加筋土擋墻結(jié)合三軸陀螺儀在城市沿河滑坡治理中的應(yīng)用

摘 ? ?要：城市沿河滑坡一般為淺層滑坡，滑坡推力較小，但常常治理后再次成災。這是由于滑坡主要受水因素影響較大，常規(guī)滑坡治理方法并不適用。另外，結(jié)合城市環(huán)境，還需要注重工程建設(shè)與自然景觀的和諧統(tǒng)一，以提升城市現(xiàn)代化建設(shè)水平。本文主要對加筋土擋墻在城市沿河道路中的應(yīng)用進行了簡要介紹，以幫助相關(guān)工作人員充分認識到加筋土擋墻的性能優(yōu)勢。同時探討了采用三軸陀螺儀對加筋土擋墻位移的觀測方法。

關(guān)鍵詞：加筋土擋墻;三軸陀螺儀;城市沿河滑坡;應(yīng)用

1 ?引言

在城市化建設(shè)進程中，城市沿河道路工程建設(shè)需要從安全性、實用性和景觀性等多角度來設(shè)計建設(shè)，以滿足現(xiàn)代城市建設(shè)的需求。城市沿河道路常常有淺層滑坡需要治理，主要采用防洪堤與道路相結(jié)合的方式，這樣，道路工程在滿足交通功能的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合實際地勢做好防洪工作，并提供一定的休閑娛樂場所。而加筋土擋墻以其自身獨特的優(yōu)勢被越來越廣泛地應(yīng)用在城市沿河道路滑坡的治理中。

2 ?加筋土擋墻在城市沿河道路滑坡治理中的應(yīng)用簡介

城市沿河地帶的地勢相對較低，因此，城市沿河道路的路基主要采用全填方的施工方式，并設(shè)置必要的路基沖刷防護措施，如植被防護、砌石防護、土工織物、石籠防護、浸水擋墻、拋石防護和排樁防護等。其中，加筋土擋墻是一種能夠顯著增強道路路塹和路堤土體滑坡穩(wěn)定性和牢固性的措施，并且對地基的承載力具有較低的要求，同時施工方法簡單，施工成本相對較低。加筋土擋墻的基本原理就是在土中加入拉筋，這樣加筋帶與填料土之間就會產(chǎn)生一定程度的摩擦力，并提升土體自身的柔性，降低土體變形概率的同時使土體能夠滿足條件允許范圍內(nèi)的變形，提升土體自身的穩(wěn)定性。通常情況下，加筋土擋墻根據(jù)不同的劃分依據(jù)具有不同的類型，既包含條帶式和席墊式，同時又可以劃分成單面、雙面、臺階、無面板等多種結(jié)構(gòu)形式[1]。加筋土擋墻主要由三部分組成，面板、筋帶和后方填土，這三部分主要是形成內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并與加筋土擋墻和重力式擋墻相互配合形成外部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使得道路上的車輛載荷和土壓力得到均衡支撐。

3 ?加筋土擋墻的設(shè)計要點

3.1 ?填料和拉筋材料的選擇

對于填料的選擇，可以根據(jù)當?shù)氐慕ㄖ牧锨闆r而定。例如，砂性土在一定程度上有利于進行施工填筑和材料壓實，可以作為主要的填筑材料，再加上砂性土與筋帶之間的摩擦力也符合道路建設(shè)要求。對于填料的選擇，重點考慮參數(shù)為土容量和內(nèi)摩擦角，通過綜合客觀分析計算以確定符合工程要求的材料類型。拉筋材料的使用是為了增加筋帶與填料土體之間的水平摩擦力和垂直摩擦力，以保證筋體的穩(wěn)定性[2]?，F(xiàn)階段主要采用的拉筋材料以復合型拉筋帶為主，其重點衡量參數(shù)為破裂拉力、破裂強度標準值、破裂伸長率等。

3.2 ?內(nèi)部穩(wěn)定計算

加筋擋墻內(nèi)部穩(wěn)定計算是工程設(shè)計中的關(guān)鍵點之一。主要是采用假設(shè)的方式：認為墻體破裂面為折線形，然后以該折線為分界線，折線內(nèi)認為是自由活動區(qū)，而折線外則是錨固區(qū)。而破裂面上層為豎直面，下層為三角區(qū)。對于豎直區(qū)域的寬度一般取擋墻高度的三分之一左右，而三角區(qū)的折線角度則由兩部分組成，一部分默認為是45°，另一部分則為內(nèi)摩擦角的二分之一。通過豎直區(qū)域?qū)挾群腿菂^(qū)折線角度就能夠大致確定破裂角所對應(yīng)的折線位置[3]。

