滬昆線K429重力式擋土墻病害整治方法探討

許建華 上海鐵路局杭州工務(wù)段

滬昆線K429重力式擋土墻病害整治方法探討

許建華 上海鐵路局杭州工務(wù)段

滬昆線電氣化鐵路自2006年開通營(yíng)運(yùn)以來，部分路塹重力式擋土墻由于諸多原因造成失穩(wěn)狀態(tài)，危及行車安全。2012年滬昆線K429重力式擋土墻失穩(wěn)位移病害發(fā)現(xiàn)后，通過對(duì)該病害原因的分析和整治方法的實(shí)施，找到了對(duì)重力式擋土墻的檢測(cè)和計(jì)算方法，并且采取了一些有效整治方案，為當(dāng)年全路重力式擋土墻的安全評(píng)估和整治提供了經(jīng)驗(yàn)。

滬昆線；擋土墻；病害；探討

滬昆線浙贛段電氣化鐵路改建工程對(duì)新建鐵路路基采用混凝土重力式擋土墻加固方法較多，自2006年開通運(yùn)營(yíng)以來，發(fā)現(xiàn)諸多影響既有擋土墻安全性因素，主要由于工程施工單位施工過程中擋土墻幾何尺寸不足、施工缺陷及列車運(yùn)行振動(dòng)影響等，其次由于浙江地區(qū)雨水較豐富及鐵路兩側(cè)動(dòng)土施工工程較多造成地形變化。因此，在鐵路路塹高陡坡地段重力式擋土墻存在抗滑穩(wěn)定性下降的風(fēng)險(xiǎn)因素，高擋土墻的失穩(wěn)直接危及列車的行車安全。本文對(duì)較典型的滬昆線下行K429+200～+470重力式擋土墻變形位移進(jìn)行病害原因分析及其整治方法探討。

1 病害原因分析

2012年滬昆線下行K429+200～+470左側(cè)重力式擋土墻發(fā)生多處變形位移，發(fā)現(xiàn)擋土墻平行位移后造成側(cè)溝漿砌片石墻被剪切斷層后向線路方向位移約15 cm～25 cm不等。情況發(fā)生后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和分析，其病害原因歸納如下：

圖1 滬昆線K429+200～+470既有擋土墻失穩(wěn)外移橫斷面圖

（1）工程施工單位對(duì)重力式擋土墻的施工尺寸不滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過對(duì)該既有擋土墻鉆孔取芯檢測(cè)，距擋土墻（平均高度為5 m）底部2 m高度處得厚度平均為0.4 m(擋土墻設(shè)計(jì)厚度為0.7 m),該路塹擋土墻橫斷面見圖1。

（2）該路塹高度13 m～15 m,其地條件質(zhì)為紅色粉質(zhì)粘土，受自然環(huán)境影響，邊坡土質(zhì)不斷風(fēng)化，土的抗剪強(qiáng)度不斷下降，加之鐵路運(yùn)營(yíng)引起的動(dòng)應(yīng)力影響，坡體有可能產(chǎn)生新的破裂面或滑動(dòng)面。從而加大了對(duì)擋土墻的荷載，造成擋土墻失穩(wěn)變形外移。

（3）距下行線約50 m處正在新建一條平行于既有鐵路的杭長(zhǎng)高速鐵路，其路基面需在該路塹坡頂開挖深約3 m～5 m。因此，造成塹坡頂雨季積水，雨水滲入塹坡土體進(jìn)入擋土墻背部，增加了水土壓力。由于擋土墻部分泄水孔排水不暢，進(jìn)一步加速擋土墻滑動(dòng)位移。

2 擋土墻抗滑穩(wěn)定性分析

擋土墻抗滑穩(wěn)定性是指擋土墻自重、土壓力的豎向分力和其他外力作用下所提供的基底摩阻力抵抗滑移的能力，即作用于擋土墻的最大可能的抗滑力與實(shí)際滑動(dòng)力之比，用抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc表示，即：

