双福高速半填半挖高路堤病害分析及处治研究

摘要 为研究高速公路半填半挖高路堤的具体病害情况及处置举措，该文基于海西高速公路网沈海复线福鼎贯岭至柘荣段A3标段（K12+900～K21+950）中ZK16+005～ZK16+040段的半填半挖高路堤病害情况展开分析，并为该路段病害的处治，提出针对性方案。研究结果表明：在双福高速半填半挖高路堤“墙裂缝”病害的防治过程中，需重点关注填方路基加固、挡土墙加固、稳定性计算、坡体排水设计等方面，并需做好这几方面的合理设计，这样才能够确保该工程病害处治效果。同时，还需做好处治施工、运营的实时监控，以便为该路段后期稳定运营提供支持。综上可得出结论：在高速半填半挖高路堤病害处治中，需结合具体工程地质情况、病害实况做出具体分析，以保证所设计处治方案的针对性、可行性。

关键词 半填半挖高路堤；挡土墙开裂；预应力锚索

中图分类号 U491.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0088-03

0 引言

随着我国社会发展水平的提升，在我国高速公路建设事业的发展中，因水文气候、工程地质地形等多种因素导致的路基塌陷、变形、沉陷等病害，一直困扰着相关建设单位及工作人员。该文以海西高速公路网沈海复线福鼎贯岭至柘荣段A3标段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段半填半挖高路堤病害分析为例，基于这一工程病害出现的具体情况及形成原因，提出针对性处治措施，以期为同类型工程病害的有效防治提供支持。

1 工程概况

海西高速公路网沈海复线福鼎贯岭至柘荣段A3标段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段，该段路堤主要是主线段分离式路基。单侧路基宽度在12.25 m，最大填方边坡高度31.2 m，第一级边坡坡率1∶1.50；第二级边坡坡率1∶1.75，坡面采用拱形骨架防护。其中（ZK16+005～ZK16+015）段路基左侧设置仰斜式重力挡土墙，墙背填土高度16 m，挡墙最大高度18.0 m。（ZK16+015～ZK16+040）段路基左侧设置仰斜式重力挡土墙，墙背填土高度8.0 m，挡墙最大高度17.0 m。ZK16+015处设置横向端墙连接两端挡土墙。墙身材料均采用C20片石混凝土浇筑。其路基类型主要为“半填半挖路基”，其原理见图1。

ZK16+005～ZK16+040段锚固工程量见表1。

该路段地质概况主要表现为：场地地段上覆为第四系残坡积粉质黏土，下伏为侏罗系南园组凝灰熔岩及其风化层[1]，根据探槽揭示，岩土层工程地质特征自上而下分述见表2。

2 工程病害情况及成因

2.1 病害情况

ZK16+005～ZK16+015段挡墙裂缝由墙顶向墙底发展，裂缝走向向小桩号方向倾斜，发展至距地表1.0 m处。ZK16+015～ZK16+040段挡墙裂缝由墙顶向墙底发展，裂缝走向向小桩号方向倾斜，发展至距地表2.0 m处，并发展至ZK16+015处端墙范围，裂缝小桩号侧的墙体向外挫动约3～6 mm。

2.2 成因分析

地表ZK16+005处为冲沟，根据裂缝分布情况分析，挡土墙开裂主要受填土推力以及基底下挫影响。受地表汇水影响，地下水渗流量加大，导致填土压力增加，地基承载力下降，墙身变形应力超过材料强度，导致墙身开裂[2]。基于这种现状进行反演，边坡反演稳定性系数正常工况为1.05，非正常工况I（暴雨工况）为1.00。填料重度正常工况19.0 kN/m³，暴雨工况21.0 kN/m³。其中，稳定参数反演结果见表3。在对该工程的具体情况有充分了解后，需针对该工程半填半挖高路堤病害做出针对性处治。

3 双福高速半填半挖高路堤病害处治方案设计及实施

3.1 处治方案设计

3.1.1 设计原则

双福高速半填半挖高路堤病害处治方案的设计，需遵循以下原则：（1）提高挡土墙（包括横向端墙）支挡抗力；（2）增强排水设计，减小地下水渗透压力，抑制地下水对填料及地基土的渗流破坏；（3）增加路堤填料自身抗滑力，避免路堤出现塌方滑坡；（4）加固ZK16+005冲沟处基底强度，抑制挡墙继续下挫。

