扶壁式挡墙变形加固处理设计

王大群　田阳辉

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司　武汉　430056)

扶壁式挡墙变形加固处理设计

王大群田阳辉

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056)

摘要挡墙变形开裂是工程中较常见问题，文中通过对某软基路段高填扶壁式挡墙变形开裂加固处理设计，从加强前期观测，分析其产生的原因，到有针对性地提出加固处理方案。通过计算和综合对比，优化设计方案，取得了良好的工程效果。

关键词挡墙变形加固泡沫混凝土

漳州台商投资区某快速公路作为规划中国道319线漳州段改线一期工程的一段，是漳州市“十二五”综合交通运输体系发展规划中提升国道网络通行能力的重要组成部分，该项目全长为4.6 km，起讫桩号为：K7+400～K12+000。

中闽互通匝道FK0+035～FK0+054右侧和主线K9+194～K9+378左侧紧临一改路项目，改路项目路基宽度为6 m，路基顶面与现有鱼、虾塘梗平齐，FK0+035～FK0+053和K9+194～K9+378高出改路项目5.5～7.2 m。由于放坡受限，FK0+035～FK0+053右侧和K9+194～K9+378左侧设置了扶壁式路肩墙，墙高为6.5～8.5 m。挡墙平面图见图1。

图1　挡墙平面图

FK0+035～FK0+053右侧和K9+194～K9+378路段自上而下工程地为：素填土，淤泥呈灰黑色，流塑，含较多腐植物，有腥臭味。其天然含水量为64%，天然孔隙比为1.801，为高压缩层，属于海相冲积形成的淤泥；淤泥层下为粉质粘土，主要由粘粉粒组成，可塑，是路基较好的持力层；再下为细砂层，中密～密实状态，下伏残积性粘性土和基岩。各土层性质见表1。

表1　地层力学性质

1原施工图地基处理设计

K9+194～K9+378路段挡墙基底原设计采用CFG桩处理，桩径0.4 m，间距为1.5 m，平均桩长15.0 m，正方形布置；非挡墙基底采用水泥搅拌桩处理，桩径0.5 m，间距为1.5 m，桩长10.5 m，三角形布置。FK0+035～FK0+053路段全幅采用CFG桩处理，桩径0.4 m，桩间距为1.5 m，桩长15.0 m，正方形布置。设计CFG桩桩身28 d无侧限抗压强度不小于10 MPa，水泥搅拌桩28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa[1]。

桩基施工完毕后， 对FK0+035～FK0+053和K9+194～K9+378路段分别进行桩基检测，其中CFG桩处理部分满足设计要求，但是对K9+194～K9+378路段已施工水泥搅拌桩现场28 d龄期取心检测，检测结果显示部分搅拌在淤泥层采取率较低，心样松散或为可塑水泥土，强度不满足设计要求，桩身强度最小值为0.3 MPa，不合格率为80.4%。

针对基底水泥搅拌桩桩基处理不满足设计要求的工况，设计单位进行了变更设计，设计在挡墙基底内侧增加2排CFG桩，坡脚外侧增设1排CFG桩，CFG桩强度要求不小于C15，桩的纵向间距为1.5 m。采用Slide有限元模拟CFG桩加固后，运营期的路基稳定性系数达到了1.205，见图2。

图2　CFG桩加固后路基稳定性计算

桩基施工和加固完成后，施工单位依序进行路堤填筑和挡墙施工，当挡墙和路堤施工至路床顶面要求时，部分节段挡墙发生了墙顶向外倾斜和错缝的情况，水平最大倾斜20 cm，个别节段墙体整体向外偏移。

2挡墙变形的原因分析

针对挡墙变形路段，设计单位布置了3个观测断面，要求进行沉降位移观测。观测结果显示，路基沉降量均满足设计要求，挡墙顶部向外最大变形量为2.5 mm/d，挡墙坡脚处几乎不产生变形。

