雙福高速半填半挖高路堤病害分析及處治研究

摘要 為研究高速公路半填半挖高路堤的具體病害情況及處置舉措，該文基于海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段（K12+900～K21+950）中ZK16+005～ZK16+040段的半填半挖高路堤病害情況展開分析，并為該路段病害的處治，提出針對(duì)性方案。研究結(jié)果表明：在雙福高速半填半挖高路堤“墻裂縫”病害的防治過程中，需重點(diǎn)關(guān)注填方路基加固、擋土墻加固、穩(wěn)定性計(jì)算、坡體排水設(shè)計(jì)等方面，并需做好這幾方面的合理設(shè)計(jì)，這樣才能夠確保該工程病害處治效果。同時(shí)，還需做好處治施工、運(yùn)營(yíng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便為該路段后期穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供支持。綜上可得出結(jié)論：在高速半填半挖高路堤病害處治中，需結(jié)合具體工程地質(zhì)情況、病害實(shí)況做出具體分析，以保證所設(shè)計(jì)處治方案的針對(duì)性、可行性。

關(guān)鍵詞 半填半挖高路堤；擋土墻開裂；預(yù)應(yīng)力錨索

中圖分類號(hào) U491.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0088-03

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展水平的提升，在我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展中，因水文氣候、工程地質(zhì)地形等多種因素導(dǎo)致的路基塌陷、變形、沉陷等病害，一直困擾著相關(guān)建設(shè)單位及工作人員。該文以海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段半填半挖高路堤病害分析為例，基于這一工程病害出現(xiàn)的具體情況及形成原因，提出針對(duì)性處治措施，以期為同類型工程病害的有效防治提供支持。

1 工程概況

海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段，該段路堤主要是主線段分離式路基。單側(cè)路基寬度在12.25 m，最大填方邊坡高度31.2 m，第一級(jí)邊坡坡率1∶1.50；第二級(jí)邊坡坡率1∶1.75，坡面采用拱形骨架防護(hù)。其中（ZK16+005～ZK16+015）段路基左側(cè)設(shè)置仰斜式重力擋土墻，墻背填土高度16 m，擋墻最大高度18.0 m。（ZK16+015～ZK16+040）段路基左側(cè)設(shè)置仰斜式重力擋土墻，墻背填土高度8.0 m，擋墻最大高度17.0 m。ZK16+015處設(shè)置橫向端墻連接兩端擋土墻。墻身材料均采用C20片石混凝土澆筑。其路基類型主要為“半填半挖路基”，其原理見圖1。

ZK16+005～ZK16+040段錨固工程量見表1。

該路段地質(zhì)概況主要表現(xiàn)為：場(chǎng)地地段上覆為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏為侏羅系南園組凝灰熔巖及其風(fēng)化層[1]，根據(jù)探槽揭示，巖土層工程地質(zhì)特征自上而下分述見表2。

2 工程病害情況及成因

2.1 病害情況

ZK16+005～ZK16+015段擋墻裂縫由墻頂向墻底發(fā)展，裂縫走向向小樁號(hào)方向傾斜，發(fā)展至距地表1.0 m處。ZK16+015～ZK16+040段擋墻裂縫由墻頂向墻底發(fā)展，裂縫走向向小樁號(hào)方向傾斜，發(fā)展至距地表2.0 m處，并發(fā)展至ZK16+015處端墻范圍，裂縫小樁號(hào)側(cè)的墻體向外挫動(dòng)約3～6 mm。

2.2 成因分析

地表ZK16+005處為沖溝，根據(jù)裂縫分布情況分析，擋土墻開裂主要受填土推力以及基底下挫影響。受地表匯水影響，地下水滲流量加大，導(dǎo)致填土壓力增加，地基承載力下降，墻身變形應(yīng)力超過材料強(qiáng)度，導(dǎo)致墻身開裂[2]?；谶@種現(xiàn)狀進(jìn)行反演，邊坡反演穩(wěn)定性系數(shù)正常工況為1.05，非正常工況I（暴雨工況）為1.00。填料重度正常工況19.0 kN/m3，暴雨工況21.0 kN/m3。其中，穩(wěn)定參數(shù)反演結(jié)果見表3。在對(duì)該工程的具體情況有充分了解后，需針對(duì)該工程半填半挖高路堤病害做出針對(duì)性處治。

3 雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

3.1 處治方案設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)原則

雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案的設(shè)計(jì)，需遵循以下原則：（1）提高擋土墻（包括橫向端墻）支擋抗力；（2）增強(qiáng)排水設(shè)計(jì)，減小地下水滲透壓力，抑制地下水對(duì)填料及地基土的滲流破壞；（3）增加路堤填料自身抗滑力，避免路堤出現(xiàn)塌方滑坡；（4）加固ZK16+005沖溝處基底強(qiáng)度，抑制擋墻繼續(xù)下挫。