3.1.2 方案比选

根据路段病害成因，进行多种不同处治方案进行对比，以下为常规半填半挖高路堤病害处治方案：

（1）换土复填法

原理：对病害路基土体进行挖除，并重新回填。优点：施工简单，直接针对病害部位进行处理[3]。缺点：工程耗费较大，又由于此项目地下水流量大，此加固方法无法从根源上解决问题。

（2）粉喷桩

原理：利用机械法将粉体固化剂注入土体内，固化剂与土体进行反应，形成一定强度的“桩体”。优点：成形桩体质量较好，能有效地加强土体承载力。缺点：施工流程复杂，造价相对较高。

（3）灌浆法

原理：通过压力将浆液注入病害路段的土体裂隙或空隙中，浆液凝固后形成新的固结体，提高土体的强度和稳定性。优点：施工工艺便捷，对环境无太大影响，并且施工技术较为成熟，施工过程可控性强。缺点：该项目水流量较大，注浆效果无法保证。

该项目地下水渗流量大，地基承载力下降，以上常规方案在加固效果上不太符合现场实际要求。根据该项目特点，该文提出的加固设计方案为“填方路基加固+挡土墙加固”相互结合，从病害形成根源上进行加固，对整体安全性能有较大改善且有较强的经济适用性。

3.1.3 具体设计内容

（1）填方路基加固：对填方路堤进行加固，在一级填方坡面设置锚索框格梁，采用4×15.2 mm预应力锚索，锚索长度46 m，锚固段长度10.0 m，设计抗力450 kN。

（2）挡土墙加固：主要以预应力锚索加固为主。预应力锚索是指通过特殊的材料和施工方法，将钢绳或钢筋固定于建筑物或结构物中，起到增强固定作用的一种技术方法[4]。锚索广泛应用于桥梁、高层建筑、水坝、塔式结构物等工程领域。其具体施工工艺流程为：① 钻孔：通过吊机，保证地质钻机在第一排锚索操作平台位置就位，并做好钻机倾斜角度、钻孔位置的优化调整，同时，在操作平台及岩面上用紧固件将其固定[5]。具体钻孔过程中，需要保持从下到上，伴随钻孔进度，需及时为操作人员构建好上一层操作平台。其中，还需重点关注的是，锚索孔径一般是130 mm，在利用机械设备进行钻进的过程中，钻孔深度必须与标准要求相符合。而如果遭遇因地层松散破碎造成的易坍塌孔，操作人员就需要以跟管钻进的方式来进行钻进。当然，如果在钻进过程中，遭遇了坍孔的问题，就需要马上停止钻进，而后操作人员需重新以灌浆固壁，这一操作需控制压力在0.2 MPa，在其初凝后，可以重新清扫并继续钻进。而在钻孔完成后，需要清孔，采用高压风，以保证孔内积水、岩粉的充分清除。② 制作锚索：一般情况下，标准钢绞线是制作锚索的关键，需控制标准强度在1 860 MPa。在整个制作的过程中，钢绞线下料长度的构成，主要包含自由段、锚固段、外露张拉段（1.5 m）等，并且需要以无齿锯完成其切割。而在锚索扩张环、导向尖锥等，需要使用钢筋（φ8 mm）、钢管（φ45 mm）完成焊制。在成孔同一时间，锚索能够在现场完成编制，其中需对其张拉段编制、内锚固段编制做出区分，前者以直线形状为主，后者以波纹形状为主。而锚索自由段的构成，首先需注重强力防腐涂料的涂抹，并用细铁丝完成绑扎。随后需给其套好波纹管，并于其内部进行黄油加注，并注重封闭，可以利用工程胶布完成。③ 安装锚索：在正式开展锚索安装作业的前期，锚索编号、孔号要保持一致性，作业人员需及时检查。而后需展开清孔作业并安装锚索。当然，在这一环节中，还需注意以下几点：需做好限浆环、定位止水环的位置检测；在定位止浆已经达到送孔口时，需及时停止推送，并做好单向阀门、注浆管的安装作业；做好排气管是否畅通及其具体位置的检查。该工程中，关于应用6 mm×15.2 mm预应力锚索加固挡土墙的具体参数信息见表4。

