轻型填筑材料在防汛墙倾覆防治中的应用

陆志翔 王永东

【摘 要】防汛墙发生倾覆的原因主要有地质条件、外界环境变化、施工过程不当及设计控制考虑不周等自然因素和人为因素。当防汛墙由于以上某种原因而发生倾斜倾覆时，越早处理越有利于减少损失。预防及处理防汛墙倾覆的主要措施有拆除重建、扩大加固地基基础、改变防汛墙墙体的前后受力状态等。文章从改变防汛墙墙后受力状态出发，采用轻型填筑材料置换部分墙后土体，处理了某工程防汛墙倾斜问题，成功防止了该防汛墙倾覆灾害的发生。

【关键词】防汛墙;轻型;填筑材料;倾覆;防治

【中图分类号】TV871.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）02-0148-02

防汛墙的防洪防汛功能为保障人民生命财产安全起到了极其巨大的作用，也为经济建设的顺利进行和快速高效发展提供了保证。

建成后的防汛墙在运行过程中时常受到各方面的因素影响而产生倾斜和倾覆现象，在防汛墙产生倾斜初期及早采取合适的措施进行倾覆防治处理，不仅可以在经济上取得良好的效益，还为及时消除洪水等灾害风险提供了可靠的保证。陈峰[1]对上海地区防汛墙加固工程关键问题进行了研究;王永东[2]对岩土工程边坡治理进行了设计和应用;邹洽宇[3]对桥背发泡轻质土填筑工程沉降计算进行了研究;张世明[4]分析应用了石笼堆载反压法处理倾覆变形挡土墙;侯辉[5]研究了桥头病害致因分析及处治措施;高飞[6]分析了泡沫混凝土在某跨线桥接坡道路工程中的应用。

本文拟以上海地区某泵闸上游防汛墙为背景，阐述应用轻型填筑材料防治防汛墙倾覆灾害的原理及效果，为防汛墙的倾斜处理提供方法借鉴。

1 工程情况

位于上海某泵闸上游防汛墙，墙后填土设计标高为4.80 m，泵闸防汛墙为钢筋混凝土结构，形式为L型，墙顶标高5.50 m，河底标高0.50 m，基础底面标高为-0.50 m，防汛墙具体结构尺寸及设计剖面图。

在防汛墙建成后不久，监测结果显示该防汛墙开始发生倾斜。管理单位及时组织人员将墙后的土体卸除，墙后土体标高卸至2.50 m后，监测结果显示该防汛墙不再继续发生倾斜。

2 处理思路

经对勘察资料、设计资料、施工资料及现场实际情况的检查、检验、校核、计算和分析，该防汛墙产生倾斜的主要原因是防汛墙墙体所受到的倾覆力矩大于墙体所受到的抗倾覆力矩（以墙址为计算点）。

针对该防汛墙产生倾斜的原因，要改变这种状态，确保防汛墙不再产生倾斜，可以从以下3个方面予以考虑并采取适当的措施进行处理。一是增大防汛墙墙前水土压力，从而增大防汛墙抗倾覆力矩;二是增大基础宽度或厚度，或是对基础进行桩基加固处理，从而增大防汛墙抗倾覆力矩;三是减少墙后水土体水平向推力，从而减小防汛墙倾覆力矩。

由于防汛墙墙前河床基本稳定，河流水位受到降雨、潮汐等自然现象影响较大，抛石堆载又对防汛防洪产生不利影响，因此人工改变墙前水土压力状态基本不可行。防汛墙已经建成，再对基础进行加宽、加厚或桩基加固，经济成本及施工技术难度都相对较大，且对周边环境影响也较大。挖除墙后一定范围内的土体，采用轻型填筑材料予以替换，可以大大减小墙后水土体所产生的水平向压力，而对墙后基础上覆压力却不产生较大的影响，可以达到防止防汛墙产生倾斜倾覆的目的。