對于加筋擋墻內(nèi)部穩(wěn)定計算的主要參數(shù)為筋帶的抗拉強度和全墻抗拔穩(wěn)定性驗算。而這些參數(shù)的核算與筋帶長度都存在直接或者間接關(guān)系。筋帶長度為活動區(qū)和錨固區(qū)兩部分的長度之和。例如，錨固區(qū)長度與筋帶自身的摩擦力所能夠承受的抗拔力有關(guān)，根據(jù)以下公式：

[I活=0.3H（0

[I活=（H-zi）tan（45?-Φ2）（H1

即可以計算出筋帶活動區(qū)的長度，其相關(guān)參數(shù)主要有豎直區(qū)域長度、擋墻總高度、土層深度和內(nèi)摩擦角等。同時，擋墻的墻體高度不同，其安全系數(shù)也存在差異，所以全墻抗拔穩(wěn)定性的核算也有所不同。對于擋墻高度在12m以下的情況，需要確保拉筋自身的摩擦力和水平拉力之比在2以上，而對于擋墻高度在12m以上的情況，需要進一步保證筋帶的有效拉力與破裂面上的水平滑動力的比值在1.25以上。

3.3 ? 外部穩(wěn)定計算

對于加筋土擋墻的外部穩(wěn)定計算主要是通過計算抗滑動穩(wěn)定計算系數(shù)來確定墻體自身的抗滑動穩(wěn)定性。外部穩(wěn)定計算主要是根據(jù)城市道路擋墻設(shè)計與施工的相關(guān)規(guī)范要求，并通過構(gòu)建圓弧滑動面模型來估算出相應(yīng)的抗滑動穩(wěn)定計算系數(shù)，其具體計算公式為：K s =

[Ks=（C'iXi+Wicosαi·tanΦi）Wisinαi]

其中，第i條土的粘結(jié)力、重力、夾角、內(nèi)摩擦角、圓弧弧長等都是重要的影響因素。而對于外部不穩(wěn)定性，一般認為其穩(wěn)定性系數(shù)達到1.25以上，則能夠滿足工程要求。同時，外部墻體穩(wěn)定性的核算還與車輛載荷作用具有直接關(guān)系，一般將其采用相應(yīng)厚度的土層進行等待核算。而汽車荷載附加壓力值則根據(jù)墻體高度具體選擇相應(yīng)的參數(shù)[4]。因此，針對外部穩(wěn)定和內(nèi)部穩(wěn)定核算，需要根據(jù)荷載情況進行以下幾種工況下的核算，分別為無車輛載荷狀態(tài)、有車輛載荷狀態(tài)、地震無車輛載荷狀態(tài)和地震有車輛載荷狀態(tài)，以確定擋墻在最強載荷狀態(tài)下的穩(wěn)定性是否滿足建設(shè)要求。

4 ?加筋土擋墻施工要點

通常情況下，加筋土擋墻的施工流程大概分為施工準備、場地平整、基礎(chǔ)施工、組裝面板、筋帶鋪設(shè)、填料填充、壓實、檢測驗收等。

在測量放樣之前需要對擋墻縱斷面進行圖紙繪制，并確定好放樣位置。根據(jù)直線段和曲線段設(shè)置不同的樁距。同時在施工場地選取最為不易被擾動的位置進行水準點的布設(shè)，以便后續(xù)施工中及時準確的觀察地基沉降[5]。此外，施工前還需要對場地進行平整，去除雜質(zhì)、異物等，保障施工場地干凈整潔。對于筋帶的選擇，主要從尺寸、強度、斷裂伸長率、抗腐蝕、耐疲勞、防老化等性能方面全面考慮，以確定好筋帶的材料類型。對于筋帶與面板需要連接的部位，選用適宜的連接件，并對該位置做好防銹蝕處理。而對于平面曲線轉(zhuǎn)角部位，則可以利用鋪設(shè)同號的小片筋帶來確保該位置筋帶之間的連續(xù)性。如果筋帶之間存在重疊現(xiàn)象，則需要將相應(yīng)區(qū)域的粗砂層進行加厚，這樣能夠有效增加筋帶與土體之間的摩擦力。

