加筋土擋墻路堤病害及處治分析

劉光彬　羅安民　韓琳琳

摘要：文章以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害為例，分析了該加筋土擋墻病害的成因機理，提出采用“臨時支擋防護+錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻”的組合形式對其進行應急處治，并采用GEO5軟件進一步驗證了處治方案的合理合規和安全可靠性，為今后同類型加筋土擋墻應急處治工程提供借鑒經驗。

關鍵詞：加筋土擋墻；病害成因；處治設計；穩定性驗算

0引言

加筋土擋墻作為一種新型柔性支擋結構，因其占地少、經濟合理、科學可靠的優點在高速公路路堤填筑中得到廣泛應用［1］。但隨著高速公路運營期間車流量激增、震動荷載增加以及在役使用時間增長，越來越多的加筋土擋墻結構發生局部坍塌，嚴重影響高速公路的運營安全［2-3］。

本文以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害為例，結合項目工程概況，提出了行之有效的應急處治措施，并采用GEO5對其進行穩定性分析，為高速公路同類型病害的處治提供可借鑒的經驗。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

岑興高速公路已通車運營近10年，已通過竣工驗收。該加筋土擋墻路堤段屬剝蝕緩丘-谷地地貌，場地內地層主要由第四系人工堆積層、第四系殘坡積層、華力西期強風化及中風化花崗巖地層組成。病害路段未見區域性斷裂構造或軟弱破碎帶存在，地質構造發育程度較弱，區域地質較穩定。

1.2 路基病害情況

原設計K389+750～K389+950段為垂直加筋土擋墻支擋式路堤，加筋土擋墻高度為7～11 m，加筋土擋板座落于M10漿砌片石梯形重力式基礎之上，基礎頂寬1.3 m，底寬3.2～4.1 m，梯形肋邊坡比為1∶0.3，高度為2.5～4.0 m，基礎底部為0.4 m高的矩形基座。加筋土填筑層和基底層回填材料為花崗巖風化黏土質中粗砂，雖具備一定的強度，但其內摩擦角尚未達到30°，且局部地段填料成分不均勻。

在高速公路運營過程中，K389+790～K389+800段加筋土擋墻出現擋板脫落，擋板背部張拉筋帶完全斷裂，處于下垂松馳狀態，擋板脫落地段兩側伸縮縫在行車動載工況條件下存在填土輕微流失現象。其他段暫時未發育縱向裂縫，但每間隔5～10m，發育貫穿1號行車道、2號行車道或者同時貫穿1、2號行車道的橫向裂縫。

2 病害成因機理及穩定性分析

2.1 病害成因機理分析

病害路段為左填右挖和全斷面填方加筋土擋墻路段，擋板脫落，擋板背部張拉筋帶完全斷裂，處于下垂松馳狀態；但未出現路基整體滑移失穩破壞，在擋板脫落數日內仍可維持整體穩定，說明病害路段路基整體穩定性較好。根據現場調查，推測病害的成因機理如下。

2.1.1 地質疊加氣象水文因素

根據現場地質條件調查，脫落段擋墻基底存在換填材料不均勻、換填范圍不足的問題。病害段在進行修筑前，存在一條寬約5 m的水渠，修建高速公路時，對水渠進行了換填，但原水渠水依然滲入擋板漿砌片石基底土層，在地下水滲流作用和浸泡軟化作用下導致基底土層抗壓縮性質變差，承載力不能滿足或維持設計要求，使M10漿砌片石擋墻基礎出現不均勻沉降，進而導致基礎上的擋板支座產生傾斜，擋板懸空。

2.1.2 施工因素

部分左填右挖地段在填筑前未按臺階開挖，筋帶長度不足，同時部分筋帶在建設期受施工影響，局部存在損傷，導致筋材抗拉強度降低。經現場取樣試驗分析，筋帶破斷拉力由設計時的9 kN，降低到約6 kN，極限抗拉強度由150 MPa降至約110 MPa，造成拉力不足的情況。同時，路基填料未能達到設計時要求的30°內摩擦角，導致墻后主動土壓力過大。

在多重因素長期相互作用下，筋帶受力過載導致斷裂，支座之上的擋板自下而上發生多米諾骨牌式的脫落破壞。因此，擋板脫落后，斷裂筋帶端部才會呈現出沒有殘余強度的完全松馳的自然下垂狀態。

2.2 現狀穩定性分析

結合勘察數據及原設計資料，利用GEO5巖土分析計算軟件對現狀條件下加筋土路堤穩定性情況進行綜合分析，計算結果見表1。

表1計算結果表明：筋材抗拉、擋墻整體穩定性及路堤整體穩定性不滿足規范要求，安全儲備不足，需要進行支擋防護。

3 處治設計

3.1 病害危險等級分區

綜合場地工程地質水文地質條件、病害路段破壞現狀、病害路段建設情況，對病害路段進行危險性分區，旨在針對不同等級的危險性，設計不同形式的防護結構，具體分區情況見表2。

