谈公路不良地质及高挡墙病害的综合处治

1背景资料
　　 修建于地形陡峭、地质条件复杂、沿江而行的浙江省丽水市某一级公路K3+420~K3+520段，设计为上、下行分离式路幅。右幅左侧为高15~23m的路肩式高挡墙，与左幅牛岭头大桥相距约4m。该段挡墙于完工后于同年6月21日发现该挡墙基础以上0~10m高度范围的外坡面产生了严重病害：镶面石产生纵横裂缝70余条，每条缝长30~80cm，缝宽3~10mm；多处有崩落、翘壳、蜕皮、压碎、鼓胀、脱空等现象，部分镶面石因受挤压呈鹰嘴错落状；局部挡墙下部向江心方向产生滑移，从6月23日至10月8日的观测资料知，累计滑移最大值达94mm之多，其中7月1~31日共滑移15mm，滑移速度平均0.48mm/d；8月30日~9月17日共滑移35mm，滑移速度平均2.06mm/d，且晴天较缓、遇雨加剧。
　　 经调查分析，发生这些病害的主要原因：一是陡峭的地形地貌。病害高挡墙位于坡度为50°~ 55°的陡峭山坡上，基岩全裸，风化强烈，破碎严重，层间结合面软弱，围岩稳定性极差；二是复杂的不良工程地质条件。病害高挡墙处于基岩裸露的强风化凝灰岩及粉砂岩地段，且有一条近东西向（与路线同向）的正断层通过，产状350°∠80°。凝灰岩断层破碎带宽约30m，全角砾构造，砾径3-10cm，泥质胶结，岩性变化大而紊乱；与断层相邻的粉砂岩，层理裂隙十分发育，且有软弱泥质充填，结构面平滑，倾向顺坡，倾角50~55°。受雨季影响，右幅右侧山体围岩常产生顺层滑坡或潜在滑坡，由此而产生的围岩强烈偏压诱发了病害挡墙下部向外滑移；三是不合理的设计。（1）挡墙型式选择不当。在设计中选择了重力式挡墙，后由于地形限制局部又变更为衡重式挡墙，且基础底部宽度仅1.40m，受地下水、雨水浸入和挡墙自重及墙后填料推力等因素影响，局部挡墙底部与岩面之间产生了向外滑移；（2）结构设计不合理。在山区，重力式挡墙的高度一般小于 5m，不宜大于8m，如墙高超过8 m时，应作特殊设计，以解决墙身及趾部应力集中问题，但设计中却没有考虑；（3）挡墙基底受力不均。采用库伦土压力公式对原设计受力验算表明，作用于挡墙基底的合力偏心距不能满足要求，即踵部压力为零，而趾部压应力很大（为697.00kPa）。这说明选型和结构问题使挡墙基底受力不均，导致挡墙面坡承受巨大的压应力或表面张力，从而直接造成了前述病害；四是镶面石选材失误。经室内试验发现，病害挡墙使用的镶面石材料属于典型的饱水单轴抗压强度很低的膨胀性凝灰岩。饱水状态时的抗压强度最低为24MPa，而设计要求不小于30MPa。材料的误用，加剧了本工程病害的发生。
　　 2处治方案
　　 2.1方案拟定
　　 结合工程病害实际，拟定在K3+420~ K3+520段高挡墙趾部以上0~8m范围内，采用“钢筋砼面板＋预应力锚索”综合处治方案，见图1。该方案的主要工法是，先在病害挡墙面坡现浇钢筋砼等厚面板，接着垂直于砼面板进行钻孔；然后根据不同地层情况选用不同长度的锚索（钢绞线）进行安装；再按锚固段和自由段分别进行高压注浆，并对钢绞线施加预应力；最后锁定、封闭锚头。通过钢绞线与水泥的握裹力，以及水泥浆与孔壁之间的摩阻力（主要是轴向力）传递到被锚固地层中，形成预应力锚索体系，以改善岩（土）体应力状态，防止围岩潜在滑坡和所产生的强烈偏压对挡墙的长期不利影响，有效控制高挡墙面坡裂缝因表面张力而继续发展，达到不良工程地质和病害高挡墙综合治理的目的，从理论上实现挡墙基础无变形的目标。

