加筋土擋土墻破壞機(jī)理及加固技術(shù)

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，劉　磊(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院)

加筋土擋土墻破壞機(jī)理及加固技術(shù)

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，劉磊
(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院)

摘要:通過總結(jié)分析既有加筋土擋土墻的幾種破壞形式及破壞機(jī)理，提出針對不同形式破壞的加固處理方法，并結(jié)合省某破壞加筋土擋土墻的工程實(shí)例，制定詳細(xì)的加固施工方案，為同類型的加固處理技術(shù)提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞:加筋土擋土墻;破壞機(jī)理;加固;失穩(wěn)

中圖分類號:U418. 9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:??: C

文章編號:??:1008－3383(2015)01－0040－02

收稿日期:2014－12－23

作者簡介:王文章(1995－)，男，東北林業(yè)大學(xué)本科生。

基金項(xiàng)目:東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201410225044)。

1　引言

加筋土擋土墻因其顯著提高土體強(qiáng)度，且降低地基土體的承載能力要求，從而在國內(nèi)的擋土墻建設(shè)中被廣泛采用。加筋土擋土墻現(xiàn)在已發(fā)展成為較成熟的擋土墻建設(shè)技術(shù)，設(shè)計計算理論越來越完善，施工工藝也日臻成熟，加筋材料的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，使加筋土擋土墻的應(yīng)用范圍更廣。

然而，由于交通荷載的不斷增大，超過了路基的設(shè)計承載力，同時加筋土擋土墻存在自身固有的缺陷，國內(nèi)建設(shè)較早的加筋土擋土墻易產(chǎn)生變形破壞，從而嚴(yán)重影響了道路的舒適性和安全性。因此，對失穩(wěn)加筋土擋墻進(jìn)行研究分析，提出合理的加固維修方法，對改善道路的使用性能和降低建造成本有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)轭愃茡跬翂庸叹S修提供一定的工程參考。

2　破壞特征及原因分析

2．1破壞的幾種主要形式

根據(jù)調(diào)查顯示，加筋土擋土墻發(fā)生破壞的特征主要有以下幾種:

(1)拉筋與墻面板分離，墻面板因沒有約束作用造成墻面板局部脫落，

(2)道路路面產(chǎn)生縱向裂縫。當(dāng)加筋土擋土墻發(fā)生失穩(wěn)破壞時，基本都會出現(xiàn)縱向裂縫，發(fā)生破壞嚴(yán)重的部位，裂縫寬度會達(dá)到5～10 mm，查看道路是否有裂縫的出現(xiàn)可以判斷擋土墻是否發(fā)生的是整體失穩(wěn)破壞。

(3)墻體整體外傾。在調(diào)查中，這種類型的破壞約占調(diào)查總數(shù)的三分之一，如圖1(1)所示。

(4)墻體發(fā)生外鼓現(xiàn)象。這種破壞特征是加筋土擋土墻最常見的破壞特征，常見的外鼓形式有以下兩種:

①呈現(xiàn)C型，如圖1(2)所示。加筋土擋土墻在使用運(yùn)營幾年之后，都會有不同程度的外鼓現(xiàn)象，墻體建設(shè)越高，這種效果更為明顯，發(fā)生最大位移處大致位于距離路面三分之一高度處。

②呈現(xiàn)S型，如圖1(3)所示。部分擋土墻在C型外鼓的基礎(chǔ)上，在墻體中下部會出現(xiàn)另一個外鼓現(xiàn)象，整體呈現(xiàn)S型外鼓。

2．2破壞原因分析

在《公路加筋土工程設(shè)計規(guī)范》和《公路擋土墻設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》中，對加筋土擋土墻的設(shè)計施工有具體的規(guī)定，它已成為擋土墻建造中一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)。但在使用一定時間后，會出現(xiàn)不同程度的變形，總結(jié)分析得到，造成這種現(xiàn)象存在主要外在和內(nèi)在的兩方面原因。

圖1　加筋土擋土墻破壞形式

(1)外在原因

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，道路的交通量不斷增大。設(shè)計初期的交通量少于現(xiàn)在的實(shí)際交通量。直接導(dǎo)致車輛荷載超限，超過設(shè)計承載力，在動荷載作用下，墻體出現(xiàn)外傾和墻面板脫落的現(xiàn)象。

(2)內(nèi)在原因

①加筋材料為柔塑性體，具有增阻遲緩的性質(zhì)。在車輛動荷載的作用下，因增阻遲緩，不能及時提供抵御土體變形的阻力。筋帶失效不一定為本身強(qiáng)度不夠，而是因?yàn)橥馏w在車輛動荷載的作用下，筋帶增阻速度比動載增加的速度之后，使土體發(fā)生瞬時變形超限而發(fā)生破壞。在設(shè)計中，加筋土擋土墻所使用筋帶的數(shù)量并不代表土體實(shí)際的強(qiáng)度，須考慮增阻性能與動載作用的匹配。

