云南水麻高速公路路基樁板墻病害分析

溫樹林

(云南云嶺高速公路工程咨詢有限公司，云南 昆明 650200)

云南水麻高速公路路基樁板墻病害分析

溫樹林

(云南云嶺高速公路工程咨詢有限公司，云南 昆明 650200)

針對云南水麻高速公路豆沙關立交匝道路基樁板墻的變形破壞特征，從變形過程、地質條件、力學計算等方面進行了分析。結果表明，樁板墻偏壓大、樁前部土體抗力不夠、錨固段過短且下部存在傾向臨空的結構面(層面)，并在降雨作用下降低了土體的強度和承載力，同時增加了土壓力，當土壓力大于樁抗滑力時，引起樁板墻的整體破壞。采用在現有樁上設錨索，擋墻外增設樁的加固方案，加固效果良好。

錨索樁板墻 安全系數 病害原因

1 工程概況

1.1 工程地質條件

云南水麻高速公路豆沙關立交緊鄰豆沙鎮，處于關河支流左(北)岸斜坡上，與關河距離＞100 m。斜坡總體向南東傾斜，坡度一般20°～40°，總體坡度約25°，坡面橫向高低起伏，縱向較平順，坡面基本無植被，已被辟為旱地，坡腳為原213國道，兩側建有民房。

工點位于云貴高原與四川涼山接壤地帶，山高谷深，河流切割強烈，地形破碎。工點處地表覆蓋第四系土體，第四系土體可分為人工填土、滑坡堆積層及殘坡積層;下伏志留系羅惹坪組二段灰色泥灰巖，巖層傾向140°～160°，與坡向相同;傾角 21°～31°，與自然斜坡角度基本一致，總體而言上陡下緩。

場地內地表水主要為關河河水，流量及水位受降雨影響較大，侵蝕強烈，對坡體穩定性無影響。地下水主要為碎屑巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶水，水量貧乏，主要靠降雨入滲補給，徑流自北向南，水力坡度大，于河邊排泄。地下水具有就近補給、就地排泄的特點。

1.2 設計概況

豆沙關立交區 A匝道位于主線南側，AK0+060.0—AK0+275.5路段為填方路基。路基設計標高550.66～545.48 m，設計填方總高 5.68～16.64 m。右側路堤設置A型和N型抗滑樁，樁間設擋土板。A型樁板墻斷面尺寸為1.5 m×2.5 m，分布于滑坡周界外側，樁間距為6.5 m，樁身為 C25混凝土，擋土板為C20混凝土，其中A8～A19樁設1～3排預應力錨索，傾角為15°，每排錨索采用1×6φ15.2鋼絞線。N型抗滑樁斷面尺寸為2.0 m×3.0 m，分布于滑坡周界內側，樁間距為 5.0 m，樁身為 C30混凝土，擋土板為C25混凝土，樁身設5排預應力錨索，傾角為15°，每排錨索采用2×7φ15.2鋼絞線。

樁頂至路基右側設置一級邊坡，坡比1∶1.5，邊坡高8 m，路基位于第四系殘坡積層上部，屬穩定古滑坡體。

2 病害發展情況

錨索樁板墻于2005年12月底按設計填土至樁頂高程，距設計路基標高尚差8 m。2006年6月底連續降雨，7月7日發現樁板墻下邊坡坡腳，即原213國道右側擋墻開裂變形、外傾，地面隆起。經施工觀測，樁發生側移、下沉、外傾。

自2006年5月4日到6月20日，樁最大位移達8 cm，6月下旬連續降雨后，變形加劇，10#～24#樁繼續側移、沉降，下沉量1～26 mm，側移量53～438 mm，方向156°～172°。其中17#樁側移最大，達438 mm。13#～22#樁身距地表0.5～1.5 m深處，樁身四周出現寬0.1～0.5 mm的細裂縫，裂縫與地表基本平行，已貫通，表明樁已破壞。樁身與板分離約1～5 mm，10#～23#樁樁后1～2 m范圍內明顯開裂、下沉，沉降量2～35 cm，局部形成高2～30 cm的錯坎。原213國道右擋墻局部伸縮縫錯位0.5～4.0 cm，拉裂 1.0～5.0 cm，相對下沉1.0～2.0 cm，公路右側加油站及民房墻體開裂、傾斜并下沉，地面隆起5～15 cm。

