輕型填筑材料在防汛墻傾覆防治中的應用

陸志翔 王永東

【摘 要】防汛墻發生傾覆的原因主要有地質條件、外界環境變化、施工過程不當及設計控制考慮不周等自然因素和人為因素。當防汛墻由于以上某種原因而發生傾斜傾覆時，越早處理越有利于減少損失。預防及處理防汛墻傾覆的主要措施有拆除重建、擴大加固地基基礎、改變防汛墻墻體的前后受力狀態等。文章從改變防汛墻墻后受力狀態出發，采用輕型填筑材料置換部分墻后土體，處理了某工程防汛墻傾斜問題，成功防止了該防汛墻傾覆災害的發生。

【關鍵詞】防汛墻;輕型;填筑材料;傾覆;防治

【中圖分類號】TV871.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）02-0148-02

防汛墻的防洪防汛功能為保障人民生命財產安全起到了極其巨大的作用，也為經濟建設的順利進行和快速高效發展提供了保證。

建成后的防汛墻在運行過程中時常受到各方面的因素影響而產生傾斜和傾覆現象，在防汛墻產生傾斜初期及早采取合適的措施進行傾覆防治處理，不僅可以在經濟上取得良好的效益，還為及時消除洪水等災害風險提供了可靠的保證。陳峰[1]對上海地區防汛墻加固工程關鍵問題進行了研究;王永東[2]對巖土工程邊坡治理進行了設計和應用;鄒洽宇[3]對橋背發泡輕質土填筑工程沉降計算進行了研究;張世明[4]分析應用了石籠堆載反壓法處理傾覆變形擋土墻;侯輝[5]研究了橋頭病害致因分析及處治措施;高飛[6]分析了泡沫混凝土在某跨線橋接坡道路工程中的應用。

本文擬以上海地區某泵閘上游防汛墻為背景，闡述應用輕型填筑材料防治防汛墻傾覆災害的原理及效果，為防汛墻的傾斜處理提供方法借鑒。

1 工程情況

位于上海某泵閘上游防汛墻，墻后填土設計標高為4.80 m，泵閘防汛墻為鋼筋混凝土結構，形式為L型，墻頂標高5.50 m，河底標高0.50 m，基礎底面標高為-0.50 m，防汛墻具體結構尺寸及設計剖面圖。

在防汛墻建成后不久，監測結果顯示該防汛墻開始發生傾斜。管理單位及時組織人員將墻后的土體卸除，墻后土體標高卸至2.50 m后，監測結果顯示該防汛墻不再繼續發生傾斜。

2 處理思路

經對勘察資料、設計資料、施工資料及現場實際情況的檢查、檢驗、校核、計算和分析，該防汛墻產生傾斜的主要原因是防汛墻墻體所受到的傾覆力矩大于墻體所受到的抗傾覆力矩（以墻址為計算點）。

針對該防汛墻產生傾斜的原因，要改變這種狀態，確保防汛墻不再產生傾斜，可以從以下3個方面予以考慮并采取適當的措施進行處理。一是增大防汛墻墻前水土壓力，從而增大防汛墻抗傾覆力矩;二是增大基礎寬度或厚度，或是對基礎進行樁基加固處理，從而增大防汛墻抗傾覆力矩;三是減少墻后水土體水平向推力，從而減小防汛墻傾覆力矩。

由于防汛墻墻前河床基本穩定，河流水位受到降雨、潮汐等自然現象影響較大，拋石堆載又對防汛防洪產生不利影響，因此人工改變墻前水土壓力狀態基本不可行。防汛墻已經建成，再對基礎進行加寬、加厚或樁基加固，經濟成本及施工技術難度都相對較大，且對周邊環境影響也較大。挖除墻后一定范圍內的土體，采用輕型填筑材料予以替換，可以大大減小墻后水土體所產生的水平向壓力，而對墻后基礎上覆壓力卻不產生較大的影響，可以達到防止防汛墻產生傾斜傾覆的目的。

