云南水麻高速公路路基桩板墙病害分析

温树林

(云南云岭高速公路工程咨询有限公司，云南 昆明 650200)

云南水麻高速公路路基桩板墙病害分析

温树林

(云南云岭高速公路工程咨询有限公司，云南 昆明 650200)

针对云南水麻高速公路豆沙关立交匝道路基桩板墙的变形破坏特征，从变形过程、地质条件、力学计算等方面进行了分析。结果表明，桩板墙偏压大、桩前部土体抗力不够、锚固段过短且下部存在倾向临空的结构面(层面)，并在降雨作用下降低了土体的强度和承载力，同时增加了土压力，当土压力大于桩抗滑力时，引起桩板墙的整体破坏。采用在现有桩上设锚索，挡墙外增设桩的加固方案，加固效果良好。

锚索桩板墙 安全系数 病害原因

1 工程概况

1.1 工程地质条件

云南水麻高速公路豆沙关立交紧邻豆沙镇，处于关河支流左(北)岸斜坡上，与关河距离＞100 m。斜坡总体向南东倾斜，坡度一般20°～40°，总体坡度约25°，坡面横向高低起伏，纵向较平顺，坡面基本无植被，已被辟为旱地，坡脚为原213国道，两侧建有民房。

工点位于云贵高原与四川凉山接壤地带，山高谷深，河流切割强烈，地形破碎。工点处地表覆盖第四系土体，第四系土体可分为人工填土、滑坡堆积层及残坡积层;下伏志留系罗惹坪组二段灰色泥灰岩，岩层倾向140°～160°，与坡向相同;倾角 21°～31°，与自然斜坡角度基本一致，总体而言上陡下缓。

场地内地表水主要为关河河水，流量及水位受降雨影响较大，侵蚀强烈，对坡体稳定性无影响。地下水主要为碎屑岩裂隙水及碳酸盐岩岩溶水，水量贫乏，主要靠降雨入渗补给，径流自北向南，水力坡度大，于河边排泄。地下水具有就近补给、就地排泄的特点。

1.2 设计概况

豆沙关立交区 A匝道位于主线南侧，AK0+060.0—AK0+275.5路段为填方路基。路基设计标高550.66～545.48 m，设计填方总高 5.68～16.64 m。右侧路堤设置A型和N型抗滑桩，桩间设挡土板。A型桩板墙断面尺寸为1.5 m×2.5 m，分布于滑坡周界外侧，桩间距为6.5 m，桩身为 C25混凝土，挡土板为C20混凝土，其中A8～A19桩设1～3排预应力锚索，倾角为15°，每排锚索采用1×6φ15.2钢绞线。N型抗滑桩断面尺寸为2.0 m×3.0 m，分布于滑坡周界内侧，桩间距为 5.0 m，桩身为 C30混凝土，挡土板为C25混凝土，桩身设5排预应力锚索，倾角为15°，每排锚索采用2×7φ15.2钢绞线。

桩顶至路基右侧设置一级边坡，坡比1∶1.5，边坡高8 m，路基位于第四系残坡积层上部，属稳定古滑坡体。

2 病害发展情况

锚索桩板墙于2005年12月底按设计填土至桩顶高程，距设计路基标高尚差8 m。2006年6月底连续降雨，7月7日发现桩板墙下边坡坡脚，即原213国道右侧挡墙开裂变形、外倾，地面隆起。经施工观测，桩发生侧移、下沉、外倾。

自2006年5月4日到6月20日，桩最大位移达8 cm，6月下旬连续降雨后，变形加剧，10#～24#桩继续侧移、沉降，下沉量1～26 mm，侧移量53～438 mm，方向156°～172°。其中17#桩侧移最大，达438 mm。13#～22#桩身距地表0.5～1.5 m深处，桩身四周出现宽0.1～0.5 mm的细裂缝，裂缝与地表基本平行，已贯通，表明桩已破坏。桩身与板分离约1～5 mm，10#～23#桩桩后1～2 m范围内明显开裂、下沉，沉降量2～35 cm，局部形成高2～30 cm的错坎。原213国道右挡墙局部伸缩缝错位0.5～4.0 cm，拉裂 1.0～5.0 cm，相对下沉1.0～2.0 cm，公路右侧加油站及民房墙体开裂、倾斜并下沉，地面隆起5～15 cm。

