加筋土挡墙在堤防工程中的应用及推广

[摘要]首先分析加筋土挡墙的优点，然后介绍加筋土挡墙的机理，最后重点将加筋土挡墙应用于某堤防工程。

[关键词]加筋土挡墙堤防工程

一、加筋土挡墙的机理

(一)加筋效果

加筋提高了土体的峰值破坏强度。对于大多数情况，变形性能也能得到显著的改善，即达到破坏强度时的轴向应变增大了，并且峰后强度损失减少。但是，对于脆性的加筋材料，加筋土有可能发生脆性破坏，峰后强度损失仍很大。加筋主要是限制土体侧向变形，并阻止剪切带的发生和发展。加筋的效果与加筋材料的层数或间距、布置、强度和刚度、筋土界面的摩擦特性等因素有关。加筋的间距越小，筋土界面的摩擦越强，加筋效果越显著。在一定的范围内，抗剪强度随着加筋层数的增加而近似线性增加，但超过某一加筋层数后，抗剪强度不再有明显的增加。加筋水平布置时，加筋效果最好，而加筋与水平面夹角在40°－60°之间时，加筋效果最差。

(二)破坏模式

加筋土有两种破坏模式，分别为：筋土相对滑动–通常发生在周围压力较小、加筋的间距较大的情况下，加筋土的抗剪强度取决于筋土界面的摩擦抗剪强度：加筋拉断通常发生在周围压力较大、加筋的间距较小的情况下，加筋土的抗剪强度取决于加筋的抗拉强度。

(三)抗剪强度包线

加筋土的抗剪强度包线是双直线的，转折点对应的周围压力称为临界周围压力。临界周围压力的大小与筋土界面的摩擦抗剪强度以及加筋的抗拉强度有关，筋土界面的摩擦强度越大，临界周围压力越小。当施加的周围压力小于临界周围压力时，加筋土的破坏为筋土相对滑动破坏，加筋土的抗剪强度提高是由于摩擦角的增加；当周围压力大于临界周围压力时，加筋土的破坏为加筋拉断破坏，加筋土的抗剪强度提高是由于粘聚力的增加。

(四)加筋效果的分析模式

加筋土的抗剪强度比未加筋土的抗剪强度提高了，这是加筋土的基本思路。加筋提高土的抗剪强度，有两种等价的解释：等效围压原理和准粘聚力原理，对比加筋砂与未加筋砂的三轴试验结果，加筋砂与未加筋砂的强度曲线几乎完全平行，但加筋砂的强度曲线不通过坐标原点而在纵坐标上有一段截距，因此，砂土加筋之后其内摩擦角不变，而产生了“粘聚力”。未加筋砂是没有粘聚力的，因此这一粘聚力被称为“准粘聚力”，即准粘聚力原理。未加筋砂在σ1和σ2作用下达到极限平衡，而加筋砂在该应力状态下则处于弹性平衡状态，这说明加筋砂的强度提高了。由应力圆分析可知，加筋的作用相当于增加了有个附加围压△σ3，从根本上讲，等效围压理论与准粘聚力理论时等同的，都是对加筋砂土三轴试验结果由现象到机制的等效力学解释。

