加筋土挡墙路堤病害及处治分析

刘光彬　罗安民　韩琳琳

摘要：文章以岑兴高速公路某加筋土挡墙路堤病害为例，分析了该加筋土挡墙病害的成因机理，提出采用“临时支挡防护+锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙”的组合形式对其进行应急处治，并采用GEO5软件进一步验证了处治方案的合理合规和安全可靠性，为今后同类型加筋土挡墙应急处治工程提供借鉴经验。

关键词：加筋土挡墙；病害成因；处治设计；稳定性验算

0引言

加筋土挡墙作为一种新型柔性支挡结构，因其占地少、经济合理、科学可靠的优点在高速公路路堤填筑中得到广泛应用［1］。但随着高速公路运营期间车流量激增、震动荷载增加以及在役使用时间增长，越来越多的加筋土挡墙结构发生局部坍塌，严重影响高速公路的运营安全［2-3］。

本文以岑兴高速公路某加筋土挡墙路堤病害为例，结合项目工程概况，提出了行之有效的应急处治措施，并采用GEO5对其进行稳定性分析，为高速公路同类型病害的处治提供可借鉴的经验。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

岑兴高速公路已通车运营近10年，已通过竣工验收。该加筋土挡墙路堤段属剥蚀缓丘-谷地地貌，场地内地层主要由第四系人工堆积层、第四系残坡积层、华力西期强风化及中风化花岗岩地层组成。病害路段未见区域性断裂构造或软弱破碎带存在，地质构造发育程度较弱，区域地质较稳定。

1.2 路基病害情况

原设计K389+750～K389+950段为垂直加筋土挡墙支挡式路堤，加筋土挡墙高度为7～11 m，加筋土挡板座落于M10浆砌片石梯形重力式基础之上，基础顶宽1.3 m，底宽3.2～4.1 m，梯形肋边坡比为1∶0.3，高度为2.5～4.0 m，基础底部为0.4 m高的矩形基座。加筋土填筑层和基底层回填材料为花岗岩风化黏土质中粗砂，虽具备一定的强度，但其内摩擦角尚未达到30°，且局部地段填料成分不均匀。

在高速公路運营过程中，K389+790～K389+800段加筋土挡墙出现挡板脱落，挡板背部张拉筋带完全断裂，处于下垂松驰状态，挡板脱落地段两侧伸缩缝在行车动载工况条件下存在填土轻微流失现象。其他段暂时未发育纵向裂缝，但每间隔5～10m，发育贯穿1号行车道、2号行车道或者同时贯穿1、2号行车道的横向裂缝。

2 病害成因机理及稳定性分析

2.1 病害成因机理分析

病害路段为左填右挖和全断面填方加筋土挡墙路段，挡板脱落，挡板背部张拉筋带完全断裂，处于下垂松驰状态；但未出现路基整体滑移失稳破坏，在挡板脱落数日内仍可维持整体稳定，说明病害路段路基整体稳定性较好。根据现场调查，推测病害的成因机理如下。

2.1.1 地质叠加气象水文因素

根据现场地质条件调查，脱落段挡墙基底存在换填材料不均匀、换填范围不足的问题。病害段在进行修筑前，存在一条宽约5 m的水渠，修建高速公路时，对水渠进行了换填，但原水渠水依然渗入挡板浆砌片石基底土层，在地下水渗流作用和浸泡软化作用下导致基底土层抗压缩性质变差，承载力不能满足或维持设计要求，使M10浆砌片石挡墙基础出现不均匀沉降，进而导致基础上的挡板支座产生倾斜，挡板悬空。

2.1.2 施工因素

部分左填右挖地段在填筑前未按台阶开挖，筋带长度不足，同时部分筋带在建设期受施工影响，局部存在损伤，导致筋材抗拉强度降低。经现场取样试验分析，筋带破断拉力由设计时的9 kN，降低到约6 kN，极限抗拉强度由150 MPa降至约110 MPa，造成拉力不足的情况。同时，路基填料未能达到设计时要求的30°内摩擦角，导致墙后主动土压力过大。

在多重因素长期相互作用下，筋带受力过载导致断裂，支座之上的挡板自下而上发生多米诺骨牌式的脱落破坏。因此，挡板脱落后，断裂筋带端部才会呈现出没有残余强度的完全松驰的自然下垂状态。

2.2 现状稳定性分析

结合勘察数据及原设计资料，利用GEO5岩土分析计算软件对现状条件下加筋土路堤稳定性情况进行综合分析，计算结果见表1。

表1计算结果表明：筋材抗拉、挡墙整体稳定性及路堤整体稳定性不满足规范要求，安全储备不足，需要进行支挡防护。

3 处治设计

3.1 病害危险等级分区

综合场地工程地质水文地质条件、病害路段破坏现状、病害路段建设情况，对病害路段进行危险性分区，旨在针对不同等级的危险性，设计不同形式的防护结构，具体分区情况见表2。