3.1.2 方案比選

根據(jù)路段病害成因，進(jìn)行多種不同處治方案進(jìn)行對(duì)比，以下為常規(guī)半填半挖高路堤病害處治方案：

（1）換土復(fù)填法

原理：對(duì)病害路基土體進(jìn)行挖除，并重新回填。優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，直接針對(duì)病害部位進(jìn)行處理[3]。缺點(diǎn)：工程耗費(fèi)較大，又由于此項(xiàng)目地下水流量大，此加固方法無法從根源上解決問題。

（2）粉噴樁

原理：利用機(jī)械法將粉體固化劑注入土體內(nèi)，固化劑與土體進(jìn)行反應(yīng)，形成一定強(qiáng)度的“樁體”。優(yōu)點(diǎn)：成形樁體質(zhì)量較好，能有效地加強(qiáng)土體承載力。缺點(diǎn)：施工流程復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高。

（3）灌漿法

原理：通過壓力將漿液注入病害路段的土體裂隙或空隙中，漿液凝固后形成新的固結(jié)體，提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)：施工工藝便捷，對(duì)環(huán)境無太大影響，并且施工技術(shù)較為成熟，施工過程可控性強(qiáng)。缺點(diǎn)：該項(xiàng)目水流量較大，注漿效果無法保證。

該項(xiàng)目地下水滲流量大，地基承載力下降，以上常規(guī)方案在加固效果上不太符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。根據(jù)該項(xiàng)目特點(diǎn)，該文提出的加固設(shè)計(jì)方案為“填方路基加固+擋土墻加固”相互結(jié)合，從病害形成根源上進(jìn)行加固，對(duì)整體安全性能有較大改善且有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。

3.1.3 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）填方路基加固：對(duì)填方路堤進(jìn)行加固，在一級(jí)填方坡面設(shè)置錨索框格梁，采用4×15.2 mm預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度46 m，錨固段長(zhǎng)度10.0 m，設(shè)計(jì)抗力450 kN。

（2）擋土墻加固：主要以預(yù)應(yīng)力錨索加固為主。預(yù)應(yīng)力錨索是指通過特殊的材料和施工方法，將鋼繩或鋼筋固定于建筑物或結(jié)構(gòu)物中，起到增強(qiáng)固定作用的一種技術(shù)方法[4]。錨索廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑、水壩、塔式結(jié)構(gòu)物等工程領(lǐng)域。其具體施工工藝流程為：① 鉆孔：通過吊機(jī)，保證地質(zhì)鉆機(jī)在第一排錨索操作平臺(tái)位置就位，并做好鉆機(jī)傾斜角度、鉆孔位置的優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)，在操作平臺(tái)及巖面上用緊固件將其固定[5]。具體鉆孔過程中，需要保持從下到上，伴隨鉆孔進(jìn)度，需及時(shí)為操作人員構(gòu)建好上一層操作平臺(tái)。其中，還需重點(diǎn)關(guān)注的是，錨索孔徑一般是130 mm，在利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中，鉆孔深度必須與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。而如果遭遇因地層松散破碎造成的易坍塌孔，操作人員就需要以跟管鉆進(jìn)的方式來進(jìn)行鉆進(jìn)。當(dāng)然，如果在鉆進(jìn)過程中，遭遇了坍孔的問題，就需要馬上停止鉆進(jìn)，而后操作人員需重新以灌漿固壁，這一操作需控制壓力在0.2 MPa，在其初凝后，可以重新清掃并繼續(xù)鉆進(jìn)。而在鉆孔完成后，需要清孔，采用高壓風(fēng)，以保證孔內(nèi)積水、巖粉的充分清除。② 制作錨索：一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線是制作錨索的關(guān)鍵，需控制標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度在1 860 MPa。在整個(gè)制作的過程中，鋼絞線下料長(zhǎng)度的構(gòu)成，主要包含自由段、錨固段、外露張拉段（1.5 m）等，并且需要以無齒鋸?fù)瓿善淝懈?。而在錨索擴(kuò)張環(huán)、導(dǎo)向尖錐等，需要使用鋼筋（φ8 mm）、鋼管（φ45 mm）完成焊制。在成孔同一時(shí)間，錨索能夠在現(xiàn)場(chǎng)完成編制，其中需對(duì)其張拉段編制、內(nèi)錨固段編制做出區(qū)分，前者以直線形狀為主，后者以波紋形狀為主。而錨索自由段的構(gòu)成，首先需注重強(qiáng)力防腐涂料的涂抹，并用細(xì)鐵絲完成綁扎。隨后需給其套好波紋管，并于其內(nèi)部進(jìn)行黃油加注，并注重封閉，可以利用工程膠布完成。③ 安裝錨索：在正式開展錨索安裝作業(yè)的前期，錨索編號(hào)、孔號(hào)要保持一致性，作業(yè)人員需及時(shí)檢查。而后需展開清孔作業(yè)并安裝錨索。當(dāng)然，在這一環(huán)節(jié)中，還需注意以下幾點(diǎn)：需做好限漿環(huán)、定位止水環(huán)的位置檢測(cè)；在定位止?jié){已經(jīng)達(dá)到送孔口時(shí)，需及時(shí)停止推送，并做好單向閥門、注漿管的安裝作業(yè)；做好排氣管是否暢通及其具體位置的檢查。該工程中，關(guān)于應(yīng)用6 mm×15.2 mm預(yù)應(yīng)力錨索加固擋土墻的具體參數(shù)信息見表4。

