加筋土擋墻在堤防工程中的應用及推廣

黃愛民

[摘要]首先分析加筋土擋墻的優(yōu)點，然后介紹加筋土擋墻的機理，最后重點將加筋土擋墻應用于某堤防工程。

[關(guān)鍵詞]加筋土擋墻堤防工程

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597(2009)0210094－01

一、加筋土擋墻的機理

(一)加筋效果

加筋提高了土體的峰值破壞強度。對于大多數(shù)情況，變形性能也能得到顯著的改善，即達到破壞強度時的軸向應變增大了，并且峰后強度損失減少。但是，對于脆性的加筋材料，加筋土有可能發(fā)生脆性破壞，峰后強度損失仍很大。加筋主要是限制土體側(cè)向變形，并阻止剪切帶的發(fā)生和發(fā)展。加筋的效果與加筋材料的層數(shù)或間距、布置、強度和剛度、筋土界面的摩擦特性等因素有關(guān)。加筋的間距越小，筋土界面的摩擦越強，加筋效果越顯著。在一定的范圍內(nèi)，抗剪強度隨著加筋層數(shù)的增加而近似線性增加，但超過某一加筋層數(shù)后，抗剪強度不再有明顯的增加。加筋水平布置時，加筋效果最好，而加筋與水平面夾角在40°－60°之間時，加筋效果最差。

(二)破壞模式

加筋土有兩種破壞模式，分別為：筋土相對滑動--通常發(fā)生在周圍壓力較小、加筋的間距較大的情況下，加筋土的抗剪強度取決于筋土界面的摩擦抗剪強度：加筋拉斷通常發(fā)生在周圍壓力較大、加筋的間距較小的情況下，加筋土的抗剪強度取決于加筋的抗拉強度。

(三)抗剪強度包線

加筋土的抗剪強度包線是雙直線的，轉(zhuǎn)折點對應的周圍壓力稱為臨界周圍壓力。臨界周圍壓力的大小與筋土界面的摩擦抗剪強度以及加筋的抗拉強度有關(guān)，筋土界面的摩擦強度越大，臨界周圍壓力越小。當施加的周圍壓力小于臨界周圍壓力時，加筋土的破壞為筋土相對滑動破壞，加筋土的抗剪強度提高是由于摩擦角的增加；當周圍壓力大于臨界周圍壓力時，加筋土的破壞為加筋拉斷破壞，加筋土的抗剪強度提高是由于粘聚力的增加。

(四)加筋效果的分析模式

加筋土的抗剪強度比未加筋土的抗剪強度提高了，這是加筋土的基本思路。加筋提高土的抗剪強度，有兩種等價的解釋：等效圍壓原理和準粘聚力原理，對比加筋砂與未加筋砂的三軸試驗結(jié)果，加筋砂與未加筋砂的強度曲線幾乎完全平行，但加筋砂的強度曲線不通過坐標原點而在縱坐標上有一段截距，因此，砂土加筋之后其內(nèi)摩擦角不變，而產(chǎn)生了“粘聚力”。未加筋砂是沒有粘聚力的，因此這一粘聚力被稱為“準粘聚力”，即準粘聚力原理。未加筋砂在σ₁和σ₂作用下達到極限平衡，而加筋砂在該應力狀態(tài)下則處于彈性平衡狀態(tài)，這說明加筋砂的強度提高了。由應力圓分析可知，加筋的作用相當于增加了有個附加圍壓△σ₃，從根本上講，等效圍壓理論與準粘聚力理論時等同的，都是對加筋砂土三軸試驗結(jié)果由現(xiàn)象到機制的等效力學解釋。

二、加筋土擋墻在堤防工程中的應用

衡陽市蒸水南堤草橋至蒸水橋段建筑長度1.29km，由于河道狹窄淤積、排水不暢、局部地段阻水嚴重等多種因素，10年一遇的洪水，便會造成堤段出現(xiàn)滲漏、管涌等現(xiàn)象，部分堤段產(chǎn)生滑坡，導致保護區(qū)的部分地區(qū)受淹，經(jīng)濟損失十分嚴重，急需整治。此堤防工程要求：對河段進行除險加固，加高加固。治理后的堤防防洪標準將達到100年一遇。在設計之初對設計方案進行了多番比較，堤防高差最大達12.89m，如若采用梯形放坡斷面型式填筑土堤。雖然節(jié)省工程投資，但蒸水南堤堤背規(guī)劃的三棟20多層的樓房建筑距離將不能滿足要求，導致將無法建筑，這塊地早在幾年前已拍賣，如臨時征地，不但需要大量的征地費用，而且影響城市總體規(guī)劃，經(jīng)濟上更不合理，故只有選擇直立式岸坡。將砌石重力式擋墻、懸臂式擋墻及扶壁式擋墻、衡重式擋墻等多種擋墻型式進行技術(shù)經(jīng)濟比較，發(fā)現(xiàn)僅該堤段擋墻工程造價就需1060萬元，投資較大，且對基礎(chǔ)應力要求高，鑒于實際情況，大膽采用了加筋土擋墻型式，通過核算此堤段加筋擋墻工程造價為779.5萬元，相對而言不但節(jié)省大量工程投資，解決了基礎(chǔ)地基應力問題，而且墻面美觀大方，有利于區(qū)域環(huán)境建設。

