CN114086534A - 一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法 - Google Patents

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CN114086534A CN202110810589.1A CN202110810589A CN114086534A CN 114086534 A CN114086534 A CN 114086534A CN 202110810589 A CN202110810589 A CN 202110810589A CN 114086534 A CN114086534 A CN 114086534A
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Abstract

本发明的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，包括如下步骤：S1，前期勘察；S2，病害路段建设情况分析；S3，场地岩土层试验分析；S5，膨胀岩土分析：包括涨缩土类型、胀缩地基等级划分；S6，岩土力学参数取值；S7，病害成因机理分析；S8，病害路基整体稳定性分析；S9，设计方案，包括挖除工程、支挡结构安装工程、路基路面加固恢复工程和排水修复工程；S10，支挡结构验算：包括整体稳定性验算、支挡结构配筋构造内力验算。本发明利用锚杆提供的锚固力提高支挡结构的高度，施工中减少对原有路堤的扰动，快速形成支挡体系，提高施工安全性，提升经济效益，保证结构使用的耐久性，达到节能环保的效果。

Description

一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法
技术领域
本发明属于路堤病害治理技术领域，尤其涉及一种有面板超高垂直加筋土 路堤病害治理的方法。
背景技术
当前处治有板式加筋土路堤病害的方式主要以锚杆格梁或挂网喷砼为主， 大部分是用于处治面板鼓出、变形等病害前兆，而一旦有板式加筋土路堤发生 面板整体失稳、脱落，则需要采用新建重力式挡墙等大型支挡结构进行修复， 通常这类结构体积大，加固高度有限，施工扰动大，施工条件要求高，占地面 积大，工期较长，整体经济效益较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种有面板超高 垂直加筋土路堤病害治理的方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，包括如下步骤：
S1，前期勘察：沿支挡的挡板内侧边缘布置若干个钻孔，采用孔内取样进 行室内试验及孔内原位测试手段，初步查明加筋土挡墙边缘纵向分布及埋深情 况，以及填料膨胀性岩土特殊性质及地下水埋藏情况；
S2，病害路段建设情况分析：分析因素包括支挡结构、筋带布置、填料情 况、施工开挖、排水设施；
S3，场地岩土层试验分析：根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验获取 场地岩土层具体结构；
S4，地下水分析：包括地下水特征、各岩土层渗透性以及水土腐蚀性分析；
S5，膨胀岩土分析：包括涨缩土类型、胀缩地基等级划分；
S6，岩土力学参数取值：综合室内试验和现场原位测试成果，结合地方工 程经验，对照相关规范规程，病害路段各岩土层物理力学参数来对岩土力学参 数进行取值；
S7，病害成因机理分析：根据S1-S5中所得的数据，分析病害成因；分析 因素包括：路基填土胀缩性因素、地下水作用因素以及气象因素；
S8，病害路基整体稳定性分析：根据S1-S5中所得的数据，得出该场地整 体稳定性系数；并通过现场勘探病害路段的浆砌片石贴墙、挡板脱落和起鼓情 况、内部筋带状态，来验证所述稳定性的准确度；
S9，设计方案，包括挖除工程、支挡结构安装工程、路基路面加固恢复工 程和排水修复工程；其中排水修复工程以支挡结构内预留泄水孔为主，与锚杆 同时施工：墙顶冠梁及顶端挡板范围，纵向间隔4m，垂向间隔1m，交错预留
Figure BDA0003167229360000021
PVC泄水孔；下部设置4排深层泄水孔，钢筋砼方案按4m纵向，垂向 按1.5m+2m+2m+3m，交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平 行布置，泄水孔外径不低于
Figure BDA0003167229360000022
泄水结构由
Figure BDA0003167229360000023
PVC管螺旋开孔后， 内置YB100缠绕型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％；
S10，支挡结构验算：包括整体稳定性验算、支挡结构配筋构造内力验算。
进一步的，S1中，S9的设计方案中，若需要在现存浆砌片石贴墙外新设支 挡结构，则向道路外扩建不小于1.3米，扩建强度等级C30。
进一步的，S11，S9的设计方案中，支挡结构包括有钢筋砼挡墙和钢筋砼肋 板墙，根据S10验算结果进行选择。
进一步的，钢筋砼挡墙，墙身分为3段，底层为高直墙，内侧2排锚筋桩 顶部与中部墙身配筋搭接，超出现状浆砌片石贴墙顶部1m，兼做顶部冠梁，宽 度1m，将现存浆砌片石贴墙封闭，预留20cm卡槽固定最顶段2m钢筋砼挡板； 顶部挡板高度2m，固定于墙顶冠梁卡槽中，挡板顶与路面齐平，板厚30cm， 挡板背部按中部墙身坡度延长设置后浇带；顶部挡板和中部墙身分别设置1排 和2排长锚杆，沿公路纵向间距2m，垂向间距2m，锚孔直径
Figure BDA0003167229360000031