2006年11月23日凌晨，該處約30 m范圍內樁板墻發生破壞，5根樁傾倒折斷，兩側樁發生變形。

根據上述樁板墻變形特征及地表變形特征，判斷213國道右側坡腳為剪出口，滑動方向168°，變形范圍長約70 m，寬約100 m，面積約7 000 m2，推測滑體厚5～19 m。

3 邊坡安全系數計算分析

按自然狀態和暴雨狀態兩種工況進行分析。以AK0+170作為計算斷面，見圖1。

圖1 計算斷面

1)自然狀態下，填土重度γ=19 kN/m3，黏聚力c=15.0 kN，安全系數K按處于極限平衡狀態考慮，即K=1.0，根據泥灰巖產狀和附近自然邊坡穩定坡率，推測主滑面的傾角為25°，地震系數按0.1考慮。不平衡推力法公式如下

式中:Exi，Exi－1分別為土條 i、土條i－1 的剩余下滑力;ψi為傳遞系數，ψi=cos(αi－1－ αi)－ sin(αi－1－ αi)×tanφi;Wi為土條 i的重力;αi，αi－1分別為土條 i，土條i－1的底面與水平面的夾角;ci，φi分別為土條i底面土的黏聚力和內摩擦角;li為土條i沿滑動面的長度;K為滑坡推力安全系數;Kh為水平向地震系數，取0.2。

根據式(1)，通過反算求得內摩擦角φ=20.6°。

2)暴雨狀態下，土體飽水，c，φ參數降低，取 γ=21 kN/m3，c=10.0 kN，φ =15°，水平向地震系數按0.1考慮，則可求得安全系數K=0.75，故邊坡在飽水狀態會發生整體破壞。

4 病害原因分析

由病害發展過程和邊坡穩定性計算分析可知，該樁板墻變形的主要原因為:

1)該段路堤橫坡陡，填方高度較大，最大達16.64 m，導致偏壓過高。

2)該段路堤表層為填土，主要由碎石、角礫、粉質黏土組成，石質為強風化泥灰巖，遇水易軟化，易形成軟弱結構面。下覆基巖主要為泥灰巖，中厚層～厚層狀，局部薄層狀，單層一般厚20～50 cm，最厚150 cm，以弱風化為主，巖石呈塊狀，巖體呈碎裂結構，節理裂隙發育。因此，路段內巖土體強度低，差異大，承載能力差，導致樁板墻前部土體抗力不夠。

3)根據勘探資料和原設計資料，該段樁板墻懸臂段長14.75～21.44 m，樁端入巖約2.63～6.01 m，錨固段長度多數＜6.0 m，錨固段過短。

4)泥灰巖節理裂隙發育，結構面傾向與坡向斜交或平行，有的傾向臨空。節理面高低起伏，一般張開0.5～20.0 mm，局部張開40 mm，黃色泥質呈可塑 ～軟塑狀充填，單條延伸長度大于3～10 m。巖層傾向140°～160°，與坡向相同;傾角 21°～31°，與自然斜坡角基本一致，總體上陡下緩。土體易沿巖石頂面滑動。

5)填料具有滲水后易軟化的特點，隨地下水的快速升降而流失，易引起路基填土濕陷脫空。

5 結語

綜上所述，由于樁板墻偏壓大、樁前部土體抗力不夠、錨固段過短且下部存在傾向臨空的結構面(層面)，降雨期間，地表水和地下水的下滲軟化了樁端下部土體，降低了土體的強度和承載力，同時增加了土壓力，當土壓力大于樁抗滑力時，引起樁板墻的整體破壞。

設計單位根據變形跡象，通過調查和計算分析，重新設計了錨索樁板墻的加固方案。

原設計的錨索存在錨固深度和數量不足的問題。錨索雖沒有被拉斷，但其錨固段已松動，所承受的錨固力已大大減小。因此，填土的土壓力向樁上轉移，從而導致樁頭傾斜，路面開裂、變形等病害。變形后雖采取了注漿措施，但注漿加固深度不夠，沒有起到預期效果，反而增大了填土對樁的作用力，造成變形加劇。針對病害情況提出了5種加固方案，綜合比較之后選擇了在現有樁上設錨索，擋墻外增設樁的加固方案。經過4年的運營，至今擋墻穩定，實踐證明該方案加固效果良好。

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U417．1+1

B

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2013-04-03;

2013-06-25

交通運輸部西部交通建設科技項目(2009 318 799 073)

溫樹林(1963— )，男，云南昭通人，高級工程師。

(責任審編 李付軍)