带横梁外挂桩板墙在国道245 线巴中南连接线的应用与监测

陈承承

（中交一航局第四工程有限公司，江西 南昌）

引言

1 工程简述

1.1 工程概况

巴中南连接线[1]是为国道245 线与广巴高速南出口实现连接，同时也与现有的市政道路连接。既有巴中南连接线为12 m 宽二级公路，根据巴中市巴州区城市总体规划，本次设计既有连接线扩建为路基宽度34.75 m～45 m，设计车速50 km/h。连接线终点与巴中市巴州区既有将军大道连接，全长604.937 m。受地形条件限制需将既有道路左侧边坡开挖或对右侧临河段进行拓宽。现场布置图见图1。

图1 带横梁外挂桩板墙布置

1.2 不良地质和特殊岩土分布等地质重大问题

地貌：该项目属构造剥蚀- 河流侵蚀地貌，属山地向丘陵过渡地带，位于四川盆地边缘低山～丘陵地带。场地横坡陡缓不一,横坡坡度25°～65°，陡坎较多。坡顶丘包圆缓、孤立，不规则，沟谷迂回，谷底宽广、平坦;基岩于局部陡坎或丘顶出露，产状近水平。施工现场紧临巴河，在巴河西岸坡面下部，沿河流向上展布，场地最高点位于海拔443.0 m 的西侧山巅平坝地区，最低点为海拔336.0 m 的巴河河床，相对高差约107 m。

危岩:路线LAK0+200 左侧200 m位置，存在发育危岩一处。该危岩长13 m，宽约4 m，厚约3～5 m，方量约220 方。岩石为砂岩，岩石完整，岩石下部局部悬空。

滑坡:该区域沿巴州区巴河岸边滨河路位置，曾经在2010 年因巴河涨水道路被淹没，造成滨河路路基变形，但目前老路挡墙以及路基并未出现变形现象，也并未发现具有滑坡或者变形的土体，目前地基比较稳定。

2 技术方案对比与应用

在路基的常规设计中，对于土质边坡一般采用挡土墙、桩板墙、抗滑桩等结构进行支挡或支护。但在某些高填方的土质边坡中，挡土墙会存在自重过大、墙后土压力过大、地基承载力不足等问题;桩板墙或者抗滑桩又会存在抗倾覆能力不足的问题;对此，类似于卸荷式挡土墙的原理，提出了带横梁桩板墙的支护形式的结构。针对本工程的实际情况，并对带横梁桩板墙和桩基托梁+轻质土挡墙的两种方案进行了技术经济比较。

（1）方案1:桩基托梁+轻质土挡墙。

LAK0+000～LAK0+320 路基右幅右侧设置桩基托梁+轻质土挡墙。填料采用普通填料，填方路段设置间距50 cm 满堂双向土工格栅。桩基界面尺寸1.5×2.0 m，进入岩层深度≥3 m[2]。托梁高1.5 m，宽3.2 m，轻质土挡墙外侧设置0.1 m×0.1 m 现浇钢筋砼挡块(同托梁施工)，挡墙底部铺设与承台同厚度（1.5 m）的砂砾石垫层。结构图见图2。

（5）产业发展扶持项目建设顺利推进。通过实施产业发展扶持项目，建成标准化养殖场（户）14个，养殖示范村5个，养殖小区1个，山地鸡生态养殖示范基地（合作社）2个；努力促成了嘉礼20万t饲料加工项目和煜翔万头种猪扩繁场建设项目2个招商项目的建成投产；完成新增犊牛补贴403.88万元，完成5.67万头能繁母猪投保；完成176.1万亩草原生态保护奖励资金554.37万元的直补工作；通过规模化、标准化建设，2017年底，昌宁县生猪、肉牛、肉羊、家禽规模率分别达47.2%、19.5%、35.7%、37.3%。

图2 桩基托梁+轻质土挡墙结构

优点: 桩基托轻质挡土墙主要是以轻质土挡墙结构承担路基的土压力，挡墙需要的地基承载力较小。

缺点:①由于轻质土挡土墙的抗滑移能力较弱，托梁外侧需设置钢筋混凝土挡块提供抗滑力; ②挡墙下部需设置桩基托梁解决工点外侧河道水流对坡岸冲蚀破坏后侵蚀地基的影响。③轻质土挡墙对施工水平及工艺要求较高。④工程造价偏高。

（2）方案2:带横梁外挂桩板墙。

LAK0+000～LAK0+320 路基右幅右侧设置带横梁外挂桩板墙。桩基采用方孔桩1.5 m×2.0 m,横梁宽4.0～5.0 m，高2.0 m，桩板墙共计61 根。挡土板采用0.3 m×1.0 m 预制板（外挂式)，共计496 块，在地上部分立柱上采取钻孔设置锚杆将挡土板与地上部分立柱连接。填料采用普通填料，填方路段设置间距50 cm 的满堂双向土工格栅。结构图见图3。