3 墻體力矩平衡分析

墻背光滑直立、墻后填土水平、坡頂無附加荷載的重力式防汛墻抗傾覆穩定性應符合式（1）的要求。

式（1）中：Ft為防汛墻抗傾覆穩定系數，不小于1.6;∑M為抗傾覆力矩之和，KN·m/m;∑R為傾覆力矩之和，kN·m/m;G為防汛墻及上覆土體自重，kN/m;x0為防汛墻及上覆土體重心至墻址的水平距離，m;EP為墻前被動土壓力合力，KN/m;ZP為墻前被動土壓力合力作用點至墻址的垂直距離，m;Ew為墻前水壓力合力，kN/m;Zw為墻前水壓力合力至墻址的垂直距離，m;Ea為墻后主動土壓力及水壓力合力，kN/m;Za為墻后主動土壓力及水壓力合力作用點至墻址的垂直距離，m。

將墻后一定范圍內的土體卸除，墻后土體邊坡處于自穩定狀態。當用輕型填筑材料替換原有填土后，由于輕型填筑材料本身具有較高的黏結強度，因此墻后水土壓力可以不考慮輕型填筑材料所產生的水平向壓力。當墻后受力處于極端不利情況下，墻后的水平向壓力應考慮墻后充滿水后水體所產生的水平向壓力。墻后換填輕型填筑材料后，防汛墻所受到的作用力及力臂大小見表1。

按照表1所列出的計算數值，防汛墻墻后換填輕型填筑材料后，依據式（1）防汛墻抗傾覆穩定性力矩計算公式可演算簡化為式（2）。

51.40+9.37γ≥1.6×93.65（2）

由式（2）解得輕型填筑材料重度只要大于等于10.5 kN/m3就可以滿足防汛墻抗傾覆穩定性要求。

4 換填輕型材料比選與應用

墻后換填所選用的輕型填筑材料既要考慮材料的價格，又要考慮材料的強度，尤其是抗剪切和抗拉強度，換填的材料最好能夠形成一個整體，從而確保墻后不再產生水平向土壓力。市場上可用于換填地基土的輕型建筑材料主要有聚苯乙烯類和泡沫混凝土類，這兩類輕型填筑材料的主要性能及價格見表2。

目前，以上兩種輕型填筑材料在國內應用的基本情況：聚苯乙烯類主要應用在公路橋頭路基填筑方面，其主要目的是減少地基土的差異沉降;輕型泡沫混凝土類主要應用在城市地鐵上覆土體換填方面，其主要目的是減少地鐵等地下交通設施體上覆土壓力，從而減少地鐵隧道的沉降及受壓變形破壞。

由表2可知，聚苯乙烯泡沫塑料類的重度較小，無法滿足本項目防汛墻墻后填土置換要求，因而防汛墻墻后土體換填選用價格適宜的泡沫混凝土。經配合比試驗及抗拉、抗剪強度試驗，最終選用的輕型泡沫混凝土重度為10.8 kN/m3，經現場施工換填，該防汛墻重新投入運行。經墻后換填處理的防汛墻投入運行后未發生傾斜現象，起到了其應有的防洪防汛作用。

5 結語

（1）防汛墻發生傾斜初期應及時采取有效措施進行處理，防止防汛墻繼續傾斜進而發生傾覆。

（2）防汛墻傾斜處理受自然條件影響較大，宜在墻后采取相應的糾偏加固處理措施。

（3）防汛墻傾斜治理及傾覆防治宜采取強度相對較好的輕型填筑材料，以減少墻后水平方向推力。

（4）進一步研究輕型填筑材料在防汛墻抗傾覆方面的應用，在設計之初就可根據防汛墻所處環境特性有針對性地進行局部換填處理。

參 考 文 獻

[1]陳峰.上海地區防汛墻加固工程關鍵問題[J].水利水電科技進展，2014，34（6）：49-55，106.

[2]王永東.巖土工程問題實例解析[M].北京：清華大學出版社&北京交通大學出版社，2018.

[3]鄒洽宇.橋背發泡輕質土填筑工程沉降計算研究[D].武漢：武漢理工大學，2015.

[4]張世明.石籠堆載反壓法處理傾覆變形擋土墻[J].西南公路，2017（3）：91，98.

[5]侯輝.橋頭病害致因分析及處治措施研究[J].江西建材，2018（4）：176，179.

[6]高飛.泡沫混凝土在某跨線橋接坡道路工程中的應用[J].建材與裝飾，2018（5）：254-255.

[責任編輯：陳澤琦]