锚杆主 筋为C32钢筋。基础、墙身、墙顶挡板强度等级均为C40砼。
进一步的，所述钢筋砼肋板墙，结构基础厚度1m，宽1.2m，基底设置2 排锚筋桩，排间距0.8m，沿公路纵向间距0.6m，锚筋束由4根C32钢筋+1根 DN40钢管构成，内侧1排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管 不需出露，外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻 入深度5.1m，锚孔直径不低于
Figure BDA0003167229360000032
进一步的，S3中，根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验获取场地岩土 层具体结构包括：
1、人工堆积第2层：路面结构素填土，分布于高带公路表层，由沥青面层、 水泥灰碎石稳定层及碎石垫层构成，密实状；
2、人工堆积第1层：素填土，分布于路基左幅加筋土填筑区域，按路基左 幅施工开挖回填情况，填土包括灰黄色粉质粘土混混青灰色泥岩风化碎石，局 部为粉质粘土混紫红色泥质粉砂岩风化碎石，土质不均匀；
3、第四系残坡积层：粉质粘土，分布于路基右幅挖方地段，埋深0.7～0.9m， 厚度1～2m，灰黄色，受大气降水下渗浸润，呈湿润状态，硬塑，土质不均，局 部含泥砂岩风化碎石，干强度及韧性中等；
4、强风化泥岩：路基左侧，病害段，埋深在4～12m之间，右侧2～3m，厚 度变化差异大，在0.2～6.60m之间，青灰色，岩石风化强烈，裂隙极发育，冲击 及干钻进尺慢，水钻进尺快，岩芯多呈坚硬土状，局部呈碎块状。
5、中风化泥岩：路基左侧，病害段，埋深在8.5～17m之间，右侧3～3.5m， 最大揭示厚度14.00m，未钻穿，青灰色，局部夹紫红色泥质粉砂岩，泥质结构， 中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱、碎块状。
进一步的，S9中，锚筋束由4根C28钢筋+1根DN40钢管构成，内侧2排 桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管不需出露，最外侧1排桩长 6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻入深度5.1m，锚孔直径不 低于
Figure BDA0003167229360000041
进一步的，S9中，I型锚筋桩主筋采用4根HRB400C36mm钢筋，呈正方形 布设，I型长度为12m和II型长度6m；主筋间布设导向定位钢筋，导向定位钢 筋由3根HRB400C14mm钢筋组成，每根导向定位钢筋长度为30cm，第一组导向 定位钢筋中点距主筋顶部0.5m，往下按中心距1.0m间隔设置导向定位钢筋，最 后一组导向定位钢筋中点距主筋底部0.5m，施工时应先将导向定位钢筋固定在 中心主筋上，再将外围主筋与导向定位钢筋焊紧，钢筋应采用单面连续焊连接。
进一步的，S9中，排深层泄水孔，钢筋砼方案按4m纵向，垂向按 1.5m+2m+2m+3m，交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平行布 置，泄水孔外径不低于φ114mm，泄水结构由φ110mmPVC管螺旋开孔后，内置 YB100缠绕型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本专利新颖性在于采用微型桩基础结合钢筋砼锚固支挡结构对加筋土路 堤病害进行处治，并布设深层泄水孔解决填土排水的问题，保证路基的安全性， 可用于处治有面板超高处治加筋土路堤的病害问题，包括病害前兆加固处理以 及整体失稳恢复处治，在国内专利检索中未见类似处治方法的申请，具备新颖 性。
2、该方法的创新性在于组合不同构件的受力特点，共同抵抗病害路堤土体 的变形及推力，使得支挡结构在少扰动原有结构物的情况下具备较高的抵抗能 力与较小的体积，施工所使用的机械设备均具备小型化、轻量化的特点，较传 统支挡结构对施工场地的面积、平整度要求更低，能适用于各类极端的地形环 境。通过布设深层泄水孔，提高结构的安全储备，保证结构使用的耐久性。
3、该方法的实用性在于组合支挡结构中各部件均为工程中常规的构件，施 工机具也为工程中常用的机械设备，并且具备小型化、轻量化的特点，对施工 场地条件要求低，能满足在各类极限地形条件下施工的要求，整体具备可实施 性。通过利用微型桩基础对加筋土路堤进行原位加固并确保支挡能力的前提下 减少病害区前缘的基础开挖，通过在混凝土挡墙中布设钢筋以缩小支挡结构物 的体积，减小征地面积，利用锚杆提供的锚固力提高支挡结构的高度，施工中 减少对原有路堤的扰动，快速形成支挡体系，提高施工安全性，提升经济效益， 保证结构使用的耐久性，达到节能环保的效果。
附图说明
图1为锚杆钢筋混凝土挡墙总体断面设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、 “下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部 件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸 只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，如图1所示，以阳朔至 平乐高速公路路基病害处理为例，包括如下步骤：
S1，前期勘察：沿支挡的挡板内侧边缘布置若干个钻孔，采用孔内取样进 行室内试验及孔内原位测试手段，初步查明加筋土挡墙边缘纵向分布及埋深情 况，以及填料膨胀性岩土特殊性质及地下水埋藏情况；
