樁板墻在既有加筋土擋土墻修復(fù)及加固中的應(yīng)用

凌忠誠

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州730030）

20世紀(jì)60年代法國工程師HENRIV首次提出了加筋土的概念，并于1965在法國成功修建了第一座加筋土擋土墻，20世紀(jì)70年代末，中國開始引入加筋土技術(shù)。加筋土擋土墻由填土、筋帶、面板3部分組成，具有收坡效果好、對地基承載力要求低、自重輕、工程造價低等特點，因此，在中國土木工程相關(guān)行業(yè)備受青睞。據(jù)統(tǒng)計，中國加筋土擋土墻主要用于公路行業(yè)，最大擋土墻高度高達(dá)33 m，位于重慶長江濱江路，尤其是在20世紀(jì)90年代以后[1]，加筋土擋土墻在中國得到了廣泛的應(yīng)用。然而，受限于中國筋材生產(chǎn)工藝和加筋土擋土墻施工工藝，筋帶的耐久性以及筋帶與面板之間的連接存在相對較差的問題，此外，當(dāng)時對加筋土的理論研究還不夠完善，部分加筋土擋土墻在使用過程中陸續(xù)開始發(fā)生面板脫落、鼓包、筋帶老化等病害，直接威脅公路的正常運營，因此，針對已發(fā)生病害的加筋土擋土墻，通過病害原因分析和加筋土路基穩(wěn)定性分析，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的修復(fù)加固措施是十分有必要的。通過G312線鳳翔路口（陜甘界）至平?jīng)鰱|（曹村灣）段公路改建工程K1703+165—K1703+237段左側(cè)既有加筋土擋土墻面板修復(fù)的工程案例，為類似工程提供參考。

1 工程概況

G312線起點始于上海，終點止于新疆霍爾果斯口岸，由東向西，全線長4 967 km，其中甘肅省境內(nèi)路線長1 536 km，包含平?jīng)鍪芯硟?nèi)鳳翔路口至平?jīng)鰱|段，該段公路等級為雙向二車道二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度為12 m。G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段于2000年建成通車，截至2020年，已運營近20年。在K1703+165—K1703+237段路基左側(cè)設(shè)置加筋土擋土墻，該加筋土擋土墻位于高填路基左側(cè)（下山側(cè)），路基右側(cè)填平處理，墻長72 m，最大墻高13.5 m，路基填料為黃土，淺黃色，潮濕，中密狀，土質(zhì)均勻，局部含礫石；原基底為離石黃土，淺黃色，淡紅色，潮濕，中密，土質(zhì)不均，以粉細(xì)粒為主，粘粒含量高，具有小孔隙，可見少量鈣質(zhì)結(jié)核塊體。當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅繛?14.5 mm，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。2019-09，該段加筋土擋土墻筋帶斷裂，面板脫落、鼓包，墻后土體剝落，未發(fā)生邊坡整體失穩(wěn)、路面塌陷等病害，但是墻后土體如果持續(xù)剝落，將危及公路路基邊坡穩(wěn)定，對公路正常運營造成較大的安全隱患。

2 加筋土擋土墻病害的原因

加筋土擋土墻面板脫落、鼓包的原因為[2]：①筋帶與面板結(jié)合部位長期受空氣和反濾層排水的共同作用，造成筋帶不斷腐蝕老化，耐久性和抗拉強(qiáng)度降低；②局部路面雨下滲，造成墻后土體濕重度增大，內(nèi)摩擦角減小，從而導(dǎo)致土壓力增大以及筋帶與填土間的摩擦力減小；③重載車輛較多，通車時間長，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，直接導(dǎo)致墻后土壓力增大，面板與筋帶之間的拉力變大；④加筋土擋土墻面板為單個構(gòu)件，相互之間的連接較薄弱，單點受力不同，容易出現(xiàn)局部變形。