將（2）式、（3）式、（4）式代入（1）式，可得：

式中：Ea為墻主動(dòng)土壓力；Ex為墻后主動(dòng)土壓力的水平分力；Ey為墻后主動(dòng)土壓力的豎直分力；EP為墻前被動(dòng)土壓

力的水平分力；γ，φ分別為填土的重度和內(nèi)摩擦角（粘性土取γ=17 kN/m3、φ=35°～40°），α為墻背與豎直線之間的夾角（α= 14°），逆時(shí)針方向?yàn)檎?；δ為墻背與填土之間的內(nèi)摩擦角，(δ= 53°);i為墻后土坡與水平線之間的夾角（i=33°）；θ為破裂角（θ=29°）；W為墻體自重；f為基底與地基之間的摩擦系數(shù)，黏性土取0.25～0.4。

將以上數(shù)據(jù)代入(5)式得：

由計(jì)算得出該擋土墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc=1.03≤1.3(最小設(shè)計(jì)抗滑穩(wěn)定系數(shù))，已經(jīng)到了滑移的臨界值。從（5）式可以看出擋土墻位移的主要原因是擋土墻自重不足引起位移。

3 整治措施

通過對(duì)擋土墻的病害原因分析和擋土墻抗滑穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算可知，既有擋土墻施工尺寸的缺陷、墻背后土壓力增加及排水不良是造成該重力式擋土墻失穩(wěn)位移的主要原因。因此，采取以下整治加固措施。

3.1 既有擋土墻加厚補(bǔ)強(qiáng)措施

考慮到既有擋土墻尺寸缺陷造成墻自重不夠原因，采用C25混凝土現(xiàn)澆面板與既有擋土墻使用長(zhǎng)0.5 m(直徑為22 mm)的螺紋鋼進(jìn)行鉆φ50 mm孔灌注M35水泥砂漿錨固連接，螺紋鋼縱橫間距皆為0.5 m。擋土墻加厚后墻基礎(chǔ)至水溝間土石全部挖除后采用M7.5號(hào)漿砌片石加固，具體加固后擋土墻詳見圖2。

圖2 采用混凝土現(xiàn)澆板補(bǔ)強(qiáng)后擋土墻橫斷面圖

將既有擋土墻補(bǔ)強(qiáng)后的上圖尺寸代入（5）式得：

由計(jì)算得出補(bǔ)強(qiáng)后擋土墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc=1.55≥1.3（最小設(shè)計(jì)抗滑穩(wěn)定系數(shù)）,滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 既有塹坡刷坡減載措施

由于受自然條件的影響，造成既有塹坡巖土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造以及密實(shí)度、潮濕程度、破碎或風(fēng)化程度等不利因素，增加了擋土墻背后的土壓力。對(duì)塹坡進(jìn)行刷破減載可有效擋土墻后背土壓力。

該塹坡高度自擋土墻頂面起為10 m～13 m，坡面坡率為1：1.5，其地質(zhì)條件為較松散塑性黏土，對(duì)水滲透性較強(qiáng)，容易產(chǎn)生滑動(dòng)面造成較大土壓力或塹坡流坍，給既有塹坡刷坡減載降低高度，對(duì)減少擋土墻背部土壓力有較好的效果。因此，乘坡頂外的高鐵路基開挖之機(jī)，對(duì)塹坡進(jìn)行了刷坡，降低3 m～5 m不等。

3.3 減少水害對(duì)擋土墻影響措施

防止坡頂積水及雨水滲入塹坡土體是提高擋土墻穩(wěn)定性重要因素。因此，在對(duì)塹坡刷坡減載之后再對(duì)坡頂面采用C15混凝土進(jìn)行防水層封閉，和在坡頂增設(shè)截水天溝，防止雨水直接沖刷邊坡。同時(shí)，對(duì)既有擋土墻泄水孔進(jìn)行疏通以及通過鉆孔增加泄水孔數(shù)量，使擋墻后水保持排水暢通。

4 結(jié)束語

為了降低滬昆線重力式擋土墻抗滑穩(wěn)定性下降帶來的風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)既有擋土墻進(jìn)行全面調(diào)查，尤其對(duì)高擋墻要仔細(xì)檢查內(nèi)部尺寸和構(gòu)造，可采用地質(zhì)雷達(dá)法或鉆孔取芯法獲得墻結(jié)構(gòu)物厚度和墻體圬工質(zhì)量情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，測(cè)算擋土墻的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，并進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)存在安全隱患的擋土墻根據(jù)產(chǎn)生病害的具體原因采取不同的整治方法，達(dá)到根治的目的。

責(zé)任編輯：宋飛 胡雄偉

來稿時(shí)間：2015-02-05