雙福高速半填半挖高路堤病害分析及處治研究

摘要 為研究高速公路半填半挖高路堤的具體病害情況及處置舉措，該文基于海西高速公路網沈海復線福鼎貫嶺至柘榮段A3標段（K12+900～K21+950）中ZK16+005～ZK16+040段的半填半挖高路堤病害情況展開分析，并為該路段病害的處治，提出針對性方案。研究結果表明：在雙福高速半填半挖高路堤“墻裂縫”病害的防治過程中，需重點關注填方路基加固、擋土墻加固、穩定性計算、坡體排水設計等方面，并需做好這幾方面的合理設計，這樣才能夠確保該工程病害處治效果。同時，還需做好處治施工、運營的實時監控，以便為該路段后期穩定運營提供支持。綜上可得出結論：在高速半填半挖高路堤病害處治中，需結合具體工程地質情況、病害實況做出具體分析，以保證所設計處治方案的針對性、可行性。

關鍵詞 半填半挖高路堤；擋土墻開裂；預應力錨索

中圖分類號 U491.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0088-03

0 引言

隨著我國社會發展水平的提升，在我國高速公路建設事業的發展中，因水文氣候、工程地質地形等多種因素導致的路基塌陷、變形、沉陷等病害，一直困擾著相關建設單位及工作人員。該文以海西高速公路網沈海復線福鼎貫嶺至柘榮段A3標段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段半填半挖高路堤病害分析為例，基于這一工程病害出現的具體情況及形成原因，提出針對性處治措施，以期為同類型工程病害的有效防治提供支持。

1 工程概況

海西高速公路網沈海復線福鼎貫嶺至柘榮段A3標段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段，該段路堤主要是主線段分離式路基。單側路基寬度在12.25 m，最大填方邊坡高度31.2 m，第一級邊坡坡率1∶1.50；第二級邊坡坡率1∶1.75，坡面采用拱形骨架防護。其中（ZK16+005～ZK16+015）段路基左側設置仰斜式重力擋土墻，墻背填土高度16 m，擋墻最大高度18.0 m。（ZK16+015～ZK16+040）段路基左側設置仰斜式重力擋土墻，墻背填土高度8.0 m，擋墻最大高度17.0 m。ZK16+015處設置橫向端墻連接兩端擋土墻。墻身材料均采用C20片石混凝土澆筑。其路基類型主要為“半填半挖路基”，其原理見圖1。

ZK16+005～ZK16+040段錨固工程量見表1。

該路段地質概況主要表現為：場地地段上覆為第四系殘坡積粉質黏土，下伏為侏羅系南園組凝灰熔巖及其風化層[1]，根據探槽揭示，巖土層工程地質特征自上而下分述見表2。

2 工程病害情況及成因

2.1 病害情況

ZK16+005～ZK16+015段擋墻裂縫由墻頂向墻底發展，裂縫走向向小樁號方向傾斜，發展至距地表1.0 m處。ZK16+015～ZK16+040段擋墻裂縫由墻頂向墻底發展，裂縫走向向小樁號方向傾斜，發展至距地表2.0 m處，并發展至ZK16+015處端墻范圍，裂縫小樁號側的墻體向外挫動約3～6 mm。

2.2 成因分析

地表ZK16+005處為沖溝，根據裂縫分布情況分析，擋土墻開裂主要受填土推力以及基底下挫影響。受地表匯水影響，地下水滲流量加大，導致填土壓力增加，地基承載力下降，墻身變形應力超過材料強度，導致墻身開裂[2]。基于這種現狀進行反演，邊坡反演穩定性系數正常工況為1.05，非正常工況I（暴雨工況）為1.00。填料重度正常工況19.0 kN/m3，暴雨工況21.0 kN/m3。其中，穩定參數反演結果見表3。在對該工程的具體情況有充分了解后，需針對該工程半填半挖高路堤病害做出針對性處治。

