柔性挡土墙在膨胀土路堑边坡加固中的应用.pdf

城市建筑┃道路桥梁┃URBANISMANDARCHITECTURE┃ROADANDBRIDGE柔性挡土墙在膨胀土路堑边坡加固中的应用■张东星[摘要]在公路建设过程中，膨胀土病害不仅影响建设工期，还会造成建设成本的增加。如果治理不当，还会给建设和运营带来安全隐患。本文对陕西省的榆商线洛南至岔口铺段高速公路洛南西互通E匝道膨胀土路堑边坡采用的柔性挡土墙进行了分析和总结。图2TRW90×120-130型合金网及箱体大样图[关键词]柔性挡土墙膨胀土路堑边坡应用图1膨胀土边坡变形、失稳四、边坡失稳原因分析一、工程概况该段边坡坡体主要为黏土，局部夹有膨胀土层榆商线洛南至岔口铺段高速公路位于秦岭山脉且天然含水量大，随着坡体开挖临空面变大，原有腹地的陕西南部商洛地区洛南县境内，属秦岭山地的力学平衡被打破，在开挖影响范围区内，发生松构造地貌单元。项目所在区属北温带亚湿润山地气动的部分是造成坡体失稳的主要原因，开挖坡体的候区，四季变化明显，一月份平均气温13.1℃，七失稳一般是沿某滑带发生滑移破坏，滑移面是在开月份平均气温26.3℃，冬季最低气温-13.4℃，夏挖过程中，因应力位移的调整而逐步形成的。另外，季最高气温40.8℃。夏季多有暴雨和伏旱，秋季多此段边坡坡体含水量较大，遇水后强度衰减较快，有连阴雨天气。年均降雨量755mm，最大冻深20～是造成坡体变形的重要原因。50cm。此段边坡顶部地势低洼，边坡土体具有弱膨胀图3箱连接示意图根据地质资料及边坡开挖情况，在路堑开挖深性，路基开挖后，雨水下渗，导致土体饱水，致使2.施工过程度范围内，上部低液限黏土，孔隙发育，土质不均，坡脚部位剪应力超过土体抗剪强度，土体发生局部将集中箱组装完成后，放置于设计标号所规定以粉质黏土为主，夹黏土夹层，局部具光滑面和擦破坏，进而使边坡中部受拉开裂，随后雨水渗入裂的位置，进行装石，面层用人工控制及挡墙板临时痕，裂隙发育，抗剪强度较低，路堑边坡稳定性较缝中，两端剪损处浸水软化，开裂和滑动面继续向控制，箱体面层30～40cm处人工抹砌，达到平整差。下部为低液限黏土，土质较均，以黏土为主，坡顶发展而产生滑塌。美观，纵向长度挂线施工，控制层高和错台，基础具光滑面和檫痕，裂隙发育，沿裂隙面见大量灰白、五、防治措施部分箱笼应预留外倾角，石料选用大于网孔1～2倍灰绿色条带，自由膨胀率为40%～54%，具弱膨胀性，对EK0+070～EK0+300（最大挖深10m）及的粒径为宜，空隙密实度大于80%，密实料选用级土体稳定性差。EK0+580～EK0+750（最大挖深5m）挖方段，边坡坡配良好的碎石，箱与箱用专用连接线缝合，达到牢根据膨胀性试验指标，项目区膨胀土的膨胀性脚采用3～6m高柔性挡土墙，沿纵向每隔5m在挡固。主要为弱膨胀，影响路基稳定的膨胀土分布于洛南墙基底与路堑边沟之间设置横向盲沟，将挡墙基底挡墙整体完成后，在预留台阶面上堆放植生袋西互通E匝道的EK0+070～EK0+300（挖方地表下渗水引至路堑边沟盲沟中。盲沟为宽1.0m、深进行坡面绿化，在其表面加设防护网防止植生袋掉2.6m，自由膨胀率为40%～54%）、EK0+580～EK0+7500.8m的矩形盲沟；墙顶以上边坡坡率采用1:2，采落，防护网与箱体须连接固定；在箱体外露面喷播（挖方地表下1.5m，自由膨胀率为40%～54%）挖用混凝土拱形骨架护坡，骨架内采用干砌片石表面4～7cm厚加入草籽、肥料、胶结剂的泥土或种植爬方段。勾缝封水处理，边坡平台与坡口处采用8%石灰土封藤类植物进行进行坡面绿化。二、膨胀土的特点水处理。膨胀土系指土中含有较多的黏粒及其他亲水性为了改善挡土墙及砌石骨架边坡给司乘人员造较强的蒙脱石或伊利石等黏土矿物成分，其主要特成呆板、压抑的视觉感受，提高公路的舒适性，使点为“遇水膨胀、失水收缩”，同时还具有崩解性、边坡防护与自然环境相协调，故对挡墙墙面或墙顶多裂隙性及强度衰减性等特殊性质。以上部分进行喷播植草或种植爬藤类植物并在箱体三、膨胀土路堑边坡病害的表现错台位置堆放植生袋并加设防护网进行绿化、美化。