3 受力分析

加筋土擋土墻是利用筋帶與填土摩擦力，形成強(qiáng)度較高的復(fù)合體墻身，從而抵抗墻后土體產(chǎn)生的側(cè)向土壓力。目前對于加筋土作用機(jī)理有2種觀點：第一種觀點是摩擦加筋原理[3]，該觀點認(rèn)為土壓力直接作用于面板上，面板通過筋帶將土壓力傳遞至穩(wěn)定填土中；第二種觀點是準(zhǔn)黏聚力原理[3]，該觀點認(rèn)為土中加入筋帶后形成復(fù)合土體，其摩擦角不變，但是產(chǎn)生了新的黏聚力，也稱準(zhǔn)黏聚力或似黏聚力，準(zhǔn)黏聚力有效改善了加筋土的等效內(nèi)摩擦角，從而提高填土邊坡穩(wěn)定性。

G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段位于黃土高原區(qū)，路基填料以黃土為主，在車輛荷載多年的持續(xù)作用下，該段路基已經(jīng)碾壓密實，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》關(guān)于路基填料綜合內(nèi)摩擦角的經(jīng)驗值，綜合內(nèi)摩擦角取35°，重度取18 kN/m3，路堤穩(wěn)定性分析采用簡化Bishop法進(jìn)行計算。

式（1）（2）中：Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù)；ci、φi為第i個土條滑弧所在土層的黏聚力和內(nèi)摩擦角；bi為第i個土條寬度，m；Wi為第i個土條重力，kN；Qi為第i個土條垂直方向外力，kN；αi為第i個土條底滑面的傾角，°。

根據(jù)上述路基穩(wěn)定分析方法，利用理正巖土6.5進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算，采用極限平衡Bishop法，潛在破裂面按照圓弧破壞模型作為邊坡穩(wěn)定性計算的依據(jù)，結(jié)合準(zhǔn)黏聚力原理，分別計算不同綜合內(nèi)摩擦角下路基的穩(wěn)定性，分析結(jié)果如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

通過上述邊坡穩(wěn)定分析，當(dāng)路基填土綜合內(nèi)摩擦角小于42°時，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到44°時，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到46°以上時，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足規(guī)范要求。

2020-07-01—2020-08-15，施工單位對該段加筋土擋土墻進(jìn)行了沉降位移觀測。共布設(shè)了4組位移計和沉降觀測計C1、C2、C3、C4，分別在加筋土擋土墻的頂部布設(shè)了2處，在中部和中下部各布設(shè)了1處，經(jīng)過45 d的監(jiān)測，共采集了10組數(shù)據(jù)，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。不同部位高程點監(jiān)測曲線如圖1所示。

表2 高程監(jiān)測結(jié)果（單位：m）

圖1 不同部位高程點監(jiān)測曲線

監(jiān)測結(jié)果顯示：C1監(jiān)測點高程介于1 113.382～1113.386m，C2監(jiān)測點高程介于1113.730～1 113.733m，C3監(jiān)測點高程介于1 107.545～1 107.549 m，C4監(jiān)測點高程介于1 100.278～1 100.282 m。根據(jù)位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，C1監(jiān)測點累計位移為1 mm，C2監(jiān)測點累計位移為3 mm，C3監(jiān)測點累計位移為3 mm，C4監(jiān)測點累計位移為1 mm。表明路基未發(fā)生沉降變形和位移變形，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

黃土為細(xì)粒土，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》，細(xì)粒土的綜合內(nèi)摩擦角經(jīng)驗值為35°～40°，因此，結(jié)合邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果以及路基沉降及位移監(jiān)測結(jié)果，表明在筋帶的作用下，黃土的綜合內(nèi)摩擦角得到了有效提高。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，路基填料為黃土，該段加筋土擋土墻僅發(fā)生局部面板脫落、鼓包等病害，上部路面完好，未發(fā)生路面沉降、擋土墻整體破壞等病害，且G312線已經(jīng)運營近20年，該段擋土墻沒發(fā)生整體垮塌等，在面板已經(jīng)脫落的加筋土擋土墻已經(jīng)與摩擦加筋原理不符，表明該加筋土作用機(jī)理與準(zhǔn)黏聚力原理更為吻合，因此，可判斷該段擋土墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是面板脫落、鼓包會導(dǎo)致路基邊坡不斷剝落，影響路基邊坡穩(wěn)定，從而威脅公路安全運營。