②擋土墻的車輛動荷載的作用下，側(cè)壓力沿垂直方向符合布西涅斯克解，即為在彈性半空間體上作用一側(cè)壓力，應(yīng)力分布呈現(xiàn)上大下小的特征，而主動土壓力呈現(xiàn)上小下大的特征，在二者的共同作用下，在距離上表面三分之一的位置出現(xiàn)最大的外推力。當(dāng)在設(shè)計中沒有考慮這一因素的影響，筋帶設(shè)計強(qiáng)度不滿足時，墻體就會在外推力的作用下發(fā)生外鼓現(xiàn)象。

③對于加筋土擋土墻而言，墻后填土的強(qiáng)度一般比較低，在建成初期有部分的塑性變形，車輛動荷載的增大會使原塑性區(qū)范圍增大，隨著時間的累積，變形會逐漸增大，而從在擋土墻內(nèi)部可能出現(xiàn)整體破壞。

3　案例分析

以某破壞加筋土擋土墻為工程實(shí)例，通過對其進(jìn)行破壞形式的理論分析，得到了該加筋土擋土墻在車輛動荷載作用關(guān)系下失穩(wěn)破壞的過程和機(jī)理。

(1)在車輛動荷載作用下，墻體的上部呈現(xiàn)出拉裂破

壞，墻面的位移是因?yàn)槔褏^(qū)側(cè)向分離的結(jié)果。墻體中部的位移主要由墻體邊緣塑性變形和中心區(qū)拉裂破壞共同作用的結(jié)果。墻腳出的位移主要由墻體內(nèi)部剪切破壞帶的剪切滑移所造成的，但在墻腳出受到基礎(chǔ)約束的作用，變形不易出現(xiàn)。綜上所述，墻面的變形主要受到墻體內(nèi)部應(yīng)力分布的影響。

(2)路面動荷載是影響擋土墻穩(wěn)定性的主要因素。車輛動荷載一般作用時間短，頻率高，增速快。加筋土擋土墻的筋帶增阻滯后，動荷載作用下不能及時提供阻力，從而超過墻體的承載能力，發(fā)生瞬時變形。

(3)通過對試驗(yàn)路段加筋土擋土墻的變形和破壞形態(tài)的觀察分析可以得出，由于加筋土擋土墻的自身缺陷，在車輛動荷載增大的情況下，引發(fā)原塑性變形繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大，對墻體造成整體性的永久破壞。

針對該路段加筋土擋土墻呈現(xiàn)出來的破壞形態(tài)，對該破壞出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，得到合理的加固處理方案。該方案的加固處理既要考慮控制破壞變形的形式，同時，還要考慮土體自身的強(qiáng)度，最終是墻體形成一個統(tǒng)一的整體，避免局部受力，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面兼顧的加固目的。

4　加固方案

基于對失穩(wěn)加筋土擋土墻的破壞機(jī)理的分析，為具體的加固處理措施提供了科學(xué)基礎(chǔ)，結(jié)合工程實(shí)際情況制定出總體思路方案，如圖2所示。

圖2　總體方案布置圖

(1)在破壞墻體的兩面?zhèn)葔ι香@打2～3排預(yù)應(yīng)力錨桿，深度控制在10～11 m，豎直的間距為2．5 m，縱向間距為2．5 m，預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計值為145 kN，通過預(yù)應(yīng)力的施加，控制墻體的變形。

(2)錨桿安裝就位后，進(jìn)行分層多次進(jìn)行高壓注漿，改善墻后土體的自身強(qiáng)度，彌補(bǔ)土體強(qiáng)度的不足，同時提高錨桿的承載能力。

(3)針對加筋土擋土墻的墻面板為單個構(gòu)件，之間的聯(lián)系薄弱，不能形成受力的整體，難以承受施加的錨桿預(yù)應(yīng)力。故在墻體的外表面噴射一層鋼筋混凝土面板，使單個板連成一個整體，共同抵抗由土體、錨桿帶來的彎矩和剪力，提高整體承載能力。

5　結(jié)語

加筋土擋土墻的變形破壞已經(jīng)成為道路系統(tǒng)中普遍存在的現(xiàn)象，給交通系統(tǒng)的安全和舒適帶來了潛在的危險，需要得到交通部門的重視。

通過對既有加筋土擋土墻的破壞特征調(diào)查，分析出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因，從力學(xué)分析的角度出發(fā)，予以詳細(xì)的闡述說明。然后結(jié)合某失穩(wěn)加筋土擋土墻的案例，分析其破壞的具體原因，對癥下藥，制定了合理的加固處理方案，選定掛網(wǎng)噴射混凝土、預(yù)應(yīng)力錨固、高壓注漿三種方法相結(jié)合的加固方案。該加固方案基于工程實(shí)例進(jìn)行，可以為有類似問題加筋土擋土墻的加固處理提供一定的參考。

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