经对榆商线洛南至岔口铺段高速公路E匝道膨六、施工技术胀土路堑边坡失稳现象的观察，其表现形式为：图4柔性挡土墙施工1.材料要求（1）胀缩性七、治理方案评价TRW型石料集中箱，采用合金钢丝机编成90×由于构成路堑边坡的膨胀土的特殊的物理力学（1）柔性挡墙同浆砌、干砌片石相比，有自重120～130mm蜂巢式网片，工厂加工成箱体形状，箱性质，其具有显著的遇水膨胀，失水收缩性。大，整体性好的优点。体网孔线径为（Z）φ2.6、（p）φ3.6复合形箱体，（2）季节性（2）柔性挡墙能够承受边坡的不均匀变形，可框线为（Z）φ3.0、（p）φ4.0线径，单根强度大边坡失稳多发生在雨季，水是膨胀土边坡失稳2以消除因膨胀土边坡的反复性而发生次生灾害。于420MPa，含锌量大于240g/m，整网强度大于的主要因素。2（3）柔性挡墙基础断面较干砌片石、浆砌片石38KN/m，为配合生态景观功效，箱体采用树脂包裹（3）多发性断面大，能够有效解决坡脚应力过大而导致墙体变成墨绿色，使用寿命大于50年。膨胀土边坡，一般均会发生不同程度的病害。形问题。集中箱内充填石料粒径须大于网孔尺寸1～（4）柔性挡墙可以通过自身的变形来吸收膨胀2倍，且须占总石料体积的80%以上，剩余空隙采用能。级配良好的碎石填充，所用石料抗压强度不小于（下转第304页）30MPa，严禁使用风化石等不坚固石料填充。301 2.新大件公路荷载标准对桥梁的影响可以满足新荷载标准的桥梁。力，本文从现状分析，荷载标准及提升措施三个方新大件荷载标准相对于原大件荷载标准，对于如对于上部结构存在局部病害的桥梁，其设计面，提出大件运输方案与既有道路桥梁相适应的合单孔跨径小于25m的简支梁，对上部结构的荷载效要点是通过改造梁板铰缝、桥面铺装等改善桥面板理运输理念，该理念作为大件运输公路运载能力提应未超过原设计荷载效应。受力；若梁板存在裂缝，则应先为裂缝进行处治，升的技术思路，对于公路运载能力的提高指明了科对于单孔跨径小于25m的单跨简支梁，以及单必要时采用粘贴碳纤维进行加固。学合理的方向；同时，四川省大件公路设计技术指孔跨径小于或等于13m的多跨简支梁，对盖梁、墩对于下部结构存在局部病害的桥梁，针对不同标从制定开始就考虑到技术层面的可操作性，兼顾柱和桩基的荷载效应未超过原设计荷载效应。桥梁采用不同加固措施。如石亭江大桥桥墩冲刷严了技术指标与加固方式的适用性与经济性。对四川对于跨径大于13m的多跨简支梁或连续梁，新重，拟在病害桥墩的每根桩基处增设两根桩基，并省大件运输公路进行运输通道能力进行改造，改造标准对盖梁、墩柱和桩基的荷载效应增加在15%以增设承台共同受力。后大件运输承载能力提升至1314吨，四川省大件公内。（2）结构计算不满足规范要求，病害较轻，加路成为全国里程最长、设计荷载等级最高、地形条四、桥梁加固技术思路固后可以满足新荷载标准的桥梁。件最复杂、技术难度最大的大件专用公路。为满足新大件运输的荷载标准，根据安全、经如对于部分盖梁，采用粘贴钢板进行加固。参考文献济、高效的原则，制定了以下桥梁加固处治的原则：对于计算不满足规范要求的连续梁，采用增设[1]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].1.需要部分拆除重建的桥梁体外预应力法进行加固。2004.（1）上部结构病害较多，加固经济效益不好的（3）对线形不满足大件公路新技术标准的桥[2]JTG／TJ21-2011，公路桥梁承载力检测评定规桥梁。梁，独立进行设计。程[S].2011.（2）计算不满足规范要求，加固施工较困难且3.正常养护的桥梁[3]川交函[2009]546号.关于发布《四川省大件公加固经济效益不好的桥梁。计算满足规范要求，或新标准荷载效应不大于路设计技术指标规定》的通知[Z].2009.2.需要加固的桥梁原荷载效应，经检测状况良好的桥梁。（作者单位：四川省交通运输厅公路规划勘察设计（1）结构计算满足规范要求，或新标准荷载效五、结语研究院，成都610041）应不大于原荷载效应，但结构有局部病害，加固后为满足装备制造业对于巨大单体的大件运输能（上接第300页）梁的影响，本桥采用在设计标高到桥台台帽底面以增加基础的抗拔承载力。