蓋梁發(fā)生擠壓，對橋臺、橋墩、樁基礎有較嚴重的影響。

針對以上加筋土擋土墻的病害情況；初步判定具有以下幾個方面的病害原因。

車輛動荷載所引起的側壓力沿垂直方向其應力分布是上大下小，而主動土壓力是上小下大，二者作用迭合，即在離地面高度的2/3處形成最大的外推力。因此，只要外推力不超過拉筋的抗拉強度，墻體仍可保持相對穩(wěn)定。

加筋擋土墻基礎土基存在長期塑性變形，且墻體內的填土建成時存在著初始塑性變形區(qū)，動荷載劇增即可誘發(fā)原有塑性區(qū)的進一步擴大和發(fā)展，隨著時間的積累和變形的疊加，即可在擋土墻內部出現(xiàn)永久性破壞。

擋墻外傾、鼓肚的主要原因為路面開裂后滲水，特別是在大雨的天氣，雨水下滲，在外部荷載作用下，轉化為凍水，增加了側向壓力；此外，動水對擋土墻的沖刷，致使砂土順砌筑縫流失，且在雨水作用下沙土處于飽和狀態(tài)，導致筋帶的摩擦阻力喪失；土局部脫空造成筋帶摩擦助力減少，同時水的存在促使筋帶腐蝕加速，甚至導致筋帶于面板鏈接部位斷裂。

擋土墻筋帶在施工碾壓階段或運營期車輛動荷載所引起的側壓力作用下，筋帶于擋墻拉環(huán)處壓力增大造成外層破裂，鋼絲外露，同時路面滲水加重了鋼絲銹蝕失效斷裂造成面板脫落，墻后反濾層砂礫塌落。

3 重點區(qū)段加筋土擋土墻加固措施

3.1 路基兩側加固措施

原擋土墻基礎頂面1 m高的位置處至路面下2～2.5 m位置之間采用水平鉆孔穿過整個路基寬度，孔徑90 mm，采用跟管成孔即鉆孔過程中即時穿橡膠管。然后采用預應力錨索(3根φs15.2預應力鋼絞線)對加筋擋土墻兩側實施對拉錨索加固，預應力孔道的豎向間距為3 m。張拉錨固順序為從下至上逐束張拉并灌注M30水泥漿。每根鋼絞線張拉控制力取40 kN，即張拉控制應力為0.15fpk。張拉方式采取單側張拉。以張拉力為主，張拉力與伸長量雙控。測量的鋼束伸長量可允許-6%～+6%的誤差。在正式張拉鋼束前應先將張拉應力調整到初應力σ。(一般可取張拉控制應力的10%～25%左右)，再開始張拉和測量伸長量。對應錨索的水平鉆孔施工采用錨索鉆機，施工平臺用腳手架搭建，斜撐固定。預應力張拉完畢后采用M30水泥漿進行壓漿，為鋼絞線提供握裹力及防腐蝕處理。

提供錨索反力采用1 cm厚50 cm寬×h(墻高)鋼板豎梁+(30 cm×30 cm)的1 cm厚鋼板墊塊，鋼板豎梁立于原加筋土擋土墻基礎頂面，鋼板豎梁頂與原擋土墻頂部混凝土現(xiàn)澆段頂部同高(泄水管下方)。將原加筋土擋土墻面板進行表面鑿毛處理，并采用鋼筋網及噴射10 cm厚C30混凝土對擋墻表面進行加固處理。底層鋼筋網采用φ16@100 cm×100 cm布置形式，并通過50 cm長的φ16植筋固定于原擋土墻面板上，頂層鋼筋網采用φ12@15 cm×15 cm布置形式，并與底層鋼筋網進行綁扎連接。鋼筋網及鋼板的高度在實際施工時，根據實際墻高進行調整。鋼板豎梁在施工前需進行除銹處理。