具体为，2017年9～10月进行前期勘察工作中，沿挡板内侧边缘布置3个 钻孔ZK2577-1～ZK2577-3，采用孔内取样进行室内试验及孔内原位测试等手段， 初步查明了加筋土挡墙边缘沿高速公路纵向的分布及埋深情况，查明了填料膨 胀性岩土特殊性质及地下水埋藏情况。前期勘察判定：病害路段并非为浅层路 基填土压实度不足引起的病害，而是由于全段路基填土特殊性质和地下水排水 不通畅引起的潜在中层小型路堤滑塌，需及时采取防护措施，避免出现路堤整 体性失稳。
根据前期勘察成果，本公司针对性的提出加筋土挡墙外侧设置钢筋混凝土 支挡结构，路基变形区钢管桩注浆加固方案设计。2017年12月2日招商公路专 家组现场勘查会审，对后续的施工图设计优化调整工作提出如下意见：
①前期勘察受高速公路通车条件限制，未沿高速公路横向布置钻孔，施工 图设计前应进行补充勘察，查明路基横向台阶开挖情况、填土分界线、筋带布 置情况、地下水分布情况，详细分析路基病害成因。
②总体同意设计单位提出的方案设计，建议设计单位根据补充勘察成果进 一步优化完善方案设计，达到施工图设计深度要求，同时增加肋式支挡设计进 行同等深度比较。
本次施工图设计根据专家意见，编制了施工图阶段岩土工程勘察报告，根 据勘察成果，进行了新增支挡结构防护后路基整体稳定性验算和支挡结构内力 配筋验算，优化了原钢筋混凝土挡墙配筋，同时提出了钢筋砼胁板墙同等深度 比较施工图设计，满足施工图设计深度要求和专家提出的相关建议。
S2，病害路段建设情况分析：分析因素包括支挡结构、筋带布置、填料情 况、施工开挖、排水设施；
具体为，阳朔至平乐高速公路已通车运营近10年，通过了交工验收和竣工 验收，验收结果表明阳朔至平乐高速公路沿线纵横坡施工满足设计要求，病害 路段运营过程中未出现坑洼积水情况。病害路段路幅宽度26m，设计为半填半 挖路段，左侧为加筋土挡墙填方段，右侧为挖方段，填挖交线位于路基中线附 近，路基横坡呈“人”字形，由中线向两侧以2％的坡率降低，纵坡设计向阳朔 方向以0.5～0.1％的坡率降低，通过现场对病害路段临近路基段进行相对测量校 核(注：病害路段已出现变形破坏，不宜作为校核测量对象，另外，病害路段 周边原始测量控制点已被破坏，无法进行绝对大地坐标测量)，左、右侧路基现状条件下纵横坡坡率满足设计要求，现状条件下病害路段具体建设情况如下：
右侧挖方段：分2级开挖，自下而上坡比分别为1∶0.75、1∶1，每级坡高10m， 级间设置1.5m级平台，厚层基材+植草防护，每50～100m设置一处急流槽。
左侧填方段路基边缘建设有板加筋土挡墙及重力式挡墙，支挡结构外侧边缘 为乡村道路，与路面高差约8m，高速公路建设开挖填筑，乡村道路高程降低1m， 向漓江侧延伸约2～3m，左侧路基各分项工程建设情况如下：
支挡结构：有板加筋土挡墙，高速公路面高于现状乡村道路约9m，加筋土 挡墙顶部现浇高100～118cm的C20砼调平帽梁，向下垂直布置8m高挡板，板 厚25cm，板高49cm，板宽1.49m，板下设置70×70cm强度等级C25砼地梁， 底部挡板嵌入地梁20cm，地梁下设置1.5m深梯形浆砌片石基础。建设期间考 虑垂直挡板支挡效果有限，于挡板外侧设置浆砌片石贴墙，贴墙顶宽80cm，低 于高速公路面3m，高于乡道6m，贴墙外侧坡比约1∶0.1，贴墙基础埋深与挡板 基础连为整体。
筋带布置：自上而下布置为6层8m长筋带，6层7m长筋带，4层6m长筋 带，筋带平向及垂向间距均为50cm，采用8mm宽塑料合成土工带绑扎各层筋 带。
填料情况：加筋土回填材料要求采用内摩擦角不小于30°具有一定级配的砾 类土、砂类土，实际回填材料则是利用挖方形成的残坡积粘性土混青灰色泥岩 风化碎石，局部为粘性土混紫红色泥质粉砂岩风化碎石，填料内摩擦角、级配 指标远未达到设计要求，且还具胀缩性。
施工开挖：综合场地地形条件及加筋土区域筋带分层设计，建设时首先开挖 至路基整平高程(路面结构层以下)，而后按天然地面线与路基交线位置向内 延伸2～2.5m按1∶1坡比分台阶开挖，顶部两级为3m×3m台阶，底部为1级 2m×2m台阶，最后按1∶1.25坡比开挖至挡板和贴墙基础底面，延伸至基础边缘 后垂直向上开挖2.5m至齐平地梁顶(低于现状乡村道路20cm)，后缓建设的 浆砌片石贴墙基础则按原开挖线重新垂直开挖，将基础与挡板基础合为整体， 挡板及浆砌片石贴墙基础均以强～中风化泥岩为天然地基持力层。按上述方案 开挖后，左侧路基最大填筑厚度约11～12m。
排水设施：加筋土挡板后缘设置60cm宽碎石滤水带，挡板水平间距3m， 竖向间距2m，面板竖缝干砌充当排水，底部C25砼70×70cm地梁每隔3m预留 一处泄水孔排出深层淤积地下水。底部增设浆砌片石贴墙按3～5m间距梅花形 布置
Figure BDA0003167229360000091
PVC排水孔，排水孔横向延伸至加筋土挡板处。底部地梁未按设计 露出地面，已被埋入地底，无法排出深层地下水，上部墙身被浆砌片石贴墙封 闭，虽于贴墙身设置了泄水孔，但泄水孔未穿着过挡板，现状条件下无水流出， 路基支挡结构整体排水效果差。加筋土挡墙和后续浆砌片石贴墙施工建设均未 能充分领会设计意图，为节省极少的开挖工程量，地梁外侧无法露出地面，深 层地下水无法排出，而浆砌片石贴墙的墙身和基础尺寸薄弱，能起到的支挡效 果有限，贴墙封闭了挡板排水缝，贴墙自身的泄水孔未穿透挡板，基本无法排 出墙体内侧地下水，支挡结构排水设施基本处于无效状态。
S3，场地岩土层试验分析：根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验获取 场地岩土层具体结构；
根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验结果，场地内地层主要由第四系 人工堆积层(Qml)、第四系残坡积层(Qel+dl)、泥盆系中统强风化及中风化地 层组成，现分述如下：
