加筋土擋土墻在投入使用5~10年以后,會出現(xiàn)不同程度的失穩(wěn)現(xiàn)象。因此掌握加筋土擋土墻失穩(wěn)的發(fā)展過程、變形特征和內(nèi)在機理,確定可永久消除其失穩(wěn)現(xiàn)象的合理有效加固方案并予以實施,是一項具有現(xiàn)實意義的技術(shù)研究。
一、失穩(wěn)特征及原因分析
1、失穩(wěn)特征
據(jù)調(diào)查,加筋土擋土墻雖然建設年代不同,應用對象甚至具體的設計參數(shù)也不盡相同,但由于基本結(jié)構(gòu)是相似的,因此其失穩(wěn)特征都具有共同的特征:(1)墻體外鼓。這種現(xiàn)象約占70%,主要有以下兩種形式:一是弧形外鼓。調(diào)查發(fā)現(xiàn),全國現(xiàn)有的加筋土擋土墻運行5年以上的,都不同程度地出現(xiàn)了墻體外鼓,路面兩側(cè)護欄內(nèi)傾,且墻體越高,外鼓現(xiàn)象越嚴重,外鼓位移最大處一般發(fā)生在離地面高度的2/3處。二是S形外鼓。這種現(xiàn)象不是孤立存在的,一般伴隨著弧形外鼓出現(xiàn),其主要特征是:總體仍屬于外鼓失穩(wěn),但在墻體中下部又出現(xiàn)另一外鼓現(xiàn)象。(2)墻體外傾。這種現(xiàn)象約占30%,特征是墻體整體外傾,路邊護欄外傾。(3)路面開裂。所有出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的加筋土擋土墻,一般都伴隨著路面縱向開裂,嚴重者裂縫寬度達5~10mm,路面有無%考試大%裂縫,是判別墻體是否整體失穩(wěn)的最主要的特征。(4)拉筋與面板脫離,造成墻面板局部單塊滑落。
2、原因分析
加筋土擋土墻是國內(nèi)外已廣泛應用的成熟技術(shù),但為什么加筋土擋土墻在運行一定時期后相繼發(fā)生了輕微變形以至發(fā)展成嚴重失穩(wěn)變形?經(jīng)綜合分析,其存在著外在和內(nèi)在兩方面的原因:
(1)外在原因
a.我國大規(guī)模建設加筋土擋土墻時期,交通流量遠不及現(xiàn)在大。大型運輸車輛增多,超載嚴重(最大車貨總量超過100噸),直接導至路面動荷載劇增,超過了原設計路基的承載能力。
b.對于一般車流量很大,動荷載相對較高的路段,墻體變形一般主要受動荷載的影響,出現(xiàn)嚴重的外傾失穩(wěn),造成頂層拉筋斷裂、面板脫落。
c.施工質(zhì)量不高,尤其是初期填方不實,拉筋松弛或拉筋材料不適當甚至不合格。
(2)內(nèi)在原因
a.車輛動荷載所引起的側(cè)壓力沿垂直方向遵從布西涅期克(Bossnisq)解,即在彈性半空間體上作用———壓力,其應力分布是上大下小,而主動土壓力是下小上大,二者作用迭合,即在離地面度高的2/3處形成最大的推力。而設計拉筋又沒有設計相對的匹配強度,因此,墻體外鼓是必然的。當然,外鼓不一定失穩(wěn),只要外推力不超過拉筋的抗拉強度,墻體仍可保持相對穩(wěn)定,而判別是否失穩(wěn)的最明確的外在標準是路面是否開裂及面板是否脫落。
b.原加筋土擋土墻的加筋材料為增阻遲緩的柔塑性體,在動荷載作用下增阻滯后,不能及時提供阻力以抵御動載對土體的破壞作用。在許多情況下,拉筋失效并非是本身強度不夠,而是增阻速度不及動載的增載速度,土體因瞬間變形超限而破壞,從而導致墻體墻方失穩(wěn)。因此,拉筋強度設計必須考慮其增阻性能與動載作用的匹配。
c.墻體內(nèi)的填土本身強度很低,建成時存在著初始塑性變形區(qū),動荷載劇增即可誘發(fā)原有塑性區(qū)的進一步擴大的發(fā)展,隨著時間的積累和變形增加,即可能在擋土墻內(nèi)部出現(xiàn)整體和永久的破壞。
二、主要工程對策
1、必須滿足的前提條件
對于失穩(wěn)加筋土擋土墻的加固方案,最簡單處理方法是在墻體外側(cè)壓上或附加一個重力擋墻作為外支撐,但這將直接導至加筋土擋土墻的主要優(yōu)越性喪失。不但工程量巨大,又需要重新征地,除非緊急搶險,采用的加固方案必須滿足以下條件:(1)不能破壞原工程結(jié)構(gòu),所實施的加固方案要保留原加筋土擋土墻的優(yōu)越性,又要保證不影響其使用功能。(2)在不影響主路面安全運行的前提下能正常進行加固施工。(3)施工工藝相對簡單,工程造價及施工工期不能高于其他加固方案。
2、可采用的工程方案
經(jīng)分析比較,能同時滿足上述條件的方案范圍很小:首先必須是常規(guī)技術(shù);二是能夠有效抑制或減少墻體變形;三是具有可靠的有效性和持久性。如何選擇并確定這樣一個由多項常規(guī)技術(shù)構(gòu)成又非常規(guī)的有效技術(shù)組合,是解決加固問題的關(guān)鍵。主要方案如下:
?。?)理想的方案是通過一種特殊的工藝,將墻體對應面板鑿川,穿上鋼筋,對拉鎖定,完全取代原有的拉筋。(2)由于國內(nèi)目前鑿孔設備及技術(shù)所限,對穿鑿孔不易實現(xiàn)??筛臑閮蓚?cè)分別鑿孔,并安裝預應力錨桿以代替對拉鋼筋,這樣鑿孔問題易解決,同時又保護了前者的技術(shù)精髓,是可實施的技術(shù)方案。(3)由于加筋土擋土墻墻體是由單個面板構(gòu)成的,面板預制塊與塊之間沒有相應的結(jié)構(gòu)聯(lián)系,相對孤立存在,單塊面板不僅難以承載施加的預應力,而且會造成墻%考試大%面的不均勻變形。要解決該問題,必須考慮在墻表面噴射一層砼,使分散的面板預制塊由單體變成整體,這樣可保證在墻表面任何一點加力都能將力分布在“一片”而不是“一塊”上,整個噴層相當于一個大承力墊板,整個外墻成為一個整體,可大大提高其抗彎、抗剪和整體承載能力。
3、需要克服的主要技術(shù)難題
(1)鑿孔問題。由于路基填土為非原狀土,而是由土石組成的雜填土,在這樣的雜土中鉆孔十分困難,能否正常成孔是選定方案正常實施的關(guān)鍵和前提。(2)預應力錨桿。雖然在巖石層中或在原狀土層中安裝永久預應力錨桿在國內(nèi)外已是常規(guī)技術(shù),而在人工雜填土中實施該項技術(shù)卻有許多沒有解決而又必須解決的技術(shù)難題。(3)注漿。在填土中注漿,漿液能否按預想在設計范圍分層有效擴散,如何在保證不破壞路面和墻體本身的前提下確定注漿參數(shù),實施高壓注漿;注漿對最終加固效果影響有多大,作用如何,等等。這些問題必須通過現(xiàn)場試驗和工程實踐有針對性的進行解決。