3.2 橋臺處加固措施：樁基扶壁式擋土墻

(1)K41+981.6分離立交橋瓦盆窯側(老機場路瓦盆窯側)

橋臺采用加筋土擋土墻形式，筋帶從橋臺處面板預留孔中通過，折回另一端對齊，筋帶沿橋臺擋土墻四周成扇形輻射狀鋪設在同一水平面內，避免互相重疊。瓦盆窯側的橋臺新建擋土墻立壁厚度40 cm，橋臺前側局部立壁高度5.8 m，由于受原有橋梁蓋梁高度的限制，新建擋土墻立壁高度已采取5 m。橋臺側面新建擋土墻立壁高度至原擋土墻混凝土現(xiàn)澆段頂面，擋土墻平均高度為8.11 m,該處橋臺鋼筋混凝土扶壁高度均為6 m、扶壁厚度60 cm、頂寬50 cm、底寬230 cm。扶壁與樁基礎通過承臺相連接。原有Y型橋墩后擋土墻采用I14工字鋼進行支護，工字鋼接兩側新建擋土墻扶壁內，支護位置為原擋土墻面板接縫處，間距50 cm，以確保每塊面板進行支護，工字鋼與擋土墻扶壁內鋼筋焊接固定。為保證水平鉆孔與道路中心線的垂直且沿道路縱向鉆孔間距一致，老機場路瓦盆窯側的新建擋土墻沿道路縱向，其上行測長度為18 m、下行測長度為4 m，即從K41+919.5處開始采用對拉錨索加固方案。

(2)K41+981.6分離立交橋秦家側(機場路秦家側)

橋臺采用加筋土擋土墻形式，筋帶從橋臺處面板預留孔中穿過，折回另一端對齊，筋帶沿橋臺擋土墻四周成扇形輻射狀鋪設在同一水平內，避免相互重疊。秦家側的橋臺新建擋土墻立壁厚度40 cm，橋臺前側局部立壁高度5.8 cm，由于受原有橋梁蓋梁高度的限制，新建擋土墻立壁高度為5 m。橋臺側面新建擋土墻立壁高度至原擋土墻混凝土現(xiàn)澆段頂面，擋土墻平均高度為8.74 m,該處橋臺鋼筋混凝土扶壁高度均為6 m、扶壁厚度60 cm、頂寬50 cm、底寬230 cm。為保證水平鉆孔與道路中心線的垂直且沿道路縱向鉆孔間距一致，老機場路瓦盆窯側的新建擋土墻沿道路縱向，其上行測長度為4 m、下行測長度為18 m。

擋土墻擠壓橋臺處理方案：

①依次挖除原路面瀝青混凝土、鑿除原橋臺處搭板及原擋土墻頂部現(xiàn)澆混凝土段部分、挖除路面底基層，開挖深度至原擋土墻現(xiàn)澆段底面約150 cm處，從蓋梁背墻處沿道路縱向開挖8 cm。重新澆筑路基外圍擋土墻。開挖時注意適當放坡以防止挖除部分的路基土坍塌。

②在道路縱向距離橋臺6.45 m處設鋼筋混凝土錨板，錨板通過φ28鋼筋分別與道路縱向、橫向重新澆筑的路基外圍擋土墻連接，通過錨板與土體的摩擦力起到防止重新澆筑的路基外圍擋土墻的外傾變形。

③為減輕回填材料重力對現(xiàn)狀擋土墻的影響，采用泡沫輕質混凝土回填至搭板下40 cm，現(xiàn)澆40 cm混凝土后重新澆筑搭板，鋪筑8 cm瀝青混凝土面層。8 cm瀝青混凝土采用4 cm AC-13改性瀝青混凝土+40 cm AC-16改性瀝青混凝土，層間撒鋪改性乳化瀝青粘層油。

(3)K43+641.38分離立交橋瓦盆窯側(機場高速瓦盆窯)

