广西某加筋土挡墙病害成因分析及处治措施

陈全 彭春禄 马伟钊 罗安民

摘要：文章针对加筋土挡墙病害处治中限制条件较多，传统支挡结构物无法满足处治需求的问题，通过对广西某高速公路加筋土挡墙病害路段开展钻探勘察，分析该加筋土挡墙病害机理，结合现场实际处治边界条件，采用微型锚筋桩承式锚固钢筋混凝土挡墙结合仰斜式深层泄水孔的组合支挡处治方案进行处治。现场监测结果显示，处治措施达到预期效果。该方案不拆除原加筋土挡墙，无需开挖基槽，造价经济、施工期短且施工期间不中断道路通行，能最大限度减轻施工对高速公路正常通行的影响，社会效益较好，可为今后类似加筋土挡墙病害处治工程的设计施工提供经验参考。

关键词：加筋土擋墙;病害成因;膨胀土;组合支挡

0 引言

加筋土挡墙作为一种新型柔性支挡结构，1966年由法国工程师HenriVidal成功修建于一条高速公路上。随后，由于其便捷性、经济性、环保性而在世界各地得到广泛的推广应用。我国于20世纪70年代末引入加筋土技术，经过30多年的试验与探索，已在水利、公路、能源、铁路、市政等领域得到推广应用[1]。

目前，我国常见的加筋土分为有面板式和无面板式，根据筋材类型主要有钢筋混凝土筋带、聚丙烯土工带和CAT钢塑复合筋带。20世纪末至21世纪初期的研究及应用表明，钢塑土工带的施工方便性、造价经济性在三种筋材中最具优势，因此大量工程项目都将加筋土结构设计成刚性面板结合钢塑复合筋带的形式[2]。而随着车流量的激增以及在役使用时间的增长，越来越多这种类型的加筋土结构发生局部坍塌病害，目前全国范围内达到上百座[3]，严重威胁人民群众的生命财产安全。因此对诱发加筋土挡墙病害的因素进行研究，提出经济、可靠、实用的处治方案尤为迫切。

近年来，国内学者对刚性面板结合CAT钢塑复合筋带加筋土工作机理、病害成因及处治措施开展了相关研究。如于天来等[4]对哈尔滨绕城高速公路典型加筋土病害路段进行调查分析及数值模拟后得出挡墙病害是受填土质量、车辆荷载以及路面渗水等多种因素综合作用诱发的。陈华等[5]研究了三峡库区超高加筋土挡墙变形破坏机理并提出锚杆格梁、抗滑桩等8种针对不同破坏情况的整治措施。张波等[6]在研究了新庄失稳加筋土挡墙后发现，黏性土尤其是高液限黏性土需通过改性或者改良处理后才可以用于填筑。

上述研究对加筋土病害机理进行了分析，但处治措施大部分还是基于利用传统支挡方法对病害加筋土进行处治修复，这些方法适用于修筑在常规地段的病害加筋土处治，但对于修筑条件极为严苛地区的加筋土病害处治则表现出一定的局限性。本文以G65包茂高速公路广西阳朔至平乐段病害加筋土路堤工程为例，针对性地分析了该路段病害的成因及病害处治时所需考虑的边界条件，提出一种新型的组合支挡结构，为处治限制条件较多的加筋土病害积累工程实践经验。

1 项目概况

该高速公路K2577+368～K2577+440段位于桂林漓江边上，属半填半挖路段，原设计采用面板式垂直加筋土路堤，路堤高8～13m，筋材采用复合CAT拉筋带按平向及垂向间距50cm布设，自上而下布置为6层8m长筋带、6层7m长筋带、4层6m长筋带。面板为预制钢筋混凝土槽形板，面板肋上预留拉筋绑扎孔，底部嵌入地梁20cm，地梁下设梯形浆砌片石基础。设计回填材料要求采用内摩擦角≥30°且具有一定级配的砾类土或砂类土。

该段道路曾于2010年发生长度为25m的整体失稳破坏。病害发生后，设计单位对垮塌部分采用浆砌片石重力式挡土墙修复，对两侧相邻未垮塌部分的外侧砌4～7m高的重力式挡墙并紧贴面板进行加固，上部留空2～3m的面板不进行封闭加固。2016年8～10月，K2577+368～K2577+440路段加筋土挡墙外侧未被封闭加固的面板出现鼓胀变形，外侧行车道路面出现下沉开裂。2017年9月，该路段加筋土挡墙外侧挡板向外侧位移变形加剧，路面下沉也存在加剧现象并已出现明显裂缝。2017年11月中旬，加筋土路堤挡板推移脱落破坏，原加固的重力式浆砌片石挡墙出现开裂现象。

