桩板墙在既有加筋土挡土墙修复及加固中的应用

凌忠诚

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州730030）

20世纪60年代法国工程师HENRIV首次提出了加筋土的概念，并于1965在法国成功修建了第一座加筋土挡土墙，20世纪70年代末，中国开始引入加筋土技术。加筋土挡土墙由填土、筋带、面板3部分组成，具有收坡效果好、对地基承载力要求低、自重轻、工程造价低等特点，因此，在中国土木工程相关行业备受青睐。据统计，中国加筋土挡土墙主要用于公路行业，最大挡土墙高度高达33 m，位于重庆长江滨江路，尤其是在20世纪90年代以后[1]，加筋土挡土墙在中国得到了广泛的应用。然而，受限于中国筋材生产工艺和加筋土挡土墙施工工艺，筋带的耐久性以及筋带与面板之间的连接存在相对较差的问题，此外，当时对加筋土的理论研究还不够完善，部分加筋土挡土墙在使用过程中陆续开始发生面板脱落、鼓包、筋带老化等病害，直接威胁公路的正常运营，因此，针对已发生病害的加筋土挡土墙，通过病害原因分析和加筋土路基稳定性分析，选择安全可靠、经济合理的修复加固措施是十分有必要的。通过G312线凤翔路口（陕甘界）至平凉东（曹村湾）段公路改建工程K1703+165—K1703+237段左侧既有加筋土挡土墙面板修复的工程案例，为类似工程提供参考。

1 工程概况

G312线起点始于上海，终点止于新疆霍尔果斯口岸，由东向西，全线长4 967 km，其中甘肃省境内路线长1 536 km，包含平凉市境内凤翔路口至平凉东段，该段公路等级为双向二车道二级公路技术标准，路基宽度为12 m。G312线凤翔路口至平凉东段于2000年建成通车，截至2020年，已运营近20年。在K1703+165—K1703+237段路基左侧设置加筋土挡土墙，该加筋土挡土墙位于高填路基左侧（下山侧），路基右侧填平处理，墙长72 m，最大墙高13.5 m，路基填料为黄土，浅黄色，潮湿，中密状，土质均匀，局部含砾石；原基底为离石黄土，浅黄色，淡红色，潮湿，中密，土质不均，以粉细粒为主，粘粒含量高，具有小孔隙，可见少量钙质结核块体。当地年平均降雨量为514.5 mm，属大陆性季风气候区。2019-09，该段加筋土挡土墙筋带断裂，面板脱落、鼓包，墙后土体剥落，未发生边坡整体失稳、路面塌陷等病害，但是墙后土体如果持续剥落，将危及公路路基边坡稳定，对公路正常运营造成较大的安全隐患。

2 加筋土挡土墙病害的原因

加筋土挡土墙面板脱落、鼓包的原因为[2]：①筋带与面板结合部位长期受空气和反滤层排水的共同作用，造成筋带不断腐蚀老化，耐久性和抗拉强度降低；②局部路面雨下渗，造成墙后土体湿重度增大，内摩擦角减小，从而导致土压力增大以及筋带与填土间的摩擦力减小；③重载车辆较多，通车时间长，超载现象严重，直接导致墙后土压力增大，面板与筋带之间的拉力变大；④加筋土挡土墙面板为单个构件，相互之间的连接较薄弱，单点受力不同，容易出现局部变形。

3 受力分析

加筋土挡土墙是利用筋带与填土摩擦力，形成强度较高的复合体墙身，从而抵抗墙后土体产生的侧向土压力。目前对于加筋土作用机理有2种观点：第一种观点是摩擦加筋原理[3]，该观点认为土压力直接作用于面板上，面板通过筋带将土压力传递至稳定填土中；第二种观点是准黏聚力原理[3]，该观点认为土中加入筋带后形成复合土体，其摩擦角不变，但是产生了新的黏聚力，也称准黏聚力或似黏聚力，准黏聚力有效改善了加筋土的等效内摩擦角，从而提高填土边坡稳定性。

G312线凤翔路口至平凉东段位于黄土高原区，路基填料以黄土为主，在车辆荷载多年的持续作用下，该段路基已经碾压密实，根据《公路路基设计规范》关于路基填料综合内摩擦角的经验值，综合内摩擦角取35°，重度取18 kN/m3，路堤稳定性分析采用简化Bishop法进行计算。

式（1）（2）中：Fs为路堤稳定系数；ci、φi为第i个土条滑弧所在土层的黏聚力和内摩擦角；bi为第i个土条宽度，m；Wi为第i个土条重力，kN；Qi为第i个土条垂直方向外力，kN；αi为第i个土条底滑面的倾角，°。

根据上述路基稳定分析方法，利用理正岩土6.5进行边坡稳定性计算，采用极限平衡Bishop法，潜在破裂面按照圆弧破坏模型作为边坡稳定性计算的依据，结合准黏聚力原理，分别计算不同综合内摩擦角下路基的稳定性，分析结果如表1所示。