3 雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案設計及實施

3.1 處治方案設計

3.1.1 設計原則

雙福高速半填半挖高路堤病害處治方案的設計，需遵循以下原則：（1）提高擋土墻（包括橫向端墻）支擋抗力；（2）增強排水設計，減小地下水滲透壓力，抑制地下水對填料及地基土的滲流破壞；（3）增加路堤填料自身抗滑力，避免路堤出現塌方滑坡；（4）加固ZK16+005沖溝處基底強度，抑制擋墻繼續下挫。

3.1.2 方案比選

根據路段病害成因，進行多種不同處治方案進行對比，以下為常規半填半挖高路堤病害處治方案：

（1）換土復填法

原理：對病害路基土體進行挖除，并重新回填。優點：施工簡單，直接針對病害部位進行處理[3]。缺點：工程耗費較大，又由于此項目地下水流量大，此加固方法無法從根源上解決問題。

（2）粉噴樁

原理：利用機械法將粉體固化劑注入土體內，固化劑與土體進行反應，形成一定強度的“樁體”。優點：成形樁體質量較好，能有效地加強土體承載力。缺點：施工流程復雜，造價相對較高。

（3）灌漿法

原理：通過壓力將漿液注入病害路段的土體裂隙或空隙中，漿液凝固后形成新的固結體，提高土體的強度和穩定性。優點：施工工藝便捷，對環境無太大影響，并且施工技術較為成熟，施工過程可控性強。缺點：該項目水流量較大，注漿效果無法保證。

該項目地下水滲流量大，地基承載力下降，以上常規方案在加固效果上不太符合現場實際要求。根據該項目特點，該文提出的加固設計方案為“填方路基加固+擋土墻加固”相互結合，從病害形成根源上進行加固，對整體安全性能有較大改善且有較強的經濟適用性。

3.1.3 具體設計內容

（1）填方路基加固：對填方路堤進行加固，在一級填方坡面設置錨索框格梁，采用4×15.2 mm預應力錨索，錨索長度46 m，錨固段長度10.0 m，設計抗力450 kN。

（2）擋土墻加固：主要以預應力錨索加固為主。預應力錨索是指通過特殊的材料和施工方法，將鋼繩或鋼筋固定于建筑物或結構物中，起到增強固定作用的一種技術方法[4]。錨索廣泛應用于橋梁、高層建筑、水壩、塔式結構物等工程領域。其具體施工工藝流程為：① 鉆孔：通過吊機，保證地質鉆機在第一排錨索操作平臺位置就位，并做好鉆機傾斜角度、鉆孔位置的優化調整，同時，在操作平臺及巖面上用緊固件將其固定[5]。具體鉆孔過程中，需要保持從下到上，伴隨鉆孔進度，需及時為操作人員構建好上一層操作平臺。其中，還需重點關注的是，錨索孔徑一般是130 mm，在利用機械設備進行鉆進的過程中，鉆孔深度必須與標準要求相符合。而如果遭遇因地層松散破碎造成的易坍塌孔，操作人員就需要以跟管鉆進的方式來進行鉆進。當然，如果在鉆進過程中，遭遇了坍孔的問題，就需要馬上停止鉆進，而后操作人員需重新以灌漿固壁，這一操作需控制壓力在0.2 MPa，在其初凝后，可以重新清掃并繼續鉆進。而在鉆孔完成后，需要清孔，采用高壓風，以保證孔內積水、巖粉的充分清除。② 制作錨索：一般情況下，標準鋼絞線是制作錨索的關鍵，需控制標準強度在1 860 MPa。在整個制作的過程中，鋼絞線下料長度的構成，主要包含自由段、錨固段、外露張拉段（1.5 m）等，并且需要以無齒鋸完成其切割。而在錨索擴張環、導向尖錐等，需要使用鋼筋（φ8 mm）、鋼管（φ45 mm）完成焊制。在成孔同一時間，錨索能夠在現場完成編制，其中需對其張拉段編制、內錨固段編制做出區分，前者以直線形狀為主，后者以波紋形狀為主。而錨索自由段的構成，首先需注重強力防腐涂料的涂抹，并用細鐵絲完成綁扎。隨后需給其套好波紋管，并于其內部進行黃油加注，并注重封閉，可以利用工程膠布完成。③ 安裝錨索：在正式開展錨索安裝作業的前期，錨索編號、孔號要保持一致性，作業人員需及時檢查。而后需展開清孔作業并安裝錨索。當然，在這一環節中，還需注意以下幾點：需做好限漿環、定位止水環的位置檢測；在定位止漿已經達到送孔口時，需及時停止推送，并做好單向閥門、注漿管的安裝作業；做好排氣管是否暢通及其具體位置的檢查。該工程中，關于應用6 mm×15.2 mm預應力錨索加固擋土墻的具體參數信息見表4。