现场钻探勘察发现，病害路段区地层主要由第四系人工堆积层（Qml）、第四系残坡积层（Qel+dl）、泥盆系中统强风化及中风化地层组成。其中强至中风化泥岩富含蒙脱石、伊利石等亲水性矿物，属膨胀岩范畴，岩石中水分经历干湿循环后易软化、开裂，发生崩解现象，岩石崩解后与黏性土形状相近，具备成为强胀缩土潜势。钻探揭露的填土中回填材料为利用挖方形成的残坡积黏性土混青灰色泥岩风化碎石，局部为黏性土混紫红色泥质粉砂岩风化碎石，具备胀缩性。相关指标数据情况见表1。

2 加筋土路堤病害成因机理分析

根据现场实地调查，结合钻探取样分析，诱发本段加筋土路堤发生病害的原因主要有以下几个方面。

2.1 内部原因

（1）路基填土填料质量：根据钻探结果，路堤填料以黏性土混泥岩风化碎石为主。黏性土主要成分为第四系残坡积土，为泥岩风化产物。结合室内试验成果，综合参考地区工程经验，强～中风化泥岩富含蒙脱石、伊利石等亲水矿物，属膨胀岩范畴，岩石中水分变化后，易软化、开裂，发生崩解，加剧风化后形成的土体具中等胀缩性。填土产生的膨胀力作用在筋带及面板上，增加筋带所受的荷载，导致筋带长期处于超荷载工作状态，导致其使用寿命降低。

（2）地下水作用影响：病害路段0.9～3.3m受大气降水下渗浸润影响，呈松散饱和状;3.3～6m稍湿，呈稍密状;底部6～12m多数地段位于地下水位以下，呈松散饱和状。现状支挡结构的排水设施基本处于无效状态，导致淤积于路基填土层中的地下水无法排出。在地下水的浸饱作用下，加剧路基填料中风化泥岩碎石的风化，使路基填土石性质逐渐变差，张拉筋带逐渐松弛，最终发生挡板脱落现象。

（3）支挡结构强度差：加筋土挡墙路堤虽然具备节省空间、节约填料工程量等优点，但一旦出现筋带断折或松弛失效，其最外侧的混凝土挡板为垂直布置，无论是挡板厚度尺寸还是几何形状，均不利于抗滑移、抗倾覆，甚至基本不具抗剪切变形破坏的能力。同时挡板筋带拉环圆滑，处理不到位则会加速拉筋带在连接处的破坏。因此当筋带松驰无法提供足够的拉力防护或在挡板拉环处发生断裂时，将导致挡板出现较大的位移变形甚至脱落风险。

2.2 外部原因

（1）气象因素：2015—2017年是厄尔尼诺极端气候现象的周期年、次年和第二年，这三年中连续强降雨、连续曝晴，或降雨和曝晴的极端气候现象交替出现，对具备中等～强胀缩性的路基填土且排水不通畅的病害路段起进一步加剧诱发的作用。

（2）车流量因素：由于该段高速公路是广东经桂林至贵州的主干道，近年来车流量大幅增加，部分大货车还存在严重超载的现象，导致行车动载的附加强度大幅增加，使加筋土挡墙水平变形幅度增大。

3 加筋土挡墙病害处治措施

3.1 处治措施的边界条件

目前已有加筋土挡墙加固案例中，多是采用墙体外侧反压、格构锚固加固、病害路段土体注浆的方法。对于本项目来说，处治措施需满足以下几点使用边界条件：

（1）支挡结构用地问题。本加筋土挡墙路段底部的等外公路宽仅5m，外侧直临漓江，处治支挡时不能影响等外公路的正常通行使用，不具备在墙体外侧修筑大体积支挡结构的条件。

（2）结构耐久性问题。病害路段区域基岩以泥岩为主，具有膨胀性、崩解性。根据地勘经验，该类岩石在暴露后强度会迅速降低，导致预应力损失较快，若采用格构锚固加固的方法，则无法保证加固结构的加固效果以及耐久性。

（3）路基填土的加固改良问题。提高现有不良填料的力学强度，使得原有加筋土筋带还能工作，减小加筋体内部发生失稳而引发外部失稳的风险，并分担作用在新建支挡结构上的应力，从而提高路基整体的安全稳定性系数。

（4）施工场地占用问题。处治施工时必须保证该侧公路保留一条以上的车道正常通行，且不能破坏原有结构，不能开挖原有行车道路面。

（5）解决墙背深层地下水的疏排问题。

（6）施工工艺要简单快捷，因加固期间正值春运，工期要短且工程投资要经济。

3.2 处治措施的确定

基于处治措施的边界条件较为严格，采用单一的处治措施，将无法完全满足上述的5个边界条件。如传统的抗滑强支挡结构在应用上无法解决支挡结构及施工场地占用的问题，而锚固格梁又无法解决结构耐久性的问题，土体注浆同样无法解决结构耐久性及墙背深层地下水疏排的问题，因此需要采用综合处治措施对病害路段进行加固处治。

