加筋土挡土墙破坏机理及加固技术

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，刘　磊(东北林业大学土木工程学院)

加筋土挡土墙破坏机理及加固技术

王文章，王立峰，曹建新，胡景星，刘磊
(东北林业大学土木工程学院)

摘要:通过总结分析既有加筋土挡土墙的几种破坏形式及破坏机理，提出针对不同形式破坏的加固处理方法，并结合省某破坏加筋土挡土墙的工程实例，制定详细的加固施工方案，为同类型的加固处理技术提供有价值的参考。

关键词:加筋土挡土墙;破坏机理;加固;失稳

中图分类号:U418. 9

文献标识码:��: C

文章编号:��:1008－3383(2015)01－0040－02

收稿日期:2014－12－23

作者简介:王文章(1995－)，男，东北林业大学本科生。

基金项目:东北林业大学大学生创新训练项目(201410225044)。

1　引言

加筋土挡土墙因其显著提高土体强度，且降低地基土体的承载能力要求，从而在国内的挡土墙建设中被广泛采用。加筋土挡土墙现在已发展成为较成熟的挡土墙建设技术，设计计算理论越来越完善，施工工艺也日臻成熟，加筋材料的多样化和标准化，使加筋土挡土墙的应用范围更广。

然而，由于交通荷载的不断增大，超过了路基的设计承载力，同时加筋土挡土墙存在自身固有的缺陷，国内建设较早的加筋土挡土墙易产生变形破坏，从而严重影响了道路的舒适性和安全性。因此，对失稳加筋土挡墙进行研究分析，提出合理的加固维修方法，对改善道路的使用性能和降低建造成本有非常重要的现实意义，能够为类似挡土墙加固维修提供一定的工程参考。

2　破坏特征及原因分析

2．1破坏的几种主要形式

根据调查显示，加筋土挡土墙发生破坏的特征主要有以下几种:

(1)拉筋与墙面板分离，墙面板因没有约束作用造成墙面板局部脱落，

(2)道路路面产生纵向裂缝。当加筋土挡土墙发生失稳破坏时，基本都会出现纵向裂缝，发生破坏严重的部位，裂缝宽度会达到5～10 mm，查看道路是否有裂缝的出现可以判断挡土墙是否发生的是整体失稳破坏。

(3)墙体整体外倾。在调查中，这种类型的破坏约占调查总数的三分之一，如图1(1)所示。

(4)墙体发生外鼓现象。这种破坏特征是加筋土挡土墙最常见的破坏特征，常见的外鼓形式有以下两种:

①呈现C型，如图1(2)所示。加筋土挡土墙在使用运营几年之后，都会有不同程度的外鼓现象，墙体建设越高，这种效果更为明显，发生最大位移处大致位于距离路面三分之一高度处。

②呈现S型，如图1(3)所示。部分挡土墙在C型外鼓的基础上，在墙体中下部会出现另一个外鼓现象，整体呈现S型外鼓。

2．2破坏原因分析

在《公路加筋土工程设计规范》和《公路挡土墙设计与施工技术细则》中，对加筋土挡土墙的设计施工有具体的规定，它已成为挡土墙建造中一种应用广泛的技术。但在使用一定时间后，会出现不同程度的变形，总结分析得到，造成这种现象存在主要外在和内在的两方面原因。

图1　加筋土挡土墙破坏形式

(1)外在原因

随着经济的不断进步，道路的交通量不断增大。设计初期的交通量少于现在的实际交通量。直接导致车辆荷载超限，超过设计承载力，在动荷载作用下，墙体出现外倾和墙面板脱落的现象。

(2)内在原因

①加筋材料为柔塑性体，具有增阻迟缓的性质。在车辆动荷载的作用下，因增阻迟缓，不能及时提供抵御土体变形的阻力。筋带失效不一定为本身强度不够，而是因为土体在车辆动荷载的作用下，筋带增阻速度比动载增加的速度之后，使土体发生瞬时变形超限而发生破坏。在设计中，加筋土挡土墙所使用筋带的数量并不代表土体实际的强度，须考虑增阻性能与动载作用的匹配。