3 墙体力矩平衡分析

墙背光滑直立、墙后填土水平、坡顶无附加荷载的重力式防汛墙抗倾覆稳定性应符合式（1）的要求。

式（1）中：Ft为防汛墙抗倾覆稳定系数，不小于1.6;∑M为抗倾覆力矩之和，KN·m/m;∑R为倾覆力矩之和，kN·m/m;G为防汛墙及上覆土体自重，kN/m;x0为防汛墙及上覆土体重心至墙址的水平距离，m;EP为墙前被动土压力合力，KN/m;ZP为墙前被动土压力合力作用点至墙址的垂直距离，m;Ew为墙前水压力合力，kN/m;Zw为墙前水压力合力至墙址的垂直距离，m;Ea为墙后主动土压力及水压力合力，kN/m;Za为墙后主动土压力及水压力合力作用点至墙址的垂直距离，m。

将墙后一定范围内的土体卸除，墙后土体边坡处于自稳定状态。当用輕型填筑材料替换原有填土后，由于轻型填筑材料本身具有较高的黏结强度，因此墙后水土压力可以不考虑轻型填筑材料所产生的水平向压力。当墙后受力处于极端不利情况下，墙后的水平向压力应考虑墙后充满水后水体所产生的水平向压力。墙后换填轻型填筑材料后，防汛墙所受到的作用力及力臂大小见表1。

按照表1所列出的计算数值，防汛墙墙后换填轻型填筑材料后，依据式（1）防汛墙抗倾覆稳定性力矩计算公式可演算简化为式（2）。

51.40+9.37γ≥1.6×93.65（2）

由式（2）解得轻型填筑材料重度只要大于等于10.5 kN/m3就可以满足防汛墙抗倾覆稳定性要求。

4 换填轻型材料比选与应用

墙后换填所选用的轻型填筑材料既要考虑材料的价格，又要考虑材料的强度，尤其是抗剪切和抗拉强度，换填的材料最好能够形成一个整体，从而确保墙后不再产生水平向土压力。市场上可用于换填地基土的轻型建筑材料主要有聚苯乙烯类和泡沫混凝土类，这两类轻型填筑材料的主要性能及价格见表2。

目前，以上两种轻型填筑材料在国内应用的基本情况：聚苯乙烯类主要应用在公路桥头路基填筑方面，其主要目的是减少地基土的差异沉降;轻型泡沫混凝土类主要应用在城市地铁上覆土体换填方面，其主要目的是减少地铁等地下交通设施体上覆土压力，从而减少地铁隧道的沉降及受压变形破坏。

由表2可知，聚苯乙烯泡沫塑料类的重度较小，无法满足本项目防汛墙墙后填土置换要求，因而防汛墙墙后土体换填选用价格适宜的泡沫混凝土。经配合比试验及抗拉、抗剪强度试验，最终选用的轻型泡沫混凝土重度为10.8 kN/m3，经现场施工换填，该防汛墙重新投入运行。经墙后换填处理的防汛墙投入运行后未发生倾斜现象，起到了其应有的防洪防汛作用。

5 结语

（1）防汛墙发生倾斜初期应及时采取有效措施进行处理，防止防汛墙继续倾斜进而发生倾覆。

（2）防汛墙倾斜处理受自然条件影响较大，宜在墙后采取相应的纠偏加固处理措施。

（3）防汛墙倾斜治理及倾覆防治宜采取强度相对较好的轻型填筑材料，以减少墙后水平方向推力。

（4）进一步研究轻型填筑材料在防汛墙抗倾覆方面的应用，在设计之初就可根据防汛墙所处环境特性有针对性地进行局部换填处理。

参 考 文 献

[1]陈峰.上海地区防汛墙加固工程关键问题[J].水利水电科技进展，2014，34（6）：49-55，106.

[2]王永东.岩土工程问题实例解析[M].北京：清华大学出版社&北京交通大学出版社，2018.

[3]邹洽宇.桥背发泡轻质土填筑工程沉降计算研究[D].武汉：武汉理工大学，2015.

[4]张世明.石笼堆载反压法处理倾覆变形挡土墙[J].西南公路，2017（3）：91，98.

[5]侯辉.桥头病害致因分析及处治措施研究[J].江西建材，2018（4）：176，179.

[6]高飞.泡沫混凝土在某跨线桥接坡道路工程中的应用[J].建材与装饰，2018（5）：254-255.

[责任编辑：陈泽琦]