经过技术论证及经济性比较，建设单位决定采用微型锚筋桩承式锚固钢筋混凝土挡墙结合深层泄水孔的方案对病害路段进行处治。

（1）在已采用浆砌片石加固的病害加筋土挡墙外侧新建组合混凝土挡墙。采用3排微型锚筋桩作为基础，排间距为0.7m，沿公路纵向间距为0.8m。锚筋束由4根28mm的钢筋和1根DN40钢管构成，内侧2排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，最外侧1排桩长6m，锚筋桩孔钻入深度6.1m，锚孔直径≥168mm。

（2）上部修建钢筋混凝土挡墙，墙顶与路面齐高，墙身采用C40混凝土浇筑，墙体内布设框架式结构钢筋。

（3）墙身上布设3排12m长的全粘结土层锚杆，沿公路纵向间距为2m，垂向间距为2m，锚孔直径为110mm，锚杆主筋为32mm的三级钢筋。

（4）地下水疏排设施采用仰斜式深层泄水孔布设于挡墙上，共设置4排，纵向按4m，垂向按1.5m+2m+2m+3m間距交错布置，长度自下而上为15m、9m、10.5m、11m。泄水孔外径≥114mm，泄水结构由110mmPVC管螺旋开孔后，内置YB100缠绕型塑料盲沟构成。泄水孔横向坡度为5°。

3.3 处治措施评价

监测结果显示支挡结构变形基本为0mm，处治达到预想效果。经综合分析及评价，该处治措施的优点在于：

（1）通过微型锚筋桩群作为桩基础，避免基础开挖，在提高施工安全性的同时解决了挡墙地基承载力及抗滑移的问题。

（2）通过在墙体内配制钢筋，提高挡墙的抗弯及抗剪切能力，从而减小挡墙的墙身体积。新建挡墙墙高约9m，而墙底宽仅2m，在利用原有等外公路土路肩的情况下仅占用等外公路0.8m的路面。

（3）通过在墙身上设置土层锚杆，提高挡墙抗倾覆能力，解决挡墙倾覆问题。同时作为土体加筋的一种形式，对墙后填土路基的稳定性有积极的作用。

（4）深层泄水孔能有效地对墙后填土中淤积的地下水进行疏排。施工完成后一年内现场检测表明，最下部2排深层泄水持续工作，在旱季时仍见股状水流排出，雨季时所有泄水孔均能排出地下水。良好的疏排水性能可有效地降低病害再次发生的风险。

[HJ1mm]

（5）施工期间未使用大型施工机械，未开挖因路基下沉开裂的行车道路面，也未大面积开辟施工场地，高速公路及村道未受施工影响而中断。施工工期仅4个月，其中解除原挡墙坍塌安全风险的主要工序施工仅耗时33d，具备轻量化及快捷高效的特点。

4 结语

（1）加筋土路堤能有效解决建设空间不足的问题，但对施工工艺、填筑材料质量及过程控制有极高的要求，如有其中一项未达到控制标准都有可能引发严重病害从而降低加筋土的使用寿命。

（2）在对加筋土路堤病害进行处治时，应对病害成因进行综合分析，结合现场限制边界条件提出有针对性的综合解决方案，而不应僵化地使用单一的传统处治方法。

（3）随着社会经济发展，越来越多的高速公路建成使用，因运营年限增长、交通流量增加及极端天气的频发等综合因素作用，也会导致越来越多突发的路基病害。为避免处治病害时中断道路通行并尽可能地减轻处治施工期间对正常通行的负面影响，应强调基于安全、快速、利废、环保等绿色、节约、协调的边界条件，因此研发轻量化、便捷化、高强度的新型组合支挡结构物将会在未来成为一种必然趋势与迫切需求。

参考文献：

[1]吴顺川，高永涛，王金安.失稳加筋土挡土墙加固方案及技术评价[J].岩石力学与工程学报，2007（S1）：3086-3091.

[2]魏 丽，骆福英，王 沛.加筋土技术的发展及工程应用问题[J].天津城市建设学院学报，2006（2）：96-99.

[3]蔡锦陶.国内加筋土结构的发展及应用[J].煤矿设计，1998（7）：35-39.

[4]于天来，郑彬双，李海生，等.钢塑复合筋带挡土墙病害及成因[J].吉林大学学报（工学版），2017，47（4）：1082-1093.

[5]陈 华，房 锐，赵有明，等.公路加筋土挡墙病害及整治措施研究[J].公路，2009（12）：73-77.

[6]张 波，石名磊，白世伟.新庄黏土加筋挡墙失稳破坏研究[J].岩土力学，2007（11）：2348-2352.