此外，为抑制ZK16+005～ZK16+015段挡墙基底下挫，ZK16+005～ZK16+015段挡墙外设置钢管桩注浆基础，注浆深度8.0 m，桩顶设置冠梁与挡墙间空隙采用混凝土填充密实。

3.1.4 稳定性计算

在这一设计方案的稳定性计算中，需重点关注以下三点：（1）稳定性分析：基于地形条件、路堤建筑形状，海西高速公路网沈海复线福鼎贯岭至柘荣段A3标段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的稳定性计算，主要依据折线形破坏进行计算。其中，稳定性破坏示意图见图2。（2）锚索框格梁：重点考量预应力衰减情况，锚索对滑面压力形成摩擦力按50%计，钢管桩基础仅为地基补强，不参与稳定计算；（3）重力式挡土墙：考虑现有挡土墙已出现裂缝，故按堆砌块石考虑，重度取24 kN/m³，抗剪强度500 kPa。

随后，还需进行坡体排水设计，一级边坡、ZK16+005～ ZK16+015段重力挡土墙及ZK16+015 ～ZK16+040段桩板式挡土墙墙面，均应设置倾斜式排水孔，间距需控制5 m、深度需控制在25 m。

3.2 施工顺序

在已经确定实施上述方案后，需对该工程具体处治施工顺序，做出更进一步的明确，具体见图3。

3.3 施工监测

在该工程半填半挖高路堤病害处治施工方案的实际落实中，除了对具体参数及顺序的关注外，整个施工过程还需关注到该工程在处治施工及运营过程中的实时监测，以ZK16+010段作为实时监测断面，主要监测内容为局部降雨量、边坡表面位移量、土体深部位移形变量、锚杆锚索应力变化量等参数，能够实现边坡地质灾害的安全监测和危险情况预警。具体可采用的方式包含：（1）雨量站监测：在坡顶安装雨量监测站，通过自动化雨量桶采集瞬时雨量和累计雨量值，对边坡局部降雨情况进行监测；（2）一体化监测数据采集站：将现场的锚索应力计、锚杆应力计以及其他类型的传感器的监测数值，通过多通道数据采集器传输到云端，在监控中心直接进行记录和分析，这对保证该工程半填半挖高路堤病害处治质量十分有益，在应用后该工程半填半挖高路堤病害发生率也明显降低。

4 结论

综上所述，双福高速半填半挖高路堤病害的分析及处治，直接关系到整个高速公路的平稳、安全运行。该文海西高速公路网沈海复线福鼎贯岭至柘荣段A3标段（K12+900～K21+950）中的ZK16+005～ZK16+040段路堤的病害主要为“挡土墙开裂”，针对这一病害的处治手段为应用预应力锚索，工程中需做好挡土墙加固、填方路基加固。基于现实诉求，该文确定预应力锚索的长度为46 m、设计抗力为600 kN，并在确定施工顺序后，引入雨量站监测、一体化监测数据采集站等手段，为该工程半填半挖高路堤病害处治质量提高、发生率降低等，提供了强而有力的保障。

参考文献

[1]何青龙，罗博宇.某公路高填软弱路堤病害特征及其处治技术分析[J].交通科技与管理， 2024（17）：52-54+58.

[2]刘光彬，罗安民，韩琳琳.加筋土挡墙路堤病害及处治分析[J].西部交通科技， 2023（11）：78-80.

[3]邓逆涛，陈锋，张千里，等.含黄铁矿填料的高速铁路路基上拱特性与机理[J].中国铁道科学， 2024（4）：12-21.

[4]李发兴，郑少鹏，谷永云，等.半填半挖式山区农村公路水泥混凝土路面病害分析[J].西部交通科技， 2022（6）：18-20.

[5]万琪，晏长根，张晓鸣，等.黄土地区半填半挖式路基模型试验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版）， 2022（12）：99-103+133.