②挡土墙的车辆动荷载的作用下，侧压力沿垂直方向符合布西涅斯克解，即为在弹性半空间体上作用一侧压力，应力分布呈现上大下小的特征，而主动土压力呈现上小下大的特征，在二者的共同作用下，在距离上表面三分之一的位置出现最大的外推力。当在设计中没有考虑这一因素的影响，筋带设计强度不满足时，墙体就会在外推力的作用下发生外鼓现象。

③对于加筋土挡土墙而言，墙后填土的强度一般比较低，在建成初期有部分的塑性变形，车辆动荷载的增大会使原塑性区范围增大，随着时间的累积，变形会逐渐增大，而从在挡土墙内部可能出现整体破坏。

3　案例分析

以某破坏加筋土挡土墙为工程实例，通过对其进行破坏形式的理论分析，得到了该加筋土挡土墙在车辆动荷载作用关系下失稳破坏的过程和机理。

(1)在车辆动荷载作用下，墙体的上部呈现出拉裂破

坏，墙面的位移是因为拉裂区侧向分离的结果。墙体中部的位移主要由墙体边缘塑性变形和中心区拉裂破坏共同作用的结果。墙脚出的位移主要由墙体内部剪切破坏带的剪切滑移所造成的，但在墙脚出受到基础约束的作用，变形不易出现。综上所述，墙面的变形主要受到墙体内部应力分布的影响。

(2)路面动荷载是影响挡土墙稳定性的主要因素。车辆动荷载一般作用时间短，频率高，增速快。加筋土挡土墙的筋带增阻滞后，动荷载作用下不能及时提供阻力，从而超过墙体的承载能力，发生瞬时变形。

(3)通过对试验路段加筋土挡土墙的变形和破坏形态的观察分析可以得出，由于加筋土挡土墙的自身缺陷，在车辆动荷载增大的情况下，引发原塑性变形继续发展扩大，对墙体造成整体性的永久破坏。

针对该路段加筋土挡土墙呈现出来的破坏形态，对该破坏出现的原因进行分析，得到合理的加固处理方案。该方案的加固处理既要考虑控制破坏变形的形式，同时，还要考虑土体自身的强度，最终是墙体形成一个统一的整体，避免局部受力，以实现点面兼顾的加固目的。

4　加固方案

基于对失稳加筋土挡土墙的破坏机理的分析，为具体的加固处理措施提供了科学基础，结合工程实际情况制定出总体思路方案，如图2所示。

图2　总体方案布置图

(1)在破坏墙体的两面侧墙上钻打2～3排预应力锚杆，深度控制在10～11 m，竖直的间距为2．5 m，纵向间距为2．5 m，预应力锚杆的设计值为145 kN，通过预应力的施加，控制墙体的变形。

(2)锚杆安装就位后，进行分层多次进行高压注浆，改善墙后土体的自身强度，弥补土体强度的不足，同时提高锚杆的承载能力。

(3)针对加筋土挡土墙的墙面板为单个构件，之间的联系薄弱，不能形成受力的整体，难以承受施加的锚杆预应力。故在墙体的外表面喷射一层钢筋混凝土面板，使单个板连成一个整体，共同抵抗由土体、锚杆带来的弯矩和剪力，提高整体承载能力。

5　结语

加筋土挡土墙的变形破坏已经成为道路系统中普遍存在的现象，给交通系统的安全和舒适带来了潜在的危险，需要得到交通部门的重视。

通过对既有加筋土挡土墙的破坏特征调查，分析出现这些现象的原因，从力学分析的角度出发，予以详细的阐述说明。然后结合某失稳加筋土挡土墙的案例，分析其破坏的具体原因，对症下药，制定了合理的加固处理方案，选定挂网喷射混凝土、预应力锚固、高压注浆三种方法相结合的加固方案。该加固方案基于工程实例进行，可以为有类似问题加筋土挡土墙的加固处理提供一定的参考。

参考文献:

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