此外，為抑制ZK16+005～ZK16+015段擋墻基底下挫，ZK16+005～ZK16+015段擋墻外設(shè)置鋼管樁注漿基礎(chǔ)，注漿深度8.0 m，樁頂設(shè)置冠梁與擋墻間空隙采用混凝土填充密實(shí)。

3.1.4 穩(wěn)定性計(jì)算

在這一設(shè)計(jì)方案的穩(wěn)定性計(jì)算中，需重點(diǎn)關(guān)注以下三點(diǎn)：（1）穩(wěn)定性分析：基于地形條件、路堤建筑形狀，海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的穩(wěn)定性計(jì)算，主要依據(jù)折線形破壞進(jìn)行計(jì)算。其中，穩(wěn)定性破壞示意圖見圖2。（2）錨索框格梁：重點(diǎn)考量預(yù)應(yīng)力衰減情況，錨索對(duì)滑面壓力形成摩擦力按50%計(jì)，鋼管樁基礎(chǔ)僅為地基補(bǔ)強(qiáng)，不參與穩(wěn)定計(jì)算；（3）重力式擋土墻：考慮現(xiàn)有擋土墻已出現(xiàn)裂縫，故按堆砌塊石考慮，重度取24 kN/m3，抗剪強(qiáng)度500 kPa。

隨后，還需進(jìn)行坡體排水設(shè)計(jì)，一級(jí)邊坡、ZK16+005～ ZK16+015段重力擋土墻及ZK16+015 ～ZK16+040段樁板式擋土墻墻面，均應(yīng)設(shè)置傾斜式排水孔，間距需控制5 m、深度需控制在25 m。

3.2 施工順序

在已經(jīng)確定實(shí)施上述方案后，需對(duì)該工程具體處治施工順序，做出更進(jìn)一步的明確，具體見圖3。

3.3 施工監(jiān)測(cè)

在該工程半填半挖高路堤病害處治施工方案的實(shí)際落實(shí)中，除了對(duì)具體參數(shù)及順序的關(guān)注外，整個(gè)施工過程還需關(guān)注到該工程在處治施工及運(yùn)營(yíng)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以ZK16+010段作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷面，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為局部降雨量、邊坡表面位移量、土體深部位移形變量、錨桿錨索應(yīng)力變化量等參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害的安全監(jiān)測(cè)和危險(xiǎn)情況預(yù)警。具體可采用的方式包含：（1）雨量站監(jiān)測(cè)：在坡頂安裝雨量監(jiān)測(cè)站，通過自動(dòng)化雨量桶采集瞬時(shí)雨量和累計(jì)雨量值，對(duì)邊坡局部降雨情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（2）一體化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集站：將現(xiàn)場(chǎng)的錨索應(yīng)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)以及其他類型的傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)值，通過多通道數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)皆贫耍诒O(jiān)控中心直接進(jìn)行記錄和分析，這對(duì)保證該工程半填半挖高路堤病害處治質(zhì)量十分有益，在應(yīng)用后該工程半填半挖高路堤病害發(fā)生率也明顯降低。

4 結(jié)論

綜上所述，雙福高速半填半挖高路堤病害的分析及處治，直接關(guān)系到整個(gè)高速公路的平穩(wěn)、安全運(yùn)行。該文海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A3標(biāo)段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的病害主要為“擋土墻開裂”，針對(duì)這一病害的處治手段為應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索，工程中需做好擋土墻加固、填方路基加固。基于現(xiàn)實(shí)訴求，該文確定預(yù)應(yīng)力錨索的長(zhǎng)度為46 m、設(shè)計(jì)抗力為600 kN，并在確定施工順序后，引入雨量站監(jiān)測(cè)、一體化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集站等手段，為該工程半填半挖高路堤病害處治質(zhì)量提高、發(fā)生率降低等，提供了強(qiáng)而有力的保障。

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