根据观测结果，同时结合现场工况对挡墙产生变形的原因进行了分析，分析认为依据设计要求，挡墙台背采用碎石土填筑，综合内摩擦角不小于35°，密实程度为中等[2]，挡墙墙趾基底压力最大将达到187 kPa，设计变更要求经过CFG桩处理后的复合地基承载力特征值达到205 kPa，CFG桩处理后的复合地基理论上完全能够满足正常挡墙工程需要。

而本项目挡墙施工的实际工况是台背填土压实度不足，经检测属于松散至稍密状态。根据《工程地质手册》经验参数，台背综合内摩擦角仅为25°～30°，据此计算完工后的挡墙墙趾处基底压力将达到208～231 kPa，这将超出墙底CFG桩处理后的复合地基承载力特征值。

此外根据目前已施工的挡墙及填土高度，台背综合内摩擦角按照松散取值25°进行验算，墙趾处压应力为141 kPa，而此时挡墙实际只有部分节段发生了轻微变形，据此认为挡墙基底复合地基实际承载力最大为141 kPa。

基于以上分析认为，该段挡墙产生变形的原因是由于台背填料压实度不足，导致挡墙台背填土压力过大，同时挡墙基底复合地基承载力不满足要求所致。

3处理设计方案论证

挡墙变形产生后，根据相关工程资料，结合福建地区成熟的处理类似工程的施工技术方法，提出以下3种处理设计方案。

(1) 气泡轻质土加固。气泡轻质土是一种先进的轻型填土材料。轻质填土是通过固化剂(一般用水泥浆)中加入气泡经充分拌和而成，容重较一般填土材料轻得多。气泡混合轻质土具有轻质性(容重5～13 kN/m3)、良好的流动性(泵送距离最大可达500 m)、固化后的自立性好等特点[3]，而且其容重和抗压强度可通过配合比进行相应的调整。采用轻质土换填技术可大大地降低填土荷载，减少地基土压力，路基整体潜在滑动面将向远离挡墙方向移动，潜在滑动面穿过的复合地基范围增大，从而提高该段路基的整体稳定性。

此外，由于使用水泥作为固化剂，通常在浇筑4个小时后就会开始固化自立，因而可进行垂直填筑，固化后对挡土结构物几乎没有推挤力。该方法具有填筑过程不需碾压、对现有交通干扰少，施工噪音低，施工工期短，施工占地少等优点。

结合本工程，设计处理方案为将挡墙台背第一破裂角区域内的路床顶面以下范围内路基填土换填成气泡轻质土，具体技术要求见表2。

表2　气泡轻质土技术要求

经计算换填后，挡墙台背土压力减小，墙趾处基底压力减小至142 kPa，地基承载力刚好满足其要求。采用Slide有限元模拟，考虑地震荷载作用，路基稳定性系数经验算达到了1.325，见图3。

图3　填筑气泡轻质土稳定性计算图

(2) 注浆加固。注浆加固是用泵送的手段把具有一定凝固时间的浆液注入到松散土层或含岩层裂隙中，浆液凝固后固结土的颗粒或者充填岩层裂隙围岩性质得以改善，对这种方法称之为注浆加固工法，也称为化学注浆或化学灌浆。其优点是：施工设备简单；规模小投资少；占地面积影响较小；工期短见效快；施工对环境影响小；对场地要求不高；加固深度可深可浅易于控制。

具体到本项目处理方案为，将挡墙台背第一破裂角范围内填土进行注浆加固，加固后台背土重度较之前增加，台背土综合内摩擦角较之前增加，挡墙土压力有所减少，墙趾处基底压力降至165 kPa，较目前挡墙基底复合地基承载力141 kPa大。为提高墙址处的地基承载力，还需要对挡墙基底淤泥层进行注浆加固。基于上述原因，该方案要求对挡墙台背和挡墙基底采用注浆加固。经计算，考虑地震荷载作用，路基稳定性系数经验算达到了1.287，见图4。

图4　注浆处理路基稳定性计算图

(3) 反压护道。本项目挡墙外侧改路工程设计高程约为3.6～3.9 m，而挡墙外侧现状整平后的地面高程约为4.1～4.5 m，已经高于改路的设计高程，因此该处无法采用反压护道方案。