表1 边坡稳定性计算结果

通过上述边坡稳定分析，当路基填土综合内摩擦角小于42°时，边坡处于不稳定状态；综合内摩擦角达到44°时，边坡处于基本稳定状态；综合内摩擦角达到46°以上时，边坡处于稳定状态，满足规范要求。

2020-07-01—2020-08-15，施工单位对该段加筋土挡土墙进行了沉降位移观测。共布设了4组位移计和沉降观测计C1、C2、C3、C4，分别在加筋土挡土墙的顶部布设了2处，在中部和中下部各布设了1处，经过45 d的监测，共采集了10组数据，监测结果如表2所示。不同部位高程点监测曲线如图1所示。

表2 高程监测结果（单位：m）

图1 不同部位高程点监测曲线

监测结果显示：C1监测点高程介于1 113.382～1113.386m，C2监测点高程介于1113.730～1 113.733m，C3监测点高程介于1 107.545～1 107.549 m，C4监测点高程介于1 100.278～1 100.282 m。根据位移监测数据，C1监测点累计位移为1 mm，C2监测点累计位移为3 mm，C3监测点累计位移为3 mm，C4监测点累计位移为1 mm。表明路基未发生沉降变形和位移变形，边坡整体处于稳定状态。

黄土为细粒土，根据《公路路基设计规范》，细粒土的综合内摩擦角经验值为35°～40°，因此，结合边坡稳定计算结果以及路基沉降及位移监测结果，表明在筋带的作用下，黄土的综合内摩擦角得到了有效提高。

根据现场踏勘情况，路基填料为黄土，该段加筋土挡土墙仅发生局部面板脱落、鼓包等病害，上部路面完好，未发生路面沉降、挡土墙整体破坏等病害，且G312线已经运营近20年，该段挡土墙没发生整体垮塌等，在面板已经脱落的加筋土挡土墙已经与摩擦加筋原理不符，表明该加筋土作用机理与准黏聚力原理更为吻合，因此，可判断该段挡土墙处于稳定状态，但是面板脱落、鼓包会导致路基边坡不断剥落，影响路基边坡稳定，从而威胁公路安全运营。

4 加筋土挡土墙修复加固方案

该段既有加筋土挡土墙位于V形冲沟内，沟底纵坡较陡，现加筋土挡土墙坡脚外侧约8 m范围内，横坡相对较缓，经现场钻探查明，加筋土填土为黄土，原沟底地质为离石黄土。结合现场既有挡土墙的地形地质条件，提出以下方案进行比选。

俯斜式挡土墙方案：施工方便、工期短，对既有加筋土筋带无干扰，但是由于挡土墙高度高达15 m，自重较大，对地基承载力要求较高，工程造价高，存在一定的安全风险，此外，需要补充征地，征地实施较为困难。

锚杆框格梁方案[4]：结构自重轻，工程造价低，可避免新增占地，但是锚杆施工可能会破坏既有筋带，从而改变加筋土受力机理，存在较大的安全风险，且黄土锚杆效果较差。

桩板墙方案：传统的支挡结构，受力效果好，可为既有加筋土挡土墙提供较大的横向支撑力，同时不会对既有加筋土筋带产生不良影响，但是因现场为V形沟，既有边坡底无施工场地，只能在G312线公路上施工，施工难度相对较大。

综合结构安全性、可实施性、工程造价等因素，最终确定采用桩板墙修复方案。具体方案如下：拆除脱落、悬空的面板，墙后剥落处采用C20混凝土填充修补，桩板墙锚固桩采用C30钢筋混凝土浇筑，桩径1.5 m，桩间距5.0 m，桩长28.0 m，其中悬臂端长10.5 m，锚固端长17.5 m，桩后挂设50 cm厚挡土板。

施工顺序如下：完善防排水→坡面变形监测点布设→挂主动防护网→拆除脱落面板→桩板墙及挡土墙悬空处浇筑施工→交安设施。

施工过程中应注意以下事项：①施工过程中加强对既有加筋土挡土墙变形的监测，严格监测加筋土挡土墙面板变形情况，发现问题及时采取措施，确保施工安全；②桩基施工时，应确保与既有加筋土挡土墙之间有足够的安全距离，尽量减轻对既有加筋土挡土墙的扰动，防止路基失稳；③加筋土挡土墙预加固施工期间，施工车辆应绕避通行，尽量减小车辆荷载等作用对路基稳定和桩板墙施工的安全影响；④优先选择晴天施工，如雨天必须施工，则应在确保安全的前提下进行；⑤坚持快速施工的原则，达到及早稳固边坡的目的。

5 结语

通过本工程案例，桩板墙修复加筋土挡土墙面板的处治效果较好；加筋土挡土墙通过提高路基填料的综合内摩擦角，从而增加了路基的稳定性；通过对路基边坡的沉降和位移监测，表明加筋土挡土墙面板脱落后，仍处于稳定状态；加筋土挡土墙作用机理偏向于准黏聚力原理；对于符合准黏聚力原理的加筋土挡土墙，面板修复方案选择时，建议尽量不要破坏既有筋带。