此外，為抑制ZK16+005～ZK16+015段擋墻基底下挫，ZK16+005～ZK16+015段擋墻外設置鋼管樁注漿基礎，注漿深度8.0 m，樁頂設置冠梁與擋墻間空隙采用混凝土填充密實。

3.1.4 穩定性計算

在這一設計方案的穩定性計算中，需重點關注以下三點：（1）穩定性分析：基于地形條件、路堤建筑形狀，海西高速公路網沈海復線福鼎貫嶺至柘榮段A3標段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的穩定性計算，主要依據折線形破壞進行計算。其中，穩定性破壞示意圖見圖2。（2）錨索框格梁：重點考量預應力衰減情況，錨索對滑面壓力形成摩擦力按50%計，鋼管樁基礎僅為地基補強，不參與穩定計算；（3）重力式擋土墻：考慮現有擋土墻已出現裂縫，故按堆砌塊石考慮，重度取24 kN/m3，抗剪強度500 kPa。

隨后，還需進行坡體排水設計，一級邊坡、ZK16+005～ ZK16+015段重力擋土墻及ZK16+015 ～ZK16+040段樁板式擋土墻墻面，均應設置傾斜式排水孔，間距需控制5 m、深度需控制在25 m。

3.2 施工順序

在已經確定實施上述方案后，需對該工程具體處治施工順序，做出更進一步的明確，具體見圖3。

3.3 施工監測

在該工程半填半挖高路堤病害處治施工方案的實際落實中，除了對具體參數及順序的關注外，整個施工過程還需關注到該工程在處治施工及運營過程中的實時監測，以ZK16+010段作為實時監測斷面，主要監測內容為局部降雨量、邊坡表面位移量、土體深部位移形變量、錨桿錨索應力變化量等參數，能夠實現邊坡地質災害的安全監測和危險情況預警。具體可采用的方式包含：（1）雨量站監測：在坡頂安裝雨量監測站，通過自動化雨量桶采集瞬時雨量和累計雨量值，對邊坡局部降雨情況進行監測；（2）一體化監測數據采集站：將現場的錨索應力計、錨桿應力計以及其他類型的傳感器的監測數值，通過多通道數據采集器傳輸到云端，在監控中心直接進行記錄和分析，這對保證該工程半填半挖高路堤病害處治質量十分有益，在應用后該工程半填半挖高路堤病害發生率也明顯降低。

4 結論

綜上所述，雙福高速半填半挖高路堤病害的分析及處治，直接關系到整個高速公路的平穩、安全運行。該文海西高速公路網沈海復線福鼎貫嶺至柘榮段A3標段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的病害主要為“擋土墻開裂”，針對這一病害的處治手段為應用預應力錨索，工程中需做好擋土墻加固、填方路基加固。基于現實訴求，該文確定預應力錨索的長度為46 m、設計抗力為600 kN，并在確定施工順序后，引入雨量站監測、一體化監測數據采集站等手段，為該工程半填半挖高路堤病害處治質量提高、發生率降低等，提供了強而有力的保障。

參考文獻

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