　　 图1 “钢筋砼面板+预应力锚索”处治方案

　　 2.2方案设计
　　 （1）在病害高挡墙基底岩层凿出一级平台，台宽不小于1.5 m，紧贴岩层面从平台处砌筑浆砌片石挡土墙身；
　　 （2）从挡墙基底以上0~8ｍ范围内（低于桥梁盖梁同等标高0.5ｍ以示美观），紧贴病害高挡墙外坡面立模浇筑等厚40cm的C30钢筋砼面板，面板内设φ12mm双层钢筋网；
（3）在现浇钢筋砼面板上，按梅花形布置并垂直于坡面打入预应力锚索至微风化基岩内。锚索设计参数：锚索孔φ110，共76孔；锚索材料选用4φ15.24mm的高强度低松弛预应力钢铰线，标准强度为1860MPa ;锚索单索设计强拉力为730kN ,锚固段长度不小于9.0 m,自由段长度4~12m，单根锚索总长13~21m；锚具采用中国生产的OVM15-4型群锚且由厂家全套提供；（4）最后进行张拉、注浆和封锚。
　　 3 方案实施
　　 3.1主要施工工艺流程
　　 施工准备——搭设脚手架——现浇钢筋砼面板——测量布孔——安装机具——造孔——清孔──锚索编制——安装锚索入孔——注浆——锚墩施工——锚索张拉锚定——二次张拉锁定——封锚——结束（验收）。
　　 3.2 关键工序施工要点
　　 （1）现浇钢筋砼面板。首先，对处治段挡墙外坡面变形严重的镶面石逐一清除并回填色相近的高标号砼；其次，将挡墙趾前基岩凿成1.5m宽的台阶，按3根/m2的密度打入抗滑地脚锚杆，采用C25砼浇筑形成挡墙趾前反压平台；再次，在病害高挡墙趾部以上8m高范围内安设双层φ12mm钢筋网片，在锚索孔的锚墩位置增加到4~8层加强钢筋网片，同时在变形严重的3+430~3+480段设置钢格梁结构，以提高锚墩处的抗压强度，增强挡墙面层与墙体的整体受力；最后，分段立模现场浇筑等厚40cm的砼面板。
　　 （2）锚索试验。①确定锚索锚固长度：在K3+420~K3+520共100m段的挡墙路基边坡基岩上，按不同地层共打三个试验孔进行试验，试验孔径φ110mm，孔长与锚固长度相等，为5.0~6.0m，锚索采用设计规定的4φ15.24的高强低驰钢绞线编索，锚固段砂浆标号为40号。经过试验，实际锚索张拉力值为780kN，大于设计值730kN要求。因此，确定高挡墙锚索锚固段长度仍按设计值9.0m且不得小于9.0m施工；②确定合理索间距：根据各挡墙的地质及挡墙墙身断面厚薄差异较大的实际，以挡墙沉降缝为界设施工段来确定锚索间距为2~3.4m（设计为2~3.7m）。
　　 （3）造孔。设计锚索孔孔径为110mm，沿挡墙高度自上而下钻孔施工。①钻孔前准备工作。在C25砼平台上搭好脚手架，安装好钻机。采用QZJ150B型风动潜孔钻3台（备用1台）。先将冲击器对准孔位，仔细调节倾角，按设计锚索孔前进方向与挡墙外面坡垂直，与地面的夹角为14°，满足要求后开钻；②钻孔。钻孔中，原浆砌挡墙台背回填的砂砾层易发生卡钻、塌孔，采用偏心钻头代替普通钻头和φ127 mm无缝钢套管跟管钻进的方法，使钻孔工作顺利进行；③清孔和安放锚索。钻孔至设计深度后（实际孔深要比设计深0.5m），采用高压风吹孔并清除干净孔内岩粉余渣后立即安放锚索入孔。