衡陽市蒸水南堤草橋至蒸水橋段建筑全長為1.29km，中間被雁棲橋相隔，加筋土擋墻總長度為1.07km，墻高在5－9m之間。一部分結(jié)構(gòu)采用階梯路肩式加筋陡坡結(jié)構(gòu)，分階高度2.5m，臺階寬度0.78m，臺階下層采用加筋土擋墻結(jié)構(gòu)，上層放坡，邊坡坡比1:2.0，草皮護坡。一部分從52.43m標高開始全部采用加筋土擋墻，擋墻項標高為63.32m，擋墻高達10.89m，為了確保工程質(zhì)量，在正式施工前設置了50m長的新型結(jié)構(gòu)試驗段，試驗無誤后方才進行大規(guī)模的施工。基礎(chǔ)開挖后，設置漿砌石基座，部分直接采用回填土作基礎(chǔ)，并于加筋土基礎(chǔ)鋪設鋼塑土工格柵，提高地基承載力；現(xiàn)澆砼條形基礎(chǔ)，預制安裝鋼筋砼面板(面板尺寸為：長×高＝99.0×49.0cm)；加筋帶材料選擇型號為CAT30020A(規(guī)格30×2.0mm、破斷拉力≥7.0N，極限抗拉強度115Mpa、破斷伸長率≤3％、單位長度13.0m/kg)，每0.5m高鋪設一層，每層間距0.5m設一孔，每孔筋帶4條，筋帶長8m－6m,墻后面板0.3m范圍內(nèi)回填卵石，其后再回填填土料。

在施工現(xiàn)場開挖土方較多，回填土料是最省投資、最便捷快速的方案，但因本工程為水利工程，考慮到水位漲落對填料的影響，特別是水泡后，土與筋帶之間的摩擦力將會降低，經(jīng)過計算推理后，將墻后填料分為兩部分，其中處于水位變動以下基礎(chǔ)回填一定數(shù)量、一定寬度的中粗砂，水位變動區(qū)以上基本回填土方，既解決了擋墻穩(wěn)定問題，也相對節(jié)省了工程投資。

加筋土擋墻施工工藝流程主要如下：測量放樣一基坑開挖一基礎(chǔ)驗收一回填中粗砂→鋪土工格柵→砌筑擋墻基礎(chǔ)→C25條形基礎(chǔ)澆筑→預制面板→第一層面板施工→攤鋪填料→壓實填料→鋪設筋帶→第一層及以上各層而板施工→攤鋪填料→壓實填料→鋪設筋帶→頂層型板的施工→壓實填料→鋪設筋帶→攤鋪填料→壓實填料。

本工程加筋土擋墻施工順利，期間遇到的最大施工難題是基礎(chǔ)開挖時遇到雜填土及淤泥質(zhì)土基礎(chǔ)，邊開挖邊坍塌，無法形成穩(wěn)定基坑，根據(jù)現(xiàn)場特殊地質(zhì)情況，將雜填土及淤泥質(zhì)土范圍內(nèi)原擋墻基礎(chǔ)擴大，邊開挖，邊拋石，并增鋪格柵，形成穩(wěn)定基坑后再砌筑漿砌石擋墻基座。發(fā)現(xiàn)問題及時修改設計方案，保證加筋土擋墻施工工期，如期在一個枯水期完工。該工程完工后經(jīng)歷了2008年汛期的洪水考驗，河道過流順暢，擋墻無變形無損壞，完整如新，解除了該區(qū)域的洪澇災害。

三、結(jié)論

通過加筋土擋墻在堤防工程治理中成功的應用，可知在施工場地狹小，施工材料運輸與存貯困難，工期緊，施工條件要求較為苛刻時，采用加筋土擋墻不失為一種經(jīng)濟省時的好方法，可在河岸整治、防洪及道路路基等工程中推廣應用。