1)人工堆积第2层(Qml-2)：路面结构素填土，分布于高带公路表层，厚 度0.7～0.9m，由沥青面层、水泥灰碎石稳定层及碎石垫层构成，密实状。
2)人工堆积第1层(Qml-1)：素填土，分布于路基左幅加筋土填筑区域， 按路基左幅施工开挖回填情况，填土最大深度约11～12m，加筋区厚度7.5m，埋 深在0.9～8.4m，填土为灰黄色粉质粘土混混青灰色泥岩风化碎石为主，局部为 粉质粘土混紫红色泥质粉砂岩风化碎石，土质不均匀，0.9～3.3m(局部地段达 4.7m)受大气降水下渗浸润呈松散饱和状，3.3～6m稍湿，呈稍密状，底部6m～ 12m多数地段位于地下水位以下，呈松散饱和状；填土填筑时间10年以上，受地 下水作用影响，尚未完成自重固结，属中等压缩性土。
3)第四系残坡积层(Qel+d1)：粉质粘土，分布于路基右幅挖方地段，埋深0.7～0.9m，厚度1～2m，灰黄色，受大气降水下渗浸润，呈湿润状态，硬塑， 土质不均，局部含泥砂岩风化碎石，干强度及韧性中等。
4)强风化泥岩(D2)：路基左侧(病害段)埋深在4～12m之间，右侧2～ 3m，厚度变化差异大，在0.2～6.60m之间，青灰色，岩石风化强烈，裂隙极发 育，冲击及干钻进尺慢，水钻进尺快，岩芯多呈坚硬土状，局部呈碎块状。
5)中风化泥岩(D2)：路基左侧(病害段)埋深在8.5～17m之间，右侧3～ 3.5m，最大揭示厚度14.00m，未钻穿，青灰色，局部夹紫红色泥质粉砂岩，泥 质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱～碎块状。
S4，地下水分析：包括地下水特征、各岩土层渗透性以及水土腐蚀性分析；
1)地下水特征
病害路段含水层主要为赋存于人工堆积第1层(Qml-1)的上层滞水及泥盆 系中统中风化岩层中基岩裂隙水。上层滞水为大气降水下渗形成，属潜水，含 水介质为人工堆积第1层(Qml-1)素填土，因填土成分及密实程度差异，上层 滞水在平面及垂向分布不均匀、不连续：浅表以浸润方式呈现，浸润深度一般 0.9～3.3m，局部地段达4.7m，向下埋深在6～12m变动，多数地段水位位于岩 土分界面(沿施工开挖台阶、斜坡分布)，局部地段位于填土层或无地下水， 如ZK2577-4和ZK2577-5水位埋深于6m，ZK2577-6无地下水。基岩裂隙水埋藏 较深，钻孔控制深度范围内未遇该层地下水。上层滞水水位埋深随季节动态变 化大，旱季时水位急剧下降，甚至无水，雨季时水位抬升快，甚至接近路面结 构层。
2)各岩土层渗透性
素填土(Qml-2)、素填土(Qml-1)、第四系残坡积(Qel+dl)粉质粘土 属弱透水层，强风化泥岩(D2)裂隙发育，属弱～中等透水层，中风化泥岩(D2) 因裂隙发育程度不同，透水性差异较大。
3)水土腐蚀性
根据场地周边普益漓江特大桥工程地质勘察报告，场地内地下水对混凝土 结构及钢筋混凝土结构中的钢筋微腐蚀；场地覆盖土层对混凝土结构及钢筋混 凝土结构中的钢筋微腐蚀，可不采取防腐措施。
S5，膨胀岩土分析：包括涨缩土类型、胀缩地基等级划分；
1、胀缩土类型
拟建场地填土层(Qml-2)专项胀缩试验指标统计见表2.4-1，按《广西膨胀 土地区建筑勘察设计施工技术规程》(DB45/D396-2007)第5章表1及表3划分： 素填土(Qml-1)主要由残积成因的黏性土或黏性土混泥岩构成，自由膨胀率平 均值大于34％，胀缩总率介于2.5～4.5％之间，压力为50kPa时相对膨胀率δxe50 ＞0.7％，属A1亚类，中等胀缩土。第四系残坡积(Qel+dl)粉质粘土是素填土 (Qml-2)的主要组成成分，也属A1亚类，中等胀缩土。
强～中风化泥岩富含蒙脱石、伊利石等亲水矿物，属膨胀岩范畴，岩石中 水分变化后，易软化、开裂，发生崩解现象。岩石崩解后与粘性土性状相近， 具备成为强胀缩土潜势。
表1素填土(Qml-2)胀缩专项指标平均值统计表
Figure BDA0003167229360000121
2、胀缩地基等级划分
工程范围内分布有高差大于5m的边坡，地面横坡大于5°，按《广西膨胀 土地区建筑勘察设计施工技术规程》(DB45/D396-2007)第5.2.4小节的条文说明， 膨胀土场地类别属一类场地。按《广西膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规程》 (DB45/D396-2007)第5章表2，大气影响深度da取7m，大气影响急剧层深度dr 取2.7m。大气影响深度范围内的胀缩地基主要为素填土(Qml-1)和第四系残坡 积(Qel+dl)粉质粘土，属III级胀缩地基。
S6，岩土力学参数取值：综合室内试验和现场原位测试成果，结合地方工 程经验，对照相关规范规程，病害路段各岩土层物理力学参数来对岩土力学参 数进行取值，参照表2和表3；
表2各岩土层基本物理性质参数表
Figure BDA0003167229360000131
表3各岩土层力学性质参数表
Figure BDA0003167229360000141
S7，病害成因机理分析：根据S1-S5中所得的数据，分析病害成因；分析 因素包括：路基填土胀缩性因素、地下水作用因素以及气象因素；
1、路基填土胀缩性：路堤填料以粘性土混泥岩风化碎石为主，综合参考地 区工程经验，强～中风化泥岩富含蒙脱石、伊利石等亲水矿物，属膨胀岩范畴， 岩石中水分变化后，易软化、开裂，发生崩解，加剧风化后形成的土体具中等 胀缩性。