基坑開挖前，需要對開挖位置撒上石灰作為標記。開挖過程中一定不能超過設(shè)計的開挖深度，以免破壞基底原狀土。因此，當開挖深度距離基底標高20cm左右時，最好采用人工開挖的方式，以控制好開挖深度。當基坑開挖到一定深度時，則需要對基底的承載力進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)其不能滿足設(shè)計要求，則需要采取換填的方式進行處理，以保證基底的牢固性和可靠性。

一般情況下，筋帶的填料以砂性土為主，面板范圍控制在1.5m左右。在填料攤鋪過程中最好采用人工攤鋪的方式，以便能夠控制好壓實力度，減少對筋帶和面板的影響。同時，在施工過程中，需要通過設(shè)置透水層、反濾層、隔水層等做好工程排水措施，以免對加筋土防水墻造成不同程度的損害[6]。

5 ?采用三軸陀螺儀對加筋土擋墻變形監(jiān)測的探討

工程上對于加筋土擋墻深部土體位移的監(jiān)測常采用測斜儀，分為滑動式測斜儀和固定式測斜儀兩種，其中前者更為常用?；瑒邮綔y斜儀由測斜管和測斜探頭兩部分組成，監(jiān)測時需要每隔固定的距離讀取一次數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)各測點斜率的變化，將測點位移值從孔底累加至滑動面、孔口，得到孔深位移曲線，判斷滑面的位移及滑動方向。其中，斜率的計算公式為：

sin[Φ=DL]或D=L·sin[Φ]

式中：

D——對邊長度;

L——斜邊長度（固定值）。

雖然測斜儀在工程上已大范圍使用，但是其測量精度低、測斜管易堵、監(jiān)測成本高、監(jiān)測時間不連續(xù)等缺點卻限制了其在工程中的進一步應(yīng)用。采用三軸陀螺儀技術(shù)可解決以上關(guān)鍵技術(shù)問題[7]?；谕勇輧x技術(shù)的測斜儀屬于一種固定式測斜儀，不僅可解決以上的問題，還可以隨著加筋土擋墻的填筑埋設(shè)于加筋土擋墻中，也解決了打設(shè)測斜管會破壞加筋土擋墻中土工合成材料的問題。根據(jù)陀螺儀的測量原理和算法設(shè)計，可以得到其測得的方位角計算公式為：

[Φ=arctanKwyMcosθ-KwxNsinγsinθ+KwxKwysinγΩUKwxcosγ（M-KwysinθΩU）]

6 ?結(jié)語

總而言之，在城市沿河道路滑坡治理工程中，加筋土擋墻施工需要重點把握好施工要點，根據(jù)內(nèi)外部穩(wěn)定性計算結(jié)果不斷優(yōu)化工程施工，以提升擋墻的工程性能，使加筋土擋墻的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。同時，應(yīng)注重采用新型智能傳感器技術(shù)加強對擋墻變形的監(jiān)測。

參考文獻：

[1] 閆俊.復合式加筋土擋墻在道路工程中的應(yīng)用[J].江西建材，2020（7）：152+154.

[2] 曹冰.加筋土擋土墻在市政道路施工中的應(yīng)用研究[J].智能城市，2020（9）：178～179.

[3] 吳春陸.淺談加筋土擋土墻在道路工程中的應(yīng)用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2017（4）：17～21.

[4] 羅錚.加筋土擋土墻在公路工程中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2017（1）：185～187.

[5] 劉洪，阿里木江.加筋土擋土墻工藝原理與施工技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2015（5）：93～96+103.

[6] 胡朝偉.在道橋工程中加筋土擋土墻的運用[J].價值工程，2015（8）：136～137.

[7] 屈召貴，龔名茂，汪光宅.基于 MEMS 陀螺傳感的測斜儀研制[J].煤田地質(zhì)與勘探，2017（2）：143～146.

基金項目：

廣西大學生創(chuàng)業(yè)訓練三軸陀螺儀在滑坡預警中的推廣應(yīng)用項目成果（201810595133）。

作者簡介：

高子鋒（1998—）男，漢，山東廣饒人，本科，研究方向：土木工程專業(yè)。