4 加筋土擋土墻修復(fù)加固方案

該段既有加筋土擋土墻位于V形沖溝內(nèi)，溝底縱坡較陡，現(xiàn)加筋土擋土墻坡腳外側(cè)約8 m范圍內(nèi)，橫坡相對較緩，經(jīng)現(xiàn)場鉆探查明，加筋土填土為黃土，原溝底地質(zhì)為離石黃土。結(jié)合現(xiàn)場既有擋土墻的地形地質(zhì)條件，提出以下方案進(jìn)行比選。

俯斜式擋土墻方案：施工方便、工期短，對既有加筋土筋帶無干擾，但是由于擋土墻高度高達(dá)15 m，自重較大，對地基承載力要求較高，工程造價高，存在一定的安全風(fēng)險，此外，需要補(bǔ)充征地，征地實施較為困難。

錨桿框格梁方案[4]：結(jié)構(gòu)自重輕，工程造價低，可避免新增占地，但是錨桿施工可能會破壞既有筋帶，從而改變加筋土受力機(jī)理，存在較大的安全風(fēng)險，且黃土錨桿效果較差。

樁板墻方案：傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)，受力效果好，可為既有加筋土擋土墻提供較大的橫向支撐力，同時不會對既有加筋土筋帶產(chǎn)生不良影響，但是因現(xiàn)場為V形溝，既有邊坡底無施工場地，只能在G312線公路上施工，施工難度相對較大。

綜合結(jié)構(gòu)安全性、可實施性、工程造價等因素，最終確定采用樁板墻修復(fù)方案。具體方案如下：拆除脫落、懸空的面板，墻后剝落處采用C20混凝土填充修補(bǔ)，樁板墻錨固樁采用C30鋼筋混凝土澆筑，樁徑1.5 m，樁間距5.0 m，樁長28.0 m，其中懸臂端長10.5 m，錨固端長17.5 m，樁后掛設(shè)50 cm厚擋土板。

施工順序如下：完善防排水→坡面變形監(jiān)測點布設(shè)→掛主動防護(hù)網(wǎng)→拆除脫落面板→樁板墻及擋土墻懸空處澆筑施工→交安設(shè)施。

施工過程中應(yīng)注意以下事項：①施工過程中加強(qiáng)對既有加筋土擋土墻變形的監(jiān)測，嚴(yán)格監(jiān)測加筋土擋土墻面板變形情況，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，確保施工安全；②樁基施工時，應(yīng)確保與既有加筋土擋土墻之間有足夠的安全距離，盡量減輕對既有加筋土擋土墻的擾動，防止路基失穩(wěn)；③加筋土擋土墻預(yù)加固施工期間，施工車輛應(yīng)繞避通行，盡量減小車輛荷載等作用對路基穩(wěn)定和樁板墻施工的安全影響；④優(yōu)先選擇晴天施工，如雨天必須施工，則應(yīng)在確保安全的前提下進(jìn)行；⑤堅持快速施工的原則，達(dá)到及早穩(wěn)固邊坡的目的。

5 結(jié)語

通過本工程案例，樁板墻修復(fù)加筋土擋土墻面板的處治效果較好；加筋土擋土墻通過提高路基填料的綜合內(nèi)摩擦角，從而增加了路基的穩(wěn)定性；通過對路基邊坡的沉降和位移監(jiān)測，表明加筋土擋土墻面板脫落后，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；加筋土擋土墻作用機(jī)理偏向于準(zhǔn)黏聚力原理；對于符合準(zhǔn)黏聚力原理的加筋土擋土墻，面板修復(fù)方案選擇時，建議盡量不要破壞既有筋帶。