橋臺采用加筋土擋土墻形式，筋帶從橋臺處面板預留孔中穿過，折回另一端對齊，筋帶沿橋臺擋土墻四周成扇形輻射狀鋪設在同一水平面內，避免相互重疊。瓦盆窯側橋臺新建擋土墻立壁厚度40 cm，橋臺前側局部立壁高度6.8 m，由于受原有橋梁蓋梁高度限制，新建擋土墻立壁與扶壁高度均為6 m；扶壁厚度40 cm、頂寬50 cm、底寬230 cm。橋臺側面新建擋土墻高度至原擋土墻混凝土現(xiàn)澆段頂面，擋土墻平均高度為10.05 m,橋臺側面鋼筋混凝土扶壁高度取8 m、立壁厚度60 cm、頂寬50 cm、底寬290 cm。原有橋墩后擋土墻采用I14工字鋼進行支護，工字鋼接兩側新建擋土墻扶壁內，支護位置為原擋土墻面板接縫處，間距50 cm，以確保每塊面板進行水平支護，工字鋼與擋土墻扶壁內鋼筋焊接固定。為保證水平鉆孔與道路中心線的垂直且沿道路縱向鉆孔間距一致，老機場路瓦盆窯側的新建擋土墻沿道路縱向，其上行測長度為9 m、下行測長度為4 m。

(4)哈伊互通AK0+299.59(哈伊公路側)、AK0+299.59(秦家側)

橋臺采用加筋土擋土墻形式，筋帶從橋臺處面板預留孔中穿過，折回另一端對齊，筋帶沿橋臺擋土墻四周鋪設在同一水平面內，避免相互重疊。其兩側橋臺新建擋土墻立壁厚度40 cm，橋臺前側新建擋土墻局部立壁高度采用9.3 m，鋼筋混凝土扶壁高度8 m，立壁厚度60 cm、頂寬50 cm、底寬290 cm；橋臺側面新建擋土墻立壁高度至原擋土墻混凝土現(xiàn)澆段頂面，擋土墻平均高度為10.8 m，橋臺側面鋼筋混凝土扶壁高度取8 m、立壁厚度60 cm、頂寬50 cm、底寬290 cm。原有柱式橋墩后擋土墻采用I14工字鋼進行水平支護，支護位置為原擋土墻面板接縫處，間距50 cm，確保對每塊面板進行支護，工字鋼與擋土墻扶壁內鋼筋進行焊接固定。哈伊公路側、秦家側的上行、下行側的新建擋土墻沿道路縱向長度均為4 m。扶壁與鉆孔樁通過承臺相連接。

3.3 路面處理措施

對出現(xiàn)縱向裂縫處的路面面層進行改性熱瀝青灌縫處理，防止路面水繼續(xù)下滲。路面維修處理結合養(yǎng)護項目同步實施。

4 結 論

目前加筋土擋土墻的加固方案研究工作基本完成，通過收集資料，對加筋土擋土墻的病害問題及病害原因進行了深入的研究及探討。

在施工前，通過一系列的理論研究，制定了詳細的施工方案，對施工工藝進行了仔細研究。在施工過程中，定期進行測量、記錄，對監(jiān)測數(shù)據進行分析整理。經過對比分析，確定采用對拉錨索的方式進行路基擋土墻的加固，并采用鋼絞線代替Φ32螺紋鋼筋。橋臺加固采用樁基扶壁式擋土墻方式進行加固，墻面進行噴錨等一系列加固方案。從而達到加固加筋土擋土墻的目的，實現(xiàn)安全通車。

[1] 顧磊.淺談加筋土擋土墻的設計與施工.科技交流，2011，(2):5-9.

[2] 公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG D62-2004)[S].

[4] 公路橋涵施工技術規(guī)范(JTG041-2000)[S].

U417.1

B

1008-3383(2017)08-0003-02

2016-11-02

姜斌(1985-)，男，助理工程師，研究方向：橋梁工程。