2006年11月23日凌晨，该处约30 m范围内桩板墙发生破坏，5根桩倾倒折断，两侧桩发生变形。

根据上述桩板墙变形特征及地表变形特征，判断213国道右侧坡脚为剪出口，滑动方向168°，变形范围长约70 m，宽约100 m，面积约7 000 m2，推测滑体厚5～19 m。

3 边坡安全系数计算分析

按自然状态和暴雨状态两种工况进行分析。以AK0+170作为计算断面，见图1。

图1 计算断面

1)自然状态下，填土重度γ=19 kN/m3，黏聚力c=15.0 kN，安全系数K按处于极限平衡状态考虑，即K=1.0，根据泥灰岩产状和附近自然边坡稳定坡率，推测主滑面的倾角为25°，地震系数按0.1考虑。不平衡推力法公式如下

式中:Exi，Exi－1分别为土条 i、土条i－1 的剩余下滑力;ψi为传递系数，ψi=cos(αi－1－ αi)－ sin(αi－1－ αi)×tanφi;Wi为土条 i的重力;αi，αi－1分别为土条 i，土条i－1的底面与水平面的夹角;ci，φi分别为土条i底面土的黏聚力和内摩擦角;li为土条i沿滑动面的长度;K为滑坡推力安全系数;Kh为水平向地震系数，取0.2。

根据式(1)，通过反算求得内摩擦角φ=20.6°。

2)暴雨状态下，土体饱水，c，φ参数降低，取 γ=21 kN/m3，c=10.0 kN，φ =15°，水平向地震系数按0.1考虑，则可求得安全系数K=0.75，故边坡在饱水状态会发生整体破坏。

4 病害原因分析

由病害发展过程和边坡稳定性计算分析可知，该桩板墙变形的主要原因为:

1)该段路堤横坡陡，填方高度较大，最大达16.64 m，导致偏压过高。

2)该段路堤表层为填土，主要由碎石、角砾、粉质黏土组成，石质为强风化泥灰岩，遇水易软化，易形成软弱结构面。下覆基岩主要为泥灰岩，中厚层～厚层状，局部薄层状，单层一般厚20～50 cm，最厚150 cm，以弱风化为主，岩石呈块状，岩体呈碎裂结构，节理裂隙发育。因此，路段内岩土体强度低，差异大，承载能力差，导致桩板墙前部土体抗力不够。

3)根据勘探资料和原设计资料，该段桩板墙悬臂段长14.75～21.44 m，桩端入岩约2.63～6.01 m，锚固段长度多数＜6.0 m，锚固段过短。

4)泥灰岩节理裂隙发育，结构面倾向与坡向斜交或平行，有的倾向临空。节理面高低起伏，一般张开0.5～20.0 mm，局部张开40 mm，黄色泥质呈可塑 ～软塑状充填，单条延伸长度大于3～10 m。岩层倾向140°～160°，与坡向相同;倾角 21°～31°，与自然斜坡角基本一致，总体上陡下缓。土体易沿岩石顶面滑动。

5)填料具有渗水后易软化的特点，随地下水的快速升降而流失，易引起路基填土湿陷脱空。

5 结语

综上所述，由于桩板墙偏压大、桩前部土体抗力不够、锚固段过短且下部存在倾向临空的结构面(层面)，降雨期间，地表水和地下水的下渗软化了桩端下部土体，降低了土体的强度和承载力，同时增加了土压力，当土压力大于桩抗滑力时，引起桩板墙的整体破坏。

设计单位根据变形迹象，通过调查和计算分析，重新设计了锚索桩板墙的加固方案。

原设计的锚索存在锚固深度和数量不足的问题。锚索虽没有被拉断，但其锚固段已松动，所承受的锚固力已大大减小。因此，填土的土压力向桩上转移，从而导致桩头倾斜，路面开裂、变形等病害。变形后虽采取了注浆措施，但注浆加固深度不够，没有起到预期效果，反而增大了填土对桩的作用力，造成变形加剧。针对病害情况提出了5种加固方案，综合比较之后选择了在现有桩上设锚索，挡墙外增设桩的加固方案。经过4年的运营，至今挡墙稳定，实践证明该方案加固效果良好。

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U417．1+1

B

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1003-1995(2013)09-0086-02

2013-04-03;

2013-06-25

交通运输部西部交通建设科技项目(2009 318 799 073)

温树林(1963— )，男，云南昭通人，高级工程师。

(责任审编 李付军)