高邊坡擋墻框架拉梁組合架構加固技術研究與實施

周俊杰，焦修明

（1.華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江省安吉縣 313302；2.浙江水利河口研究院，浙江省杭州市 310000）

高邊坡擋墻框架拉梁組合架構加固技術研究與實施

周俊杰1，焦修明2

（1.華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江省安吉縣 313302；2.浙江水利河口研究院，浙江省杭州市 310000）

高邊坡擋墻框架拉梁組合加固架構結合了多種常規擋墻加固技術的優點而構建的新型結構，該加固技術在原有擋墻外側加固，以主肋、橫肋縱橫間隔布置形成框架，主肋頂端與拉梁連接，拉梁通過錨固塊與公路內側巖體錨固，形成一個立體框架體系。本文通過對組合架構進行應力分析和穩定性分析，證明其整體力學性能較好，具有良好的抗滑和抗傾覆性能；并對框架拉梁組合架構擋墻加固現場施工技術和安全防護措施進行了介紹。工程實踐證明組合架構外觀輕盈，施工安全保障度高，安全經濟可靠。

高邊坡；擋墻加固；框格梁；拉梁；組合架構

0 前言

某抽水蓄能電站上下水庫連接公路是電站生產運行、物資運輸的主要通道，同時也是防洪搶險的生命通道，其運行狀況直接關系電站的安全運行。該公路至今已運行20多年，受地形、地質條件的限制，沿線高邊坡、高擋墻眾多，擋墻最高達20m。由于工程建設期間建筑材料運輸難度大，擋墻基礎、斷面尺寸及施工質量均存有一定的缺陷。同時，該地區海拔相對較高，氣候反差大，雨水充沛，地表徑流沖刷嚴重，對擋墻安全形成不利因素。近年來擋墻病害尤其明顯，墻體外傾，造成墻頂與路肩拉裂、墻體局部外鼓、擋墻不均勻沉降導致沉降縫兩側擋墻形成明顯錯臺，且變形破壞有遞增趨勢，擋墻加固迫在眉睫。

常規的擋墻加固技術對公路運行影響較大，難以滿足電站正常運行的需要，開展公路高擋墻新型框架拉梁加固技術研究可以為該電站廠內公路沿線擋墻病害整治提供技術支撐，在最大限度減少對電站正常運行影響的基礎上，完成廠內公路高擋墻的加固，排除病害，延長公路的使用壽命。

1 高邊坡擋墻框架拉梁加固結構形式研究

公路擋墻加固常用方法有支撐墻法、框格梁法和錨固法。支撐墻法常用于公路擋墻加固，每隔一定間距設置一道支撐墻，該加固方法抗滑和抗傾覆能力較好，但工程量較大，地基承載力要求較高，且各支撐結構單獨受力；框格梁法常用于公路邊坡加固，該加固方法受力整體性較好，工程量較小，但抗滑和抗傾覆能力較差；錨固法常配合其他方法用于公路擋墻和邊坡加固。

框架拉梁組合架構結合了上述三種加固技術的特點而構建的新型結構，該加固技術在原有擋墻外側加固，以主肋、橫肋縱橫間隔布置形成框架，主肋頂端與拉梁相連接，拉梁通過錨固塊（或錨固墻）與公路內側巖體錨固，形成一個立體框架體系，見圖1和圖2。

圖1 框架拉梁組合架構剖面圖

圖2 框架拉梁組合架構立面圖

1.1 框架拉梁組合架構尺寸確定

主肋作為加固體的主要設施，需滿足被加固體的整體安全要求，頂部斷面長寬分別取1.0m、0.6m，外側坡比為1∶0.2～1∶0.25，整體尺寸根據擋墻高度確定，主肋沿擋墻縱向每隔3m設置一道；橫肋作為主肋間聯系構架，需滿足構架共同受力所需的剛度要求，其斷面長寬分別取為0.5m、0.4m，沿擋墻高度方向每隔3m設置一道；拉梁作為頂部傳力構件，也是加固體的主要設施，其斷面尺寸需滿足結構傳力所需的剛度要求，考慮到拉梁施工對道路交通有影響及吊裝的重量，其斷面尺寸不宜過大，長寬均為0.5m，其長度根據路幅寬度調整；錨固塊取邊長為1.0m立方體；框架結構坐落于基礎之上，基礎的尺寸在保證臺階寬度（0.5～1m）情況下，根據主肋的坡比和擋墻高度確定。

1.2 框架拉梁組合架構結構計算

計算單元取每根主肋3m范圍，老擋墻斷面結構參考原設計，墻后填料為石渣、塊石，土體重度取20kN/m3，內摩擦角按37.5?考慮。行車荷載按公路Ⅱ級標準。加固主肋、橫肋及拉梁混凝土等級為C30。

