黄塔桃高速公路状元泉高挡墙开裂处理

都春苗 吴福忠

1 概述

黄山至塔岭(皖赣界)和小贺至桃林(皖浙界)高速公路是国家高速公路网中北京至台北高速公路和杭州至瑞丽高速公路的重要组成部分，也是安徽省高速公路网规划“四纵八横”公路主骨架中“纵二”重要路段，同时还是交通部典型示范工程。项目于2005年12月开工建设，2008年年底全线通车。

状元泉高挡墙位于第七标段LK29+070～LK29+353右侧，为衡重式路堤挡墙，A=8 m，挡墙最大高度15 m，最小高度9 m，基础埋深2 m以上。该段原设计为外塔坑5号桥，跨径为11 m×30 m，中心桩号为LK29+243。由于该标段弃方量较大，弃渣场征地难以协调，为充分利用废方，减少占地，将外塔坑5号桥取消，变更为路基，充分利用隧道弃渣。

2 挡墙开裂情况

挡土墙全长283 m，地形为山凹处水田，地势纵向起伏5 m～6 m(地面标高274 m～280 m)。墙身采用M7．5浆砌片石砌筑。其中LK29+070～LK27+150右侧挡墙外侧为民房，LK29+165～LK29+353右侧外侧为改沟，距离挡墙基础较近。挡墙顶面采用植生袋分台阶防护，边坡坡率1∶1．5，边坡目前植被覆盖情况良好。

经现场勘查，该段挡墙距离顶部2．5 m～4 m处出现一道横向连贯的裂缝，裂缝宽3 mm～8 mm，沿浆砌片石勾缝发育。挡墙设置的泄水孔无水流痕迹。其中LK29+070～LK29+100处挡墙底部渗水，有壅鼓，挡墙沉降缝有错台现象，错台宽度1 cm～2 cm。挡墙上的填土边坡未见裂缝，路面情况良好，无病害。挡墙开裂情况见图1。

图1 挡墙开裂情况

3 挡墙开裂原因分析

1)挡墙基础地质条件。该段地层岩性为钾长花岗岩，表层为第四系全新统残坡积、冲洪积亚粘土和砂砾卵石层。根据原外塔坑5号桥地勘资料，墙基表层一般为碎石土，承载力较高，能达到500 kPa;局部为漂石，承载力为600 kPa，其下为强风化钾长花岗岩，承载力达到950 kPa以上。

根据挡墙墙趾地质资料，挡墙基底承载力能满足设计要求。

2)挡墙抗剪验算。

a．验算公式。根据JTG D61-2005公路圬工桥涵设计规范第4．0．13条:砌体构件或混凝土构件直接受剪式，按下式进行计算:

其中，γ0为结构重要性系数;vd为剪力设计值;A为受剪截面面积;fvd为砌体或混凝土抗剪强度设计值，M7．5砂浆直接抗剪强度设计值片石砌体为0．147 MPa;μf为摩擦系数，砌体沿砌体或混凝土滑动，潮湿面取0．60;Nk为与受剪截面垂直的压力标准值。

b．安全系数验算。选取上挡墙截面h1=5 m，b1=2．6 m进行验算。

Nk=115．304 kN;vd=191．467 kN;A=4．35 m2;fvd=0．147 MPa。

代入上式内计算得到安全系数γ0=3．55，满足规范要求。

通过计算，原设计挡墙结构尺寸满足抗剪要求，说明挡墙开裂非截面尺寸过小原因。

3)原因分析。根据现场调查及计算分析，原设计挡墙尺寸及地质条件均能满足挡墙稳定性验算要求。由于该段路基填土高度较高，挡墙顶面尚有8 m高路堤，土体对挡墙存在一定的水平作用力，主要依靠挡墙片石之间的水泥砂浆的抗剪强度来抵消。根据裂缝形状，挡墙应为发生剪切破坏，现状挡墙自身的抗剪强度不足以抵抗土体主动土压力的水平分力导致，而其破裂面会出现在挡墙截面相对较小的上挡墙。

图2 钢花管处理裂缝立面图

由于挡土墙墙后主动土压力的大小与路基填料的内摩擦角和粘聚力直接相关，而路基填料的内摩擦角和粘聚力与填料种类、压实度等密切相关;挡墙自身的抗剪强度与石料、砂浆的饱和程度也密切相关。因此，分析挡墙破坏主要有两方面原因:现有挡墙不符合设计要求，抗剪强度不满足;由于路堤随雨水的不断渗入，泄水孔功能有所丧失，填料内摩擦角减小，土体容重增大，主动土压力增加所导致。

图3 钢花管处理裂缝平面图

图4 路肩墙断面示意图

4 处理方案

对于挡墙上部出现横向裂缝，下部未见病害的段落，采用自进式钢花管进行加固处理。钢花管自墙顶面中间，竖直向下钻入墙体内部，深度应低于最低裂缝位置以下不小于1 m，单排布设，纵向布置间距1．0 m。钢花管打入后注浆。水泥砂浆粘结剂采用425号以上新鲜硅酸盐水泥，砂径不大于2．5 mm。施工时，当每孔注浆量达到设计注浆量时，可以结束注浆，水泥浆参数可根据现场注浆效果进行调整。钢花管处理裂缝示意图见图2，图3。

LK29+238～LK29+274段挡墙发生壅鼓，该段挡墙外侧距离泄洪渠较大，且发生位置距离地面较低。因此该段采用在挡墙外侧垂直于路线方向增设扶壁墙进行加固，以增强原有挡墙的抗滑移、抗倾覆能力，防止挡墙壅鼓继续发育，造成挡墙损坏。路肩墙断面示意图见图4。扶壁式挡墙采用C20片石混凝土整体现浇。

［1］ 李勇泉．博深高速公路挡土墙设计［J］．山西建筑，2010，36(14):262-263．