3.2 处治方案

3.2.1 临时支挡防护方案

针对K389+790～K389+800段加筋土路堤面板已经完全坍塌脱落的情况，前期设计了脚手架框架堆填反压支撑结构进行应急处治，处治施工时需拆除应急支挡结构。经研究，拟对垮塌区采用逆作法挂网喷射混凝土护面方案作为施工期临时支挡方案。施工时优先拆除上部混凝土防撞栏及冠梁，按1 m×1 m间距布设锚钉，锚钉主筋为C20钢筋，长3 m，入射角为15°，孔径≥75 mm，孔内充填M30水泥浆。表面布设一层A6钢筋网，钢筋间距为25 cm，喷射混凝土厚度≥15 cm，强度≥C20。施工时应逐级防护逐级拆除应急反压体，每级拆除高度≤1.5 m，并且在上一级喷射混凝土达到初凝强度后方可进行下一级反压体拆除施工。

3.2.2 锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙方案

在K389+760～K389+810病害段采用锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙方案进行支挡加固。下部设置连续混凝土基座地梁，地梁高1.8 m，宽2.5 m，基底设置3排锚筋桩。锚筋桩距加筋土挡板0.5 m，排间距为0.8 m，沿高速路纵向间距为0.8 m。锚筋束由4根C32钢筋+1根48×3.5 mm无缝钢管构成，桩长15 m，埋入基础以下13.5 m，出露1.5 m，48×3.5 mm钢管出露0.25 m。基底硬化后，锚筋桩孔钻入深度为13.6 m，锚孔直径≥200 mm。

钢筋混凝土肋墙断面设置为梯形，顶宽1.0 m，面坡坡比为1∶0.2，下部与混凝土基座相连，钢筋与锚筋桩出土段搭接，钢筋混凝土肋墙平行公路方向厚度为1.0 m。每根肋柱自基座底向上2.6 m起设置3排锚杆，锚杆纵向间距为3.0 m，锚杆长度L=12 m，主筋为C32钢筋单筋，入射角度为15°，锚孔直径≥150 mm。平行高速公路方向，Ⅳ区肋墙中心间距为2.0 m，肋墙边缘间距为1.0 m；Ⅲ区肋墙中心间距为3.0 m，肋墙边缘间距为2.0 m。设置钢筋混凝土现浇挡板，挡板厚度为0.3 m。肋墙、挡板、基座地梁混凝土强度等级均为C30。墙面中心线设置2排深层泄水孔，排间距为3.0 m，深层泄水孔长度L=12 m，坡度为5%，直径为114 mm，泄水结构由110 mmPVC管螺旋开孔后，内置YB100缠绕型塑料盲沟构成。

3.3 稳定性验算

3.3.1 临时支挡稳定性验算

利用GEO5岩土计算软件对K389+790～K389+800段已垮塌段加筋土挡墙临时支护方案进行整体稳定性分析验算，计算模型见图1，计算结果见下页表3。整体稳定性计算结果表明，垮塌区在进行锚钉挂网喷射混凝土临时支护后能满足规范［4］要求。

3.3.2 整体稳定性验算

针对病害段K389+760～K389+810在暴雨工况下的整体稳定性，利用GEO5软件的土质边坡稳定性分析模块进行分析，计算模型和计算结果见表4和图2。

表4的计算结果显示，Ⅲ级危险区在使用锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙方案后的最不利滑动面稳定性系数为1.63，Ⅳ级危险区在使用锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙方案后的最不利滑动面稳定性系数为1.45。图2的整体稳定性计算结果表明，使用锚筋桩承式钢筋混凝土肋墙支护方案处治相应最危险等级区域后边坡在非正常工况下能达到规范［4-5］要求的1.25的安全系数，且大于正常工况要求的1.35的安全系数。

3.3.3 永久支挡结构内力配筋验算

对危险区就支挡方案进行构造验算，根据内力计算结果，在Ⅳ级危险区进行加固时，需施加3排12 m长的土层锚杆；在Ⅲ级危险区进行加固时需设置3道30 m长的锚索（见表5）。验算结果表明：支挡方案的内部配筋和整体构造验算满足规范［6］要求。

4 结语

本文以岑兴高速公路某加筋土挡墙路堤病害处治工程为例，在研究项目工程概况的基础上，对病害的成因机理和现状稳定性进行了分析，结合病害现状提出了应急处治设计，并对设计方案的稳定性进行了验算，得出以下3点结论：

（1）该病害是在地质因素、气象水文因素及施工因素等多重因素长期作用下形成的，挡板脱落及背部张拉筋断裂已严重威胁到高速公路的安全通行，必須采取应急处治措施。

（2）根据病害情况及成因分析，对病害危险等级进行分区，采取临时支挡防护和锚筋桩承式锚固钢筋混凝土肋墙永久支挡防护方案对病害进行综合处治。

（3）采用GEO5软件对临时支挡、永久支挡方案的稳定性和结构内力进行计算，计算结果均满足规范要求，设计方案经济适用、安全可靠。

参考文献：

［1］刘树林，王 伟，刘军辉.某加筋土挡墙路基病害成因及变形机理分析［J］.路基工程，2022（6）：208-213.

［2］陈 全，彭春禄，马伟钊，等.广西某加筋土挡墙病害成因分析及处治措施［J］.西部交通科技，2020（10）：65-68.

［3］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），1 082-1 093.

［4］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治设计规范［S］.

［5］JTG D30-2015，公路路基设计规范［S］.

［6］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］.

作者简介：刘光彬（1982—），硕士，高级工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、监测工作。