2、地下水作用影响：病害路段0.9～3.3m受大气降水下渗浸润影响，呈松 散饱和状，3.3～6m稍湿，呈稍密状，底部6m～12m多数地段位于地下水位以 下，呈松散饱和状。现状支挡结构排水设施基本处于无效状态，淤积于路基填 土层中的地下水无法排出，在地下水的软弱浸饱作用下，加剧路基填土中风化 泥岩碎石的风化，路基填土性质逐渐变差，张拉筋带逐渐松驰，最终发生挡板 脱落现象。
3、气象因素：2015年～2017年是厄尔尼诺极端气候现象的周期年、次年 和第二年，这三年中连续强降雨、连续曝晴、或降雨和曝晴的极端气候现象交 替出现，对具备中等～强胀缩性的路基填土且排水不通畅的病害路段起进一步 加剧诱发作用。
S8，病害路基整体稳定性分析：根据S1-S5中所得的数据，得出该场地整 体稳定性系数；并通过现场勘探病害路段的浆砌片石贴墙、挡板脱落和起鼓情 况、内部筋带状态，来验证所述稳定性的准确度；
现状条件下路基病害的体现形式为K2577+405～K2577+435段挡板出现挡 板推移脱落和严重起鼓破坏，底部6m的外侧浆砌片石贴墙暂未出现变形，但已 经出现筋带松驰及破损现象。钻孔内取出的筋带，如果处于绷紧状态，钻探断 折后整体应呈半卷曲形状，但实际仅有端部卷曲。加筋土体整体性基本破坏， 成为各单元独自受力，随着筋带进一步松驰，外部贴墙厚度薄且倾斜角度陡， 自身抗剪切变形和抗倾覆能力差，极有可能造成外侧贴墙整体失稳。根据本工 程勘察报告的验算结果，现状条件下路堤整体稳定性系数0.957，最危险滑动面 略高于浆砌片石贴墙底。
S9，设计方案，包括挖除工程、支挡结构安装工程、路基路面加固恢复工 程和排水修复工程；其中排水修复工程以支挡结构内预留泄水孔为主，与锚杆 同时施工：墙顶冠梁及顶端挡板范围，纵向间隔4m，垂向间隔1m，交错预留
Figure BDA0003167229360000161
PVC泄水孔；下部设置4排深层泄水孔，钢筋砼方案按4m纵向，垂向 按1.5m+2m+2m+3m，交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平 行布置，泄水孔外径不低于
Figure BDA0003167229360000162
泄水结构由
Figure BDA0003167229360000163
PVC管螺旋开孔后， 内置YB100缠绕型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％；
设计中需解决的核心问题为：①路基填土的加固改良问题；②路基外侧支 挡结构问题；③深层地下水排泄问题。设计方案必须满足上述3个核心问题的 防护要求，针对病害路段的工程现状及病害成因机理分析，本设计提出于现状 浆砌片石贴墙外部新建锚杆钢筋砼支挡结构，内侧路基钢管桩注浆加固，支挡 结构内设置深层排水孔的设计方案解决上述工程地质问题。
1、挖除工程
于3号行车道外扩1m作为施工区，施工区纵向长度不超过120m，按本设 计和相关规范规程及交通法规设置交通安全设施。而后按破拆线拆除波形护栏， 沿紧急停车道边线，依次破拆沥青路面、水泥稳定层和路基填土，采用台阶方 式开挖，开挖坡比1∶1，台阶垂向及平台尺寸均为1m，下挖深度与现存浆砌片 石贴墙顶部齐平。
2、乡道扩建工程
由于需在现存浆砌片石贴墙外新设支挡结构，因此需占用一定宽度的乡村 道路，设计乡村道路向外扩建1.3m，扩建段垂直投影里程K2577+380～ K2577+440，全长约65m。K2577+409～K2577+436段乡道外侧地形较陡，设置 双排钢管桩支撑，钢管尺寸DN40，桩长4m，横向间距50cm，纵向间距1m，采 用DN钢管和植入现存乡道钢筋横向连接；其余段开挖扩建，连接处凿毛处治， 浇筑路面板；扩建乡道路面强度等级C30。
3支挡结构
根据前期设计成果和专家意见，支挡结构在钢筋砼挡墙和钢筋砼肋板墙间 进行选择：
1)锚杆钢筋混凝土挡墙，如图1所示。
结构基础厚度1m，宽2m(需占用乡村道路约1m宽度)，基底设置3排锚 筋桩，排间距0.7m，沿公路纵向间距0.8m，锚筋束由4根C28钢筋+1根DN40 钢管构成，内侧2排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管不需出 露，最外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻入深 度5.1m，锚孔直径不低于
Figure BDA0003167229360000171
钢筋砼墙身分为3段，底层为2m高直墙，内侧2排锚筋桩顶部1m与中部 墙身配筋搭接，中部墙身垂向高度4m，顶部高度1m，超出现状浆砌片石贴墙 顶部1m，兼做顶部冠梁，宽度1m，将现存浆砌片石贴墙封闭，预留20cm卡槽 固定最顶段2m钢筋砼挡板。顶部挡板高度2m，固定于墙顶冠梁卡槽中，挡板 顶与路面齐平，板厚30cm，挡板背部按中部墙身坡度延长设置后浇带。顶部挡 板和中部墙身分别设置1排和2排12m长锚杆，沿公路纵向间距2m，垂向间距 2m，锚孔直径
Figure BDA0003167229360000172
锚杆主筋为C32钢筋。基础、墙身、墙顶挡板强度等 级均为C40砼。
2)锚索钢筋混凝土肋板墙。
结构基础厚度1m，宽1.2m(需占用乡村道路约0.5m宽度)，基底设置2 排锚筋桩，排间距0.8m，沿公路纵向间距0.6m，锚筋束由4根C32钢筋+1根 DN40钢管构成，内侧1排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管 不需出露，外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻 入深度5.1m，锚孔直径不低于
Figure BDA0003167229360000181