1.2.1 組合架構應力分析

選取10m和15m的兩種高度，分別考慮承擔30%和50%土壓力的基礎上開展結構計算。以朗肯土壓力理論為基礎，借助大型有限元分析軟件ANSYS 分析不同高度框架拉梁加固結構的應力。

計算結果見表1，除工況四組合架構底部最大剪應力接近C30混凝土拉應力設計值1.43MPa外，四種工況最大Mise應力及最大剪應力均較小。表明組合架構加固結構是安全經濟的，對于超高擋墻加固架構需配置鋼筋，并在基礎與主肋之間、基礎與巖面之間設置連接鋼筋。四種工況拉梁應力均小于設計拉梁拉力360kN。四種工況底部受到的最大壓應力均達到或超出了天然地基土承載力220～280kPa，要求基礎至少坐落在強風化巖上或對覆蓋層較厚的地基進行處理。工況四結構應力分布見圖3～圖5。

表1 組合架構四種工況最大應力表

圖3 工況四框架拉梁加固結構mise應力圖

圖4 工況四框架拉梁加固結構剪應力圖

圖5 工況四框架拉梁加固結構壓應力圖

1.2.2 組合架構穩定性分析

設計規范要求加固結構抗滑動系數Ks不宜小于1.3，抗傾覆系數Kt不宜小于1.5（框架拉梁加固結構受力示意圖見圖6）。在計算10m和15m框架拉梁加固結構穩定性計算的基礎上，推算不同高度擋墻的抗滑動系數和抗傾覆系數。計算結果見表2，表明隨著擋墻高度增加，組合架構抗滑動和抗傾覆性能變差，但均能滿足規范要求。擋墻高度超過15m時，需要對組合架構與基礎交界面進行處理。

抗滑動穩定系數計算公式為：

抗傾覆穩定系數計算公式為：

其中：F為拉梁拉力限值；G為混凝土加固梁自重；E為土壓力合力；α為土壓力作用方向與豎向夾角；H1為土壓力作用點標高；H為混凝土加固梁高。

圖6 框架拉梁加固結構受力示意圖

表2 框架拉梁結構穩定性計算表

2 高邊坡擋墻框架拉梁組合架構加固施工技術研究

2.1 施工工藝流程

組合加固架構采用C30鋼筋混凝土，保護層厚度不小于40mm。堅持“先下部后上部”的原則，在完成外側框架結構施工并達到設計強度后，才可進行拉梁和路面施工。施工工藝主要包括原擋墻安全防護處理、基礎施工、主肋和橫肋施工、路槽和內側路基填筑、拉梁和錨固塊施工、路基填筑和路面恢復，具體施工工藝流程詳見圖7。

圖7 框架拉梁架構施工流程圖

2.2 施工工藝要求

基礎施工應在對原擋墻采取安全防護措施后進行，地基開挖嚴格采取“跳倉”方式，禁止掏挖既有擋墻地基。地基覆蓋層淺薄時，應予以挖除，并澆注成混凝土臺階基礎，根據情況布置適量錨桿將基礎與基巖錨固。覆蓋層較厚時，可采用鋼管樁對地基進行處理。

主肋離既有墻頂約0.4m，主肋與基礎之間布設5根φ25連接筋，要求伸入基礎和主肋長度均不小于0.5m，中間1根，周邊4根離主肋襟邊凈距為0.2m。橫肋主筋伸入主肋不小于35D。

拉梁可采用現澆和預制安裝兩種方式，考慮到節省工期及公路保通，宜采用預制安裝方式，在已壓實的路床上槽挖埋設。拉梁主筋應伸入錨固塊不小于0.75m，拉梁長度結合路幅寬度以及公路內側基巖出露情況進行調整。

錨固塊適用于公路內側基巖出露路段，若無基巖出露，可槽挖現澆混凝土錨固墻，錨固墻的沉降縫設置與擋墻外側框架梁相一致。錨固塊采用兩排EX25N漲殼式中空注漿錨桿與巖體錨固，錨桿單長4.5m，伸入基巖3m。

拉梁施工完畢，路基填筑應采用石渣進行分層填筑壓實，不得采用高頻率的重型壓路機。并及時恢復路面，按原尺寸采用C25素混凝土恢復排水溝。

2.3 施工安全防護措施

為了確保公路下方居民和電站的安全，工程施工過程中必須結合高擋墻和框架拉梁結構的特點，建立完善的安全防護體系。框架拉梁加固工程安全防護體系由主動防護網、原擋墻底腳主動防護和被動防護網組成。