通过以上方案计算分析，台背换填轻质土加固后，挡墙墙背土压力明显降低，挡墙墙趾处基底压力降低，且路基整体潜在滑动面向路基方向后移，整体稳定性提高。换填轻质工艺简单，工期快，可操作性强，造价相对较低。

台背注浆加固后，挡墙土压力有所降低，墙趾处基底压力有所降低，但幅度有限。需要配合挡墙基底注浆加固才能保证挡墙基底承载力和整体稳定性满足要求。注浆加固挡墙基底淤泥需施打斜孔，施工难度大，且会对挡墙基底CFG桩产生干扰，施工不当可能导致CFG桩断桩，造成更为严重的事故。在软土地区采用注浆加固缺乏成熟施工经验，浆液流动性大，加固后均匀性较差，风险较大，造价较高，检测难度大。

综合以上技术、经济比较，本项目挡墙变形处理最终采用气泡轻质土加固方案。

4气泡轻质土加固施工工艺及注意事项

(1) 首先应进行轻质土配合比试验，配合比设计指标应包括湿容重、流动性及28 d无侧限抗压强度，并符合下列规定：①陆床部位湿容重≥5.0 kN/m3(陆床下部位≥4.0 kN/m3)；②流动度应为160～200 mm；③试配抗压强度应大于设计抗压强度的1.05倍。

(2) 施工前，应确定施工方案，编制施工组织计划。

(3) 挡墙台背土开挖应注意坡面平整，在开挖边坡两端应注意超挖部分土方形成排水通道，保证台背积水能顺利排泄。

(4) 浇筑设备应包括发泡设备、搅拌设备和泵送设备。

(5) 气泡群应采用发泡设备预先制取。

(6) 新拌气泡混合轻质土应采用配管泵送，气泡群应及时与水泥基浆料混合均匀，新拌气泡混合轻质土在泵送设备、泵送管道中的停置时间不超过1 h。

(7) 应分层、分块浇筑作业，单层浇筑厚度宜按0.3～0.8 m之间控制。上一层浇筑作业应在下一层浇筑终凝后进行。

(8) 浇筑过程中，泵送管出口应与浇筑面保持水平，不宜采用喷射方式浇筑。

(9) 浇筑时，如遇大雨或持续小雨天气，应对未硬化的填筑体表层进行覆盖。

(10) 养护，在填筑体达到设计抗压强度后，方可在填筑体顶面进行机械或车辆作业。

(11) 应注意预留排水设施、交通工程设施等位置。

(12) 填筑体的主控项目检验应包括表干密度和抗压强度，并应符合相关的规定。

5结语

本项目扶壁式挡墙变形的发生从根本上来说是由于挡墙基底软基处理和墙背填料不满足设计要求造成的，为此，要避免此类工程问题的产生，还须从严控制施工质量。当挡墙变形发生后，应及时监测查明产生问题的原因，有针对性地做出处理设计，择优选择综合比较能满足工程需要，经济性较好的处理方案。

挡墙变形段处理方案经过充分论证选择轻质土加固处理后取得了良好的工程效果，挡墙的工程问题得到了根本的解决。

参考文献

[1]JTG/T D31-02-013公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].北京：人民交通出版社，2013.

[2]JTG D30-004公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]CJJ/T 177-012气泡混合轻质土填筑工程技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Reinforcement Design of Counterfort Retaining Wall Deformation

WangDaqun，TianYanghui

(CCCC Second Highway Survey and Design Institute Co., Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：Deformation of retaining wall cracking is a common problem in engineering, based on a soft foundation section of high fill wall deformation and cracking reinforcement design, from strengthening the early observation, the analysis of its causes is performed to put forward the reinforcement treatment plan, through calculation and synthesis of the ratio, the design is optimized, and good engineering effect is achieved, which provides a reference for similar engineering treatment.

Key words:retaining wall; deformation; reinforcement; foam concrete

收稿日期：2015-01-23

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.029