图3 带横梁外挂桩板墙结构

优点: ①带横梁桩板墙充分考虑到了桩前土抗力和被动土压力的影响，锚固段与上部悬臂结构固定连接，使上部荷载（包括剪力、弯矩和轴力）能够传递到锚固段承担，这样既发挥了衡重式挡土墙（横梁）的优点，又考虑桩前土抗力的作用。②工程造价较低，工程更为经济。

缺点:①新型结构，需对其进行监测，确保工程可靠性;②结构更复杂的新型结构，需要更高水平的施工和更高的工艺要求。

（3）两种方案规模对比见表1。

表1 方案主要经济对比

通过技术经济比较，方案1 工程结构可行但造价偏高，方案2 虽然为新型结构，但是很好的利用结构设计提高本工程的结构可靠性，且可以节省工程施工成本304 万元。因此综合考虑后建议推荐方案2，采用带横梁的外挂桩板墙新型结构作为本工点的支挡结构。

3 带横梁的外挂桩板墙支护原理

通过在桩板墙的支护桩的背面加设一道横梁，以横梁改善支护桩的受力模式，显著提高了支护桩抵抗侧向土压力和抗弯性能，使支护桩在较高的填土边坡或者不良地质条件的边坡内能够充分发挥承载能力和抵抗更大的荷载作用。该结构克服了普通桩板墙下部内力过大的缺点，相比于常规桩板墙结构承载性能更好，更加经济安全。带横梁的桩板墙的结构设计主要为解决填土路基支护结构中桩板墙的抗倾覆能力不足、填土过高导致桩后土压力过大等问题。桩的悬臂段主要承担墙后主动土压力引起的水平荷载，并将其传递给锚固段; 横梁主要承担梁上竖向土压力和路面荷载的作用，并平衡部分悬臂段传递到锚固段的土压力。横梁的作用主要包括以下两点：

（1）横梁上覆土层的重力会在横梁处产生一弯矩，此弯矩与作用于悬臂段的水平土压力形成的弯矩方向相反，结果使水平土压力产生的倾覆力矩减小，削弱了桩后主动土压力产生的倾覆力矩，间接增加了桩板墙的抗倾覆能力。

（2）由于填土和横梁间的相互作用，产生了一定的水平摩阻力，阻止桩向外侧的位移。

4 带横梁的外挂桩板墙监测

监测前建立一套简捷有效、系统化、立体化的监测网络系统，在治理、施工全过程中及时测定和预报位移变化情况，确保施工安全，并为带横梁桩板墙的长期稳定性预测研究提供资料；监测点应贯彻全过程监测，包括地面变形监测、工程安全监测、支护效果监测，以监测结果作为反馈设计、指导施工和检验防治效果的依据；现场测试和监测是新型工程技术的开发、使用的最重要的一环，其任务是通过一定的监测手段对结构在实际使用过程中的受力分布、变形特性、承载性能等进行观测，通过对数据采集分析，最终对结构设计方案、使用条件等进行判定。本监测方案编制主要目的在于对路基的变形(水平和垂直位移)、地面沉降(垂直位移)、支挡结构变形(水平和垂直位移)进行监测。监测成果作为判断边坡及建筑物的稳定状态，指导后续施工，反馈设计及时优化设计及施工工艺；判断边坡稳定状态是否达到设计要求。

在地质条件最差和地形变化处应当设置监测断面，选择3 个带横梁的外挂桩板墙进行监测[4]：选取工点LK0+060 断 面#8 桩，LK0+220 断 面#40 桩 和LK0+280 断面#52 桩进行，该3 个断面均为带横梁桩板墙结构所在断面。通过埋设相关测试元件，测量支护桩悬臂段、锚固段和横梁的土压力分布及应力变化规律，获取支护结构的内力和变形。

现场测试的带横梁桩板墙选取三种尺寸，分别为：

08 号桩:悬臂段10 m，总长22 m，横梁长5.0 m;

40 号桩:悬臂段11 m，总长22 m，横梁长5.5 m;

52 号桩:悬臂段10 m，总长22 m，横梁长5.0 m。

根据分析结构需要，对三根桩进行内力和变形测试，其测试内容包括：桩后土压力、桩身内力和桩顶位移[3]。具体为不同深度处的土压力、结构内力以及整个结构的桩身变形。

选取8#、40#、52#桩进行桩周土压力、桩身钢筋应变监测，监测仪器均布置于前后中轴面，每根桩顶部水平位移和支挡结构的倾斜采取倾斜报警仪进行监测[5]。现场监测频率为:施工初期和竣工后10 d 内每日都要测量[6]；若沉降、位移趋于稳定后，11 d～30 d 每3 d 测量一次；之后视情况每7 d 或者30 d（位移很小）测量一次。监测精度误差不大于10 mm，钢筋应力计见图4，满足规范和生产需求。

图4 钢筋应力计安装示意

5 结论

针对国道245 线巴中南连接线特殊的地质条件和地理位置，项目应用了带横梁的外挂桩板墙新型的支挡防护结构，用来保证路基边坡稳定。带横梁的外挂桩板墙工程造价低，性能可靠实用，在路基支挡防护工程中具有较好的推广应用价值，发展空间广阔。