肋墙尺寸为80×80cm，纵向净间距2m，胁墙高度7m，顶部1m兼做冠梁使 用，封闭现状浆砌片石贴墙顶，尺寸100×110cm，与钢筋砼挡墙方案一致设置 20cm深卡槽固定墙顶2m高挡板，肋间板厚度30cm，板内配筋与肋墙配筋焊接。 顶部挡板和中部墙身分别设置1排锚杆和3排锚索，锚杆和锚索沿公路纵向间 距2m，锚索垂向间距2m。锚杆孔直径
Figure BDA0003167229360000182
长度12m，主筋为C32钢筋， 锚索孔直径130mm；锚索全长25m，由6束15.20mm钢铰线构成，锚固段长度 12m。基础、肋墙身、墙顶挡板、肋间挡板强度等级均为C40砼。
本案例中针对病害路段加筋土挡墙外侧面板已出现变形，路面出现下沉的 情况，结合工程实际，进行锚杆钢筋混凝土挡墙加固结构设计。
结构基础厚度1m，宽2m(需占用乡村道路约1m宽度)，基底设置3排锚 筋桩，排间距0.7m，沿公路纵向间距0.8m，锚筋束由4根C28钢筋+1根DN40 钢管构成，内侧2排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管不需出 露，最外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻入深 度5.1m，锚孔直径不低于φ168mm。
钢筋砼墙身分为3段，底层为2m高直墙，内侧2排锚筋桩顶部1m与中部 墙身配筋搭接，中部墙身垂向高度4m，顶部高度1m，超出现状浆砌片石贴墙 顶部1m，兼做顶部冠梁，宽度1m，将现存浆砌片石贴墙封闭，预留20cm卡槽 固定最顶段2m钢筋砼挡板。顶部挡板高度2m，固定于墙顶冠梁卡槽中，挡板 顶与路面齐平，板厚30cm，挡板背部按中部墙身坡度延长设置后浇带。顶部挡 板和中部墙身分别设置1排和2排12m长锚杆，沿公路纵向间距2m，垂向间距 2m，锚孔直径φ110mm，锚杆主筋为C32钢筋。基础、墙身、墙顶挡板强度等 级均为C40砼。
计算假设
(根据现场工程质条件，结合地质勘察成果及当地工程经验，确定各岩土 层物理力学参数建议值见表4。
表4岩土力学参数推荐值表
Figure RE-GDA0003451721880000191
锚杆钢筋混凝土挡墙内力计算
由于挡墙基础布设有锚筋桩，因此在计算其受力时，每延米挡墙按悬臂梁 模型考虑。根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)，高速公路行车荷载 按公路-I级车道荷载考虑，其均布荷载标准值为eq＝10.5kN/m，挡墙背受力按 朗肯土压力理论计算。
其中，主动土压力系数为：
Figure BDA0003167229360000192
锚杆水平向拉力为：
Nh1＝Nak×cos15°＝la×ξ1×π×D×frb×cos15°＝120.10kN
根据《公路桥涵通用设计规范》(JTG D60-2015)，作用基本组合效应设 计值按下式计算：
Figure BDA0003167229360000193
其中，结构重要性系数按安全等级1级考虑，取1.1；土侧压力永久分项系 数为1.4；车辆荷载作用分项系数为1.4；锚杆拉力永久分项系数为1.0。则对墙 底求最大弯矩有：
Figure BDA0003167229360000201
根据设计方案，根据《混凝土结构设计规范》(GB 5010-2010)(2015年 版)，已知C40混凝土轴心抗压强度设计值fc＝19.1kN/mm2，HRB400钢筋抗拉 强度设计值fy＝360N/mm2，求受拉区钢筋截面强度As。
假设as＝5mm，求截面有效高度得h0＝h-as＝1500-50＝1450mm。
Figure BDA0003167229360000202
Figure BDA0003167229360000203
As＝ξbh0fc/fy＝3023.37mm2
本设计方案中挡墙每单位长度墙底截面配筋采用10根C22HRB400钢筋以 及16根C28锚筋桩，截面面积为 Ad＝10×380.1+16×615.8＝13653.8mm2＞As＝3023.37mm2，因此配筋满足受力要求。
锚杆钢筋混凝土肋板墙内力计算
根据《公路桥涵通用设计规范》(JTG D60-2015)，本方案柱间净距大于 肋柱宽度，且肋柱宽度小于1.0m，因此每根肋柱土压力计算宽度b按下式确定。
Figure BDA0003167229360000204
式中D——肋柱宽度；
n——柱数。
肋柱基底布设锚筋桩，计算模型采用悬臂梁模型，若肋条上布设的支锚结 构全为12m锚杆的条件下，则每根肋柱上所底部所承受的最大弯矩为：
Figure BDA0003167229360000211
Figure BDA0003167229360000212
Figure BDA0003167229360000213
As＝ξbh0fc/fy＝24436mm2
本设计方案中每根肋条底截面配筋采用12根C32HRB400钢筋以及8根C28 锚筋，截面面积为Ad＝12×804.2+8×615.8＝14576.8mm2＜As＝24436mm2，因此配筋 不满足受力要求，由于所需截面面积过大，为使配筋满足其受力要求，将下部 三排锚杆改为锚索，锚固段长度12m，自由段长度13m，则可求锚索的水平向 拉力Nh。
Nh2＝N2cos15°＝πdqsklcos15°＝440.39kN
式中qsk＝105kPa
则可求出肋柱所受最大弯矩为
Figure BDA0003167229360000214
Figure BDA0003167229360000215
Figure BDA0003167229360000216
As＝ξbh0fc/fy＝5125.17mm2
本设计方案中肋柱截面配筋采用12根C32HRB400钢筋，截面面积为 Ad＝12×804.2＝9650.4mm2＞As＝5125.17mm2，因此配筋满足受力要求。
