框架錨索加固某線既有病害擋墻的研究與實踐

■李萬里

（海峽（福建）交通工程設計有限公司，福州 350000）

0 前言

對存在病害的既有擋土墻進行加固已成為巖土工程中的一項重要課題。目前采用的加固方法有預應力錨索錨桿、抗滑樁及既有擋土墻墻趾外新建擋土墻等。其中，既有擋土墻墻趾外新建擋土墻對地形、地質條件要求較高；抗滑樁可以加固大多數情況下的既有擋土墻，但造價高、工期長、施工難度大；預應力錨索錨桿兼具地形適應性強和造價、工期適中的優點。以下，將結合具體工程項目對預應力錨索加固既有病害擋墻進行分析。

1 工程概況

某新建高速公路與某線鐵路交叉，高速公路為橋隧相接，鐵路為路塹。鐵路運營里程K322+285～+310段右側路塹有一處施工道路擋土墻，采用漿砌片石砌筑，高3～6m，長25m，擋土墻后側主要為填土層，擋土墻基底位于粉質黏土層，如圖1所示。現場調查中，發現墻面有不規則交錯裂縫（見圖2），墻頂有局部貫通橫向裂縫（見圖3），已影響鐵路運營安全，需對該段擋土墻進行加固處理。

圖1 加固前橫斷面示意圖

圖2 墻面交錯裂縫

圖3 墻頂橫向裂縫

2 病害分析

表觀來看，擋土墻墻面膨脹隆起、開裂，墻頂形成拉裂縫。從地形分析，橫向地形陡峻，不利于擋土墻及墻后填土的穩定，且擋墻的襟邊寬度小于2.5m，不符合規范要求；從地質分析，擋墻基礎位于粉質黏土層，基底摩擦系數低，墻后填土壓實不足，存在沿天然地面滑動的可能；從施工分析，擋土墻墻體質量差，砂漿不飽滿，導致墻身強度低；從排水分析，排水措施設置不合理，導致暴雨來臨時，墻背聚集的雨水難以排出，降低填土抗剪強度，增大主動土壓力。

綜上所述，作用于擋墻的土壓力超過了墻身材料強度，導致墻面開裂；抗滑穩定性不足，墻體向外滑移，導致墻頂拉裂；由于該擋墻位于斜坡地段，還存在整體失穩的風險。

3 工程措施

由以上分析可知，病害擋墻的抗滑及整體穩定性不滿足要求，應有針對性進行加固。采用預應力錨索加固，預應力施加后，將對擋墻產生一個向內的拉力，猶如在靠近擋墻外側有一個對擋墻向內的推力一樣，但預應力的施加是通過錨頭給予擋墻的，不能均勻地分布于墻面，存在應力集中現象，對病害擋墻不利。為解決這一問題，引入框架梁，形成框架+錨索系統，能使錨固力均勻施加于擋墻。錨索橫向間距3.0m，豎向間距2.0m，錨索采用4根Φ=15.24mm鋼絞線，傾角20°，長17～19m，錨固段長10m，每孔設計錨固力450kN，錨索孔徑130mm，孔內灌注M40水泥砂漿。框架梁為C35鋼筋混凝土，截面0.4m×0.4m。

考慮到墻后填土未經壓實，土體松散，直接施加預應力可能會導致填土地層壓縮變形，進一步導致擋墻失穩，同時為保證預應力錨索成孔過程穿越墻背回填土層時，土層不塌陷，不影響成孔，故預應力錨索施工前墻背先采用花管注漿加固，注漿孔縱向間距1m，1～2排，共計38孔，孔深 3～6m，每延米注漿量 5.44m3。

為加強邊坡排水，墻面設Φ100mm仰斜排水孔，傾角 15°，間距 2.0m，孔深 13～16m。 詳見圖 4。

圖4 加固后橫斷面示意圖

4 工程驗算

（1）基本原理

根據邊坡的結構和巖體材料參數，在Geostudio軟件中SIGMA/W模塊中采用Quads單元和Triangles單元劃分地層、擋墻及框架梁模型，采用結構梁、結構桿件單元來模擬錨索。然后將分析結果，將坡體開挖后和坡體加固后的應力分布場分別導入slope/w模塊進行穩定分析。

（2）模型及參數選取

數值計算中，參考地質勘測、地質鉆探資料及按照工程類比法確定巖石的力學參數，計算模型如圖5、6所示，參數如表1所示。

圖5 原始狀態網格劃分

圖6 框架錨索加固后網格劃分

表1 計算參數表

（3）數值模擬分析

本文取典型斷面K322+295進行驗算，結論如下：

①應力分析

原始狀態時，邊坡在自重應力的作用下已經穩定，應力的大小與地層的深度成正比。采用框架錨索措施后，預應力錨索影響范圍應力總體增大，框架梁、擋墻及自由端周邊土體的位移方向為朝向山體，錨固端周邊土體為背離山體。詳見圖7和圖8。

圖7 原始狀態應力分布

圖8 預應力錨索加固后應力分布

②穩定系數分析

原始狀態時整體穩定系數為0.98，框架錨索加固后的整體穩定系數為1.31。根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2015），設置于斜坡上的擋土墻，整體穩定系數不應小于1.25，可知原始狀態時整體穩定系數不滿足規范要求，加固后滿足規范要求。詳見圖9和圖10。

5 結論

（1）通過驗算，原始狀態時整體穩定系數為0.98，不滿足規范要求；框架錨索加固后的整體穩定系數為1.31，滿足規范要求。該工程于2017年3月完成，經過4～6月雨季，擋墻及邊坡穩定，加固效果好，故框架錨索加固的處治方法是切實可行的。

圖9 原始狀態整體穩定系數

圖10 應力錨索加固后整體穩定系數

（2）當既有擋墻墻背填土未經壓縮、土體松散時，在預應力錨索施工前，需對填土進行改良，防止因墻后填土壓縮帶來的擋墻失穩。

（3）擋墻加固需綜合治理，如本工程中，排水不暢是擋墻病害的一個誘因，需增加相應的排水措施。