3.2 處治方案

3.2.1 臨時支擋防護方案

針對K389+790～K389+800段加筋土路堤面板已經完全坍塌脫落的情況，前期設計了腳手架框架堆填反壓支撐結構進行應急處治，處治施工時需拆除應急支擋結構。經研究，擬對垮塌區采用逆作法掛網噴射混凝土護面方案作為施工期臨時支擋方案。施工時優先拆除上部混凝土防撞欄及冠梁，按1 m×1 m間距布設錨釘，錨釘主筋為C20鋼筋，長3 m，入射角為15°，孔徑≥75 mm，孔內充填M30水泥漿。表面布設一層A6鋼筋網，鋼筋間距為25 cm，噴射混凝土厚度≥15 cm，強度≥C20。施工時應逐級防護逐級拆除應急反壓體，每級拆除高度≤1.5 m，并且在上一級噴射混凝土達到初凝強度后方可進行下一級反壓體拆除施工。

3.2.2 錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案

在K389+760～K389+810病害段采用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案進行支擋加固。下部設置連續混凝土基座地梁，地梁高1.8 m，寬2.5 m，基底設置3排錨筋樁。錨筋樁距加筋土擋板0.5 m，排間距為0.8 m，沿高速路縱向間距為0.8 m。錨筋束由4根C32鋼筋+1根48×3.5 mm無縫鋼管構成，樁長15 m，埋入基礎以下13.5 m，出露1.5 m，48×3.5 mm鋼管出露0.25 m。基底硬化后，錨筋樁孔鉆入深度為13.6 m，錨孔直徑≥200 mm。

鋼筋混凝土肋墻斷面設置為梯形，頂寬1.0 m，面坡坡比為1∶0.2，下部與混凝土基座相連，鋼筋與錨筋樁出土段搭接，鋼筋混凝土肋墻平行公路方向厚度為1.0 m。每根肋柱自基座底向上2.6 m起設置3排錨桿，錨桿縱向間距為3.0 m，錨桿長度L=12 m，主筋為C32鋼筋單筋，入射角度為15°，錨孔直徑≥150 mm。平行高速公路方向，Ⅳ區肋墻中心間距為2.0 m，肋墻邊緣間距為1.0 m；Ⅲ區肋墻中心間距為3.0 m，肋墻邊緣間距為2.0 m。設置鋼筋混凝土現澆擋板，擋板厚度為0.3 m。肋墻、擋板、基座地梁混凝土強度等級均為C30。墻面中心線設置2排深層泄水孔，排間距為3.0 m，深層泄水孔長度L=12 m，坡度為5%，直徑為114 mm，泄水結構由110 mmPVC管螺旋開孔后，內置YB100纏繞型塑料盲溝構成。

3.3 穩定性驗算

3.3.1 臨時支擋穩定性驗算

利用GEO5巖土計算軟件對K389+790～K389+800段已垮塌段加筋土擋墻臨時支護方案進行整體穩定性分析驗算，計算模型見圖1，計算結果見下頁表3。整體穩定性計算結果表明，垮塌區在進行錨釘掛網噴射混凝土臨時支護后能滿足規范［4］要求。

3.3.2 整體穩定性驗算

針對病害段K389+760～K389+810在暴雨工況下的整體穩定性，利用GEO5軟件的土質邊坡穩定性分析模塊進行分析，計算模型和計算結果見表4和圖2。

表4的計算結果顯示，Ⅲ級危險區在使用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案后的最不利滑動面穩定性系數為1.63，Ⅳ級危險區在使用錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻方案后的最不利滑動面穩定性系數為1.45。圖2的整體穩定性計算結果表明，使用錨筋樁承式鋼筋混凝土肋墻支護方案處治相應最危險等級區域后邊坡在非正常工況下能達到規范［4-5］要求的1.25的安全系數，且大于正常工況要求的1.35的安全系數。

3.3.3 永久支擋結構內力配筋驗算

對危險區就支擋方案進行構造驗算，根據內力計算結果，在Ⅳ級危險區進行加固時，需施加3排12 m長的土層錨桿；在Ⅲ級危險區進行加固時需設置3道30 m長的錨索（見表5）。驗算結果表明：支擋方案的內部配筋和整體構造驗算滿足規范［6］要求。

4 結語

本文以岑興高速公路某加筋土擋墻路堤病害處治工程為例，在研究項目工程概況的基礎上，對病害的成因機理和現狀穩定性進行了分析，結合病害現狀提出了應急處治設計，并對設計方案的穩定性進行了驗算，得出以下3點結論：

（1）該病害是在地質因素、氣象水文因素及施工因素等多重因素長期作用下形成的，擋板脫落及背部張拉筋斷裂已嚴重威脅到高速公路的安全通行，必須采取應急處治措施。

（2）根據病害情況及成因分析，對病害危險等級進行分區，采取臨時支擋防護和錨筋樁承式錨固鋼筋混凝土肋墻永久支擋防護方案對病害進行綜合處治。

（3）采用GEO5軟件對臨時支擋、永久支擋方案的穩定性和結構內力進行計算，計算結果均滿足規范要求，設計方案經濟適用、安全可靠。

參考文獻：

［1］劉樹林，王 偉，劉軍輝.某加筋土擋墻路基病害成因及變形機理分析［J］.路基工程，2022（6）：208-213.

［2］陳 全，彭春祿，馬偉釗，等.廣西某加筋土擋墻病害成因分析及處治措施［J］.西部交通科技，2020（10）：65-68.

［3］于天來，鄭彬雙，李海生，等.鋼塑復合筋帶擋土墻病害及成因［J］.吉林大學學報（工學版），2017，47（4），1 082-1 093.

［4］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設計規范［S］.

［5］JTG D30-2015，公路路基設計規范［S］.

［6］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.

作者簡介：劉光彬（1982—），碩士，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、設計、監測工作。