加筋土擋土墻破壞機理及加固技術

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，劉　磊(東北林業大學土木工程學院)

加筋土擋土墻破壞機理及加固技術

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，劉磊
(東北林業大學土木工程學院)

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

關鍵詞:加筋土擋土墻;破壞機理;加固;失穩

中圖分類號:U418. 9

文獻標識碼:??: 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，東北林業大學本科生。

基金項目:東北林業大學大學生創新訓練項目(201410225044)。

1　引言

加筋土擋土墻因其顯著提高土體強度，且降低地基土體的承載能力要求，從而在國內的擋土墻建設中被廣泛采用。加筋土擋土墻現在已發展成為較成熟的擋土墻建設技術，設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準化，使加筋土擋土墻的應用范圍更廣。

然而，由于交通荷載的不斷增大，超過了路基的設計承載力，同時加筋土擋土墻存在自身固有的缺陷，國內建設較早的加筋土擋土墻易產生變形破壞，從而嚴重影響了道路的舒適性和安全性。因此，對失穩加筋土擋墻進行研究分析，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實意義，能夠為類似擋土墻加固維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

根據調查顯示，加筋土擋土墻發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)道路路面產生縱向裂縫。當加筋土擋土墻發生失穩破壞時，基本都會出現縱向裂縫，發生破壞嚴重的部位，裂縫寬度會達到5～10 mm，查看道路是否有裂縫的出現可以判斷擋土墻是否發生的是整體失穩破壞。

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

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

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

2．2破壞原因分析

在《公路加筋土工程設計規范》和《公路擋土墻設計與施工技術細則》中，對加筋土擋土墻的設計施工有具體的規定，它已成為擋土墻建造中一種應用廣泛的技術。但在使用一定時間后，會出現不同程度的變形，總結分析得到，造成這種現象存在主要外在和內在的兩方面原因。

圖1　加筋土擋土墻破壞形式

(1)外在原因

隨著經濟的不斷進步，道路的交通量不斷增大。設計初期的交通量少于現在的實際交通量。直接導致車輛荷載超限，超過設計承載力，在動荷載作用下，墻體出現外傾和墻面板脫落的現象。

(2)內在原因

①加筋材料為柔塑性體，具有增阻遲緩的性質。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度不夠，而是因為土體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，使土體發生瞬時變形超限而發生破壞。在設計中，加筋土擋土墻所使用筋帶的數量并不代表土體實際的強度，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壓力，應力分布呈現上大下小的特征，而主動土壓力呈現上小下大的特征，在二者的共同作用下，在距離上表面三分之一的位置出現最大的外推力。當在設計中沒有考慮這一因素的影響，筋帶設計強度不滿足時，墻體就會在外推力的作用下發生外鼓現象。

③對于加筋土擋土墻而言，墻后填土的強度一般比較低，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，而從在擋土墻內部可能出現整體破壞。

3　案例分析

以某破壞加筋土擋土墻為工程實例，通過對其進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系下失穩破壞的過程和機理。

(1)在車輛動荷載作用下，墻體的上部呈現出拉裂破

壞，墻面的位移是因為拉裂區側向分離的結果。墻體中部的位移主要由墻體邊緣塑性變形和中心區拉裂破壞共同作用的結果。墻腳出的位移主要由墻體內部剪切破壞帶的剪切滑移所造成的，但在墻腳出受到基礎約束的作用，變形不易出現。綜上所述，墻面的變形主要受到墻體內部應力分布的影響。

(2)路面動荷載是影響擋土墻穩定性的主要因素。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，發生瞬時變形。

(3)通過對試驗路段加筋土擋土墻的變形和破壞形態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，引發原塑性變形繼續發展擴大，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出來的破壞形態，對該破壞出現的原因進行分析，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度，最終是墻體形成一個統一的整體，避免局部受力，以實現點面兼顧的加固目的。

4　加固方案

基于對失穩加筋土擋土墻的破壞機理的分析，為具體的加固處理措施提供了科學基礎，結合工程實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)在破壞墻體的兩面側墻上鉆打2～3排預應力錨桿，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，預應力錨桿的設計值為145 kN，通過預應力的施加，控制墻體的變形。

(2)錨桿安裝就位后，進行分層多次進行高壓注漿，改善墻后土體的自身強度，彌補土體強度的不足，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件，之間的聯系薄弱，不能形成受力的整體，難以承受施加的錨桿預應力。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　結語

加筋土擋土墻的變形破壞已經成為道路系統中普遍存在的現象，給交通系統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查，分析出現這些現象的原因，從力學分析的角度出發，予以詳細的闡述說明。然后結合某失穩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，選定掛網噴射混凝土、預應力錨固、高壓注漿三種方法相結合的加固方案。該加固方案基于工程實例進行，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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