4、路基路面加固恢复工程
支挡结构中段墙身(超出现状浆砌片石贴墙顶部1m)达到初凝状态后，开 始进行路基路面加固恢复工程。加固手段为静压注浆加固，注浆孔直径
Figure BDA0003167229360000221
正三角形布置(梅花形)，间距2m，孔深13m，注浆管采用DN80钢制花管， 长度12m，注浆段长度12m，加固路面结构层以下区域，注浆压力0.2～0.7MPa， 注浆钢管埋入路基。完成上述施工后，进行支挡结构顶部挡板施工，挡板背部 回填无砂大孔混凝土至沥青面层下部，注意支挡结构锚杆施工应在开挖段回填 无砂大孔混凝土初凝之后，待锚杆工程浆液初凝后恢复18cm沥青面层及波形护 栏。
5、排水工程
设计排水设施以支挡结构内预留泄水孔为主，可与锚杆同时施工：墙顶冠 梁及顶端挡板范围，纵向间隔4m，垂向间隔1m，交错预留
Figure BDA0003167229360000222
PVC泄水孔； 下部设置4排深层泄水孔(钢筋砼方案按4m纵向，垂向按1.5m+2m+2m+3m， 交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平行布置)，泄水孔外 径不低于
Figure BDA0003167229360000223
泄水结构由
Figure BDA0003167229360000224
PVC管螺旋开孔后，内置YB100缠绕 型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％。
S10，支挡结构验算：包括整体稳定性验算、支挡结构配筋构造内力验算。
1、整体稳定性验算
对用锚杆钢筋混凝土挡墙支护后的路堤边坡以及用锚杆钢筋混凝土肋板墙 支护后的路堤边坡分别验算其在非正常工况I(暴雨工况)下的整体稳定性， 利用理正岩土计算6.5版中复杂土层土坡稳定性计算模块，计算结果见表5。
表5两种支挡方案在非正常工况I条件下边坡安全系数计算结果表
Figure RE-GDA0003451721880000224
计算结果显示，边坡在使用锚杆钢筋混凝土挡墙支护方案后的最不利滑动 面稳定性系数为1.339，使用锚杆钢筋混凝土肋板墙支护方案最不利滑动面稳定 性系数为1.251。整体稳定性计算结果表明使用两种支护方案处治边坡后均能达 到规范要求的1.250，锚杆钢筋混凝土肋板墙支护方案仅略超过规范要求的安全 系数，其安全储备较低。
2、支挡结构配筋构造内力验算
根据内力计算结果，锚杆钢筋混凝土挡墙配筋满足受力需求，锚杆钢筋混 凝土肋板墙需要将下部三排锚杆替换成锚索后配筋强度方可满足受力需求，锚 索锚固段长度12m，自由段长度13m。计算结果见表6，计算过程详见计算书。
表6支挡方案配筋验算结果表
Figure BDA0003167229360000231
注：充盈指数＝实设计纵筋配筋截面面积/纵筋最小配筋截面面积。
3设计方案比选
根据验算结果，钢筋砼挡墙和钢筋砼肋板墙在安全性上均可满足相关规范规程要求，但钢筋砼挡墙路堤整体稳定性和配筋充盈率更高，安全储备更高。根据 预算文件进行预算，钢筋砼肋板墙方案在经济性上略占优势。钢筋砼挡墙按垂 向设计和纵向8～10m的间距分节段立模浇筑施工，而肋板墙方案需施工28幅 肋板墙，需重复支模施工，施工效率低下。综合考虑设计方案安全性、经济性 及施工效率等因素，本设计推荐使用钢筋砼挡墙方案。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般 理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理 解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义， 不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入 本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并 不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再 不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，前期勘察：沿支挡的挡板内侧边缘布置若干个钻孔，采用孔内取样进行室内试验及孔内原位测试手段，初步查明加筋土挡墙边缘纵向分布及埋深情况，以及填料膨胀性岩土特殊性质及地下水埋藏情况；
S2，病害路段建设情况分析：分析因素包括支挡结构、筋带布置、填料情况、施工开挖、排水设施；
S3，场地岩土层试验分析：根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验获取场地岩土层具体结构；
S4，地下水分析：包括地下水特征、各岩土层渗透性以及水土腐蚀性分析；
S5，膨胀岩土分析：包括涨缩土类型、胀缩地基等级划分；
S6，岩土力学参数取值：综合室内试验和现场原位测试成果，结合地方工程经验，对照相关规范规程，病害路段各岩土层物理力学参数来对岩土力学参数进行取值；
S7，病害成因机理分析：根据S1-S5中所得的数据，分析病害成因；分析因素包括：路基填土胀缩性因素、地下水作用因素以及气象因素；
S8，病害路基整体稳定性分析：根据S1-S5中所得的数据，得出该场地整体稳定性系数；并通过现场勘探病害路段的浆砌片石贴墙、挡板脱落和起鼓情况、内部筋带状态，来验证所述稳定性的准确度；
S9，设计方案，包括挖除工程、支挡结构安装工程、路基路面加固恢复工程和排水修复工程；其中排水修复工程以支挡结构内预留泄水孔为主，与锚杆同时施工：墙顶冠梁及顶端挡板范围，纵向间隔4m，垂向间隔1m，交错预留
Figure FDA0003167229350000021