　　 （4）锚索组装。每根锚索结束采用4φ15.24mm高强度低松驰预应力钢绞线组成。首先在锚固段下端安装导向帽，其次在锚固段内每隔1.5m安装一个扩张环，并将注浆管从中穿至离导向帽5~10cm处；最后在两扩张环间每隔1.5m绑扎一道铁丝，保证锚索的“平、直、顺”。自由段涂满黄油并用PVC波纹管作防护套，并严格封闭一端，以防进水。穿索入孔时，要避免锚索体被扭曲，并注意保护好注浆管和钢绞线的PVC护套，若有损坏，重新组装锚索。
　　 （5）注浆。锚索入孔后，即进行注浆。水泥砂浆标号：锚固段为40号,自由段为30号；采用普通硅酸盐525号水泥，灰砂比为：锚固段1.0:1.0，自由段1.0:0.5，水灰比0.4~0.45；注浆设备为MD-50型挤压注浆机，注浆压力0.5~0.7MPa。注浆分两次进行：第一次为锚固段注浆；第二次是在锚索进行第一次张拉后对自由段的防腐注浆。注浆方法采用孔底返浆法，即把注浆管与锚索同时送至孔底，浆液由孔底注入，边注浆边拔注浆管，用计算注浆量的方法控制锚固段注浆长度。一旦发现漏浆（一般注浆量超过锚固段索孔体积的2.1倍左右时属于漏浆），应根据具体原因及时采取措施补注浆，直至孔口溢浆为止，确保各孔内锚固段砂浆饱满密实。
　　 （6）锚索张拉及锁定。当砂浆及钢筋砼等厚面板强度达到70%以上时，即可进行锚索的预应力张拉。张拉采用预应力损失﹤1.0%的高液压双头千斤顶完成，锚索预应力张拉分两次进行：第一次张拉分五级进行，前四级为设计应力的25%、50%、75%、100%，分别稳定5min；最后一级为设计应力的110%，稳定时间为30min。第二次为补张拉，锚索预应力受钢绞线松驰、张拉锁定或滑曳、岩体变形（地层压缩徐变）三大致因影响，将造成一定的应力损失。预应力损失一般在第一次张拉后3~5日内能完成90%以上，因此，自第一次张拉后第7天再进行一次张拉以补充损失的应力，然后即可锁定。
　　 （7）封锚。当完成锚索预应力补偿张拉后即可进行第二次自由段注浆——封口注浆，注浆至孔口流出浆液时为止，然后预留40mm长的钢绞线，其余部分全部切除，采用C25砼立模浇筑封闭锚头，以防止大自然对锚索的侵蚀，确保和延长锚索的使用寿命。
　　 4 处治效果及体会
　　 工程结束后，通过近半年的定点变形观测分析，结果表明上述工程病害经综合加固处治后达到了预期效果：不良地质地层所产生的潜在滑坡、偏压和病害高挡墙滑移、开裂等变形得到了有效控制，挡墙结构处于稳定安全状态，真正实现了挡墙基础无变形的目标。通车至今，运营正常。
　　 “钢筋砼面板＋预应力锚索”方案在本次加固处治工程中的成功实施，提高了不良地质地层破碎、松散岩体的物理力学性和稳定性，特别是施加了预应力锚索，通过锚固段和自由段的共同作用，使岩体和墙体形成一个有机整体，极大地改善了病害高挡墙结构复杂的受力状态，尤其是解决了挡墙趾部应力集中、基底滑移等主要问题。从而避免了一场严重的灾害性工程事故，也为我们今后处治类似工程积累了极其宝贵的经验。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 0人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