nqs为中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩下50cm的深度及至桥头搭板尾端的长度范围内换五、结语阻力标准值。该值可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ填砂砾土等非冻胀性材料的方法，以改善冻胀力对综上所述，在多年冻土区进行桥梁基础的设计94-2008）中式（5.4.4-1）和式（5.4.4-2）计算得桥台盖梁的影响。对于桥墩桩间系梁，则采取将其是比较复杂的问题，应综合考虑多方面的因素，既出；采用规范推荐土的有效应力法计算。置于地面以上不小于20cm的位置，从而避免冻胀要考虑桩基础在切向和法向冻胀力作用下的破坏验m为中性点以上桩周土层厚度加权平均重度。影响。算，又要考虑冻土融沉对桩周边的负摩阻，同时尽对于单桩基础或按式（2）计算的群桩效应系数除本工程所采用防治冻胀措施外，还有以下一可能地采取有效的放冻胀破坏措施，从而保证桥梁n＞1时，n=1。些其他防治措施：的安全和正常使用，力求做到技术先进和经济合理。综上所述，多年冻土区桥梁桩基的设计计算与（1）对与冻胀土接触的基础侧表面进行抹平压参考文献常规桥梁桩基设计计算相比，需考虑冻土的冻胀和光处理。[1]交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册—路融沉对其的影响。（2）通过物理化学方法处理基侧表面，如在桩基（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2001.四、桩基施工及防冻胀的措施和方法柱最大冻深范围内均匀地涂黄油，然后包上油毡纸，[2]JGJ118-2011，冻土地区建筑地基基础设计规范为了减少钻孔灌注桩施工对冻土的扰动，本桥二毡二油或三毡三油，形成油包桩；在桩柱表面涂[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.桩基于冬季进行施工，同时采用低温早强耐久性混以活性剂渣油或在外表面加圆套管，桩管间隙注入[3]李德行.高海拔高寒多年冻土区钻孔灌注桩施工凝土灌注桩基，这样一是可以满足混凝土冬季施工工业凡士林、黄油或其他润滑剂。对钻孔灌注桩施技术[J].西部探矿工程，2005(3)：51-53.的要求，提高混凝土抗冻融强度，二是通过掺加外工的桩基也可采取在桩基周边浇灌斑脱土浆的方（作者单位：中国市政工程中南设计研究总院有限加剂此种混凝土的水化热较一般混凝土大大降低，法。公司，武汉430010）从而减少了对冻土的热扰动。（3）利用自锚式基础也是防止切向冻胀的有效为防治切向和法向冻胀力对桥台盖梁和桩间系措施之一，即在冻土层以下设扩展基础、扩大头等（上接第301页）八、结语果良好。（5）当坡体含水量过大时，可以通过柔性挡墙随着我国公路建设的迅猛发展，不可避免地需参考文献排出，从而降低边坡因含水量过大而产生的膨胀能，要穿越膨胀土分布区，膨胀土工程地质问题已成为[1]中华人民共和国交通部.膨胀土地区路基.JTG达到“以柔治胀”的效果，从而保证边坡的长期稳公路建设中突出的工程问题之一。虽然各地区积累D30-2004，公路路基设计规范[S].2004.定。了丰富的膨胀土治理经验，然而由于膨胀土性质的[2]长兴文.南-邓高速公路膨胀土路基设计[J].公复杂性，各地区在治理膨胀土的效果上并不显著，路交通科技，2004(9)：5-9.易造成人力、财力资源的浪费，甚至给公路建设和（作者单位：中交通力建设股份有限公司，西安运营带来一定安全隐患。所以只有提高对膨胀土问710075）题的重视程度，并根据各地区的实际情况采取合理的处治措施，才能保证膨胀土的治理效果。本文结合陕西南部商洛地区的榆商线洛南至岔口铺段高速公路洛南西互通E匝道膨胀土路堑边坡，对柔性挡土墙加固技术进行了分析及总结，从治理结果来看，图5柔性挡土墙及治理后效果使用柔性挡土墙加固措施达到了预期目的，治理效304