泄水孔；下部设置4排深层泄水孔，钢筋砼方案按4m纵向，垂向按1.5m+2m+2m+3m，交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平行布置，泄水孔外径不低于
Figure FDA0003167229350000022
泄水结构由
Figure FDA0003167229350000023
管螺旋开孔后，内置YB100缠绕型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％；
S10，支挡结构验算：包括整体稳定性验算、支挡结构配筋构造内力验算。
2.根据权利要求1所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S1中，S9的设计方案中，若需要在现存浆砌片石贴墙外新设支挡结构，则向道路外扩建不小于1.3米，扩建强度等级C30。
3.根据权利要求1所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S11，S9的设计方案中，支挡结构包括有钢筋砼挡墙和钢筋砼肋板墙，根据S10验算结果进行选择。
4.根据权利要求3所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：钢筋砼挡墙，墙身分为3段，底层为高直墙，内侧2排锚筋桩顶部与中部墙身配筋搭接，超出现状浆砌片石贴墙顶部1m，兼做顶部冠梁，宽度1m，将现存浆砌片石贴墙封闭，预留20cm卡槽固定最顶段2m钢筋砼挡板；顶部挡板高度2m，固定于墙顶冠梁卡槽中，挡板顶与路面齐平，板厚30cm，挡板背部按中部墙身坡度延长设置后浇带；顶部挡板和中部墙身分别设置1排和2排长锚杆，沿公路纵向间距2m，垂向间距2m，锚孔直径
Figure FDA0003167229350000024
锚杆主筋为C32钢筋；基础、墙身、墙顶挡板强度等级均为C40砼。
5.根据权利要求3所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：所述钢筋砼肋板墙，结构基础厚度1m，宽1.2m，基底设置2排锚筋桩，排间距0.8m，沿公路纵向间距0.6m，锚筋束由4根C32钢筋+1根DN40钢管构成，内侧1排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管不需出露，外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻入深度5.1m，锚孔直径不低于
Figure FDA0003167229350000031
6.根据权利要求3所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S3中，根据地质调查、钻探揭示及室内土工试验获取场地岩土层具体结构包括：
1、人工堆积第2层：路面结构素填土，分布于高带公路表层，由沥青面层、水泥灰碎石稳定层及碎石垫层构成，密实状；
2、人工堆积第1层：素填土，分布于路基左幅加筋土填筑区域，按路基左幅施工开挖回填情况，填土包括灰黄色粉质粘土混混青灰色泥岩风化碎石，局部为粉质粘土混紫红色泥质粉砂岩风化碎石，土质不均匀；
3、第四系残坡积层：粉质粘土，分布于路基右幅挖方地段，埋深0.7～0.9m，厚度1～2m，灰黄色，受大气降水下渗浸润，呈湿润状态，硬塑，土质不均，局部含泥砂岩风化碎石，干强度及韧性中等；
4、强风化泥岩：路基左侧，病害段，埋深在4～12m之间，右侧2～3m，厚度变化差异大，在0.2～6.60m之间，青灰色，岩石风化强烈，裂隙极发育，冲击及干钻进尺慢，水钻进尺快，岩芯多呈坚硬土状，局部呈碎块状；
5、中风化泥岩：路基左侧，病害段，埋深在8.5～17m之间，右侧3～3.5m，最大揭示厚度14.00m，未钻穿，青灰色，局部夹紫红色泥质粉砂岩，泥质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱、碎块状。
7.根据权利要求1所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S9中，锚筋束由4根C28钢筋+1根DN40钢管构成，内侧2排桩长9m，埋入基础以下6m，出露3m，DN40钢管不需出露，最外侧1排桩长6m，埋入基础内，开挖基础基坑整平后，锚筋桩孔钻入深度5.1m，锚孔直径不低于
Figure FDA0003167229350000041
8.根据权利要求1所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S9中，I型锚筋桩主筋采用4根HRB400C36mm钢筋，呈正方形布设，I型长度为12m和Ⅱ型长度6m；主筋间布设导向定位钢筋，导向定位钢筋由3根HRB400C14mm钢筋组成，每根导向定位钢筋长度为30cm，第一组导向定位钢筋中点距主筋顶部0.5m，往下按中心距1.0m间隔设置导向定位钢筋，最后一组导向定位钢筋中点距主筋底部0.5m，施工时应先将导向定位钢筋固定在中心主筋上，再将外围主筋与导向定位钢筋焊紧，钢筋应采用单面连续焊连接。
9.根据权利要求1所述的一种有面板超高垂直加筋土路堤病害治理的方法，其特征在于：S9中，排深层泄水孔，钢筋砼方案按4m纵向，垂向按1.5m+2m+2m+3m，交错布置，肋板墙方案布置于胁间板中部，按上述间距平行布置，泄水孔外径不低于φ114mm，泄水结构由φ110mmPVC管螺旋开孔后，内置YB100缠绕型塑料盲沟构成；泄水孔横向坡度5％。
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