二、加筋土挡墙在堤防工程中的应用

衡阳市蒸水南堤草桥至蒸水桥段建筑长度1.29km，由于河道狭窄淤积、排水不畅、局部地段阻水严重等多种因素，10年一遇的洪水，便会造成堤段出现渗漏、管涌等现象，部分堤段产生滑坡，导致保护区的部分地区受淹，经济损失十分严重，急需整治。此堤防工程要求：对河段进行除险加固，加高加固。治理后的堤防防洪标准将达到100年一遇。在设计之初对设计方案进行了多番比较，堤防高差最大达12.89m，如若采用梯形放坡断面型式填筑土堤。虽然节省工程投资，但蒸水南堤堤背规划的三栋20多层的楼房建筑距离将不能满足要求，导致将无法建筑，这块地早在几年前已拍卖，如临时征地，不但需要大量的征地费用，而且影响城市总体规划，经济上更不合理，故只有选择直立式岸坡。将砌石重力式挡墙、悬臂式挡墙及扶壁式挡墙、衡重式挡墙等多种挡墙型式进行技术经济比较，发现仅该堤段挡墙工程造价就需1060万元，投资较大，且对基础应力要求高，鉴于实际情况，大胆采用了加筋土挡墙型式，通过核算此堤段加筋挡墙工程造价为779.5万元，相对而言不但节省大量工程投资，解决了基础地基应力问题，而且墙面美观大方，有利于区域环境建设。

衡阳市蒸水南堤草桥至蒸水桥段建筑全长为1.29km，中间被雁栖桥相隔，加筋土挡墙总长度为1.07km，墙高在5－9m之间。一部分结构采用阶梯路肩式加筋陡坡结构，分阶高度2.5m，台阶宽度0.78m，台阶下层采用加筋土挡墙结构，上层放坡，边坡坡比1:2.0，草皮护坡。一部分从52.43m标高开始全部采用加筋土挡墙，挡墙项标高为63.32m，挡墙高达10.89m，为了确保工程质量，在正式施工前设置了50m长的新型结构试验段，试验无误后方才进行大规模的施工。基础开挖后，设置浆砌石基座，部分直接采用回填土作基础，并于加筋土基础铺设钢塑土工格栅，提高地基承载力；现浇砼条形基础，预制安装钢筋砼面板(面板尺寸为：长×高＝99.0×49.0cm)；加筋带材料选择型号为CAT30020A(规格30×2.0mm、破断拉力≥7.0N，极限抗拉强度115Mpa、破断伸长率≤3％、单位长度13.0m/kg)，每0.5m高铺设一层，每层间距0.5m设一孔，每孔筋带4条，筋带长8m－6m,墙后面板0.3m范围内回填卵石，其后再回填填土料。

在施工现场开挖土方较多，回填土料是最省投资、最便捷快速的方案，但因本工程为水利工程，考虑到水位涨落对填料的影响，特别是水泡后，土与筋带之间的摩擦力将会降低，经过计算推理后，将墙后填料分为两部分，其中处于水位变动以下基础回填一定数量、一定宽度的中粗砂，水位变动区以上基本回填土方，既解决了挡墙稳定问题，也相对节省了工程投资。

加筋土挡墙施工工艺流程主要如下：测量放样一基坑开挖一基础验收一回填中粗砂→铺土工格栅→砌筑挡墙基础→C25条形基础浇筑→预制面板→第一层面板施工→摊铺填料→压实填料→铺设筋带→第一层及以上各层而板施工→摊铺填料→压实填料→铺设筋带→顶层型板的施工→压实填料→铺设筋带→摊铺填料→压实填料。

本工程加筋土挡墙施工顺利，期间遇到的最大施工难题是基础开挖时遇到杂填土及淤泥质土基础，边开挖边坍塌，无法形成稳定基坑，根据现场特殊地质情况，将杂填土及淤泥质土范围内原挡墙基础扩大，边开挖，边抛石，并增铺格栅，形成稳定基坑后再砌筑浆砌石挡墙基座。发现问题及时修改设计方案，保证加筋土挡墙施工工期，如期在一个枯水期完工。该工程完工后经历了2008年汛期的洪水考验，河道过流顺畅，挡墙无变形无损坏，完整如新，解除了该区域的洪涝灾害。

三、结论

通过加筋土挡墙在堤防工程治理中成功的应用，可知在施工场地狭小，施工材料运输与存贮困难，工期紧，施工条件要求较为苛刻时，采用加筋土挡墙不失为一种经济省时的好方法，可在河岸整治、防洪及道路路基等工程中推广应用。