主動防護網主要是對既有擋墻墻體進行臨時外罩防護，以預防既有擋墻墻體在加固過程中發生外鼓，掉塊等危害，根據既有擋墻病害程度，部分區域可設置成雙層。防護網成套系統采用市場成品，上、下部采用鋼繩錨桿沿公路方向間距1.5m布置，并保證錨入巖石深3m。若公路內側為孤石，除滿足入巖深度要求外，為保證攔截網穩定，孤石單體體積應不小于5m3。若擋墻底腳基礎為浮渣層，可臨時先錨入既有擋墻底部，錨固深度不得小于0.5m，待擋墻底腳鋼管樁施工到位后，最終防護網固定在此排鋼管樁上。防護網與錨固端采用鋼繩相連接，確保防護網和連接鋼繩繃緊，鋼繩過路面處，應將鋼繩刻槽埋設于路面中。

既有擋墻已運營20余年，且原施工工藝及施工質量均存在一定不足，特別是當基礎覆蓋層較厚時，既有擋墻底腳基礎較為脆弱。原擋墻底腳主動防護是在距原擋墻0.5m處，沿線打設一排φ114鋼管樁，間距0.4m，對基礎進行加固，確保既有擋墻穩定，防止施工過程中對原擋墻的基礎擾動導致整體倒塌事故發生。

被動防護網即為滾石攔截網，是施工安全防護體系的最后一道防線。由于加固區段山體較陡，坡面尚有滾石，而且與下部重要水工建筑物距離較近，為保證下部道路車輛通行安全和施工人員的安全作業，在基礎清除工作開始前，應先在加固擋墻下部設置滾石攔截網。攔截網基座布置根據現場實際應與擋墻保持一定距離，以不影響擋墻加固的正常施工及方便安裝為原則，一般控制距離基礎碎石墊層外不小于10～15m，且盡可能沿等高線布設。滾石攔截網是采用高強度繩網作為主體，與立柱、支撐繩、消能器和短錨桿共同作用，具有施工簡單快捷、占地少、不破壞植被等特點，滾石攔截網的攔截能量為250kJ。

2.4 工程實例展示

某抽水蓄能電站上下水庫連接公路部分路段高擋墻加固工程已經實施完畢，圖8、圖9為高擋墻框架拉梁加固工程實施前后的對比。2012～2014年實施的框架拉梁加固工程目前整體運行狀況良好，擋墻安全性有了很大的提高，成功經受了2012年“海葵”及2013年“菲特”等超強臺風雨襲擊的考驗。

圖8 公路擋墻加固前

圖9 公路擋墻加固后

3 結束語

（1）高邊坡擋墻框架拉梁組合架構加固技術結合了多種常規擋墻加固結構的優點，形成的立體框架體系具有良好的抗滑和抗傾覆性能，整體力學性能較好，同時外觀輕盈，施工安全保障度相對較高。從已經實施的工程來看，該結構安全可靠。對我國山區公路高擋墻加固具有參考性和推廣應用前景。

（2）框架拉梁加固形式結構簡潔，材料用量較少，工程投資相對較少，與公路擋墻拆除新建相比，可以節約50%的工程投資，與常規公路高擋墻加固技術支撐墻相比，可以節約10%～20%的工程投資，經濟效益顯著。

（3）框架拉梁加固技術的施工對公路通行影響較小，施工快，該技術可廣泛應用于公路高擋墻路基加固及塌方路基搶險加固施工。

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周俊杰（1987—），男，碩士研究生，工程師，水工專責，主要研究方向：抽水蓄能電站水工運維與檢修。E-mail:502751512@qq.com

焦修明（1980—），男，碩士研究生，高級工程師，主要研究方向：大壩安全鑒定與管理。E-mail: 476189199@qq.com

Research and Application of High Retaining Wall Reinforcd by Structure Combined of Frame Beams and Straining Beams

ZHOU Junjie1，JIAO Xiuming2
（1.East China Tianhuangping Pumped Storage Power Station，Anji 313302,China; 2.Zhejiang Institude of Hydraulics and Estuary，Hangzhou 310000,China）

The Structure Combined of Frame Beams and Straining Beams is innovative absorbing the advantages of several conventional methods for High slope retaining wall reinforcement. The three-dimensional structure is formed with the main pier and horizontal beams making up a frame，linking the top of the main pier and one end of the straining beam，and anchoring the other end with the solid rocks inside the rode. In this paper，the conclusion is drawn that the combined frame excels at anti-sliding and anti-dumping by means of analyzing the maximum stress and stability performance. In addition，the site construction and security protection technique is introduced.Practice shows that the combined structure behaves optimal in the appearance of lightness，security guarantees.

High Slope; Retaining Wall Reinforcement; Frame Beams; Straining Beam; Combined Structure