林 爽，程存江

（1.吉林省公路測(cè)設(shè)技術(shù)服務(wù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

0 引 言

加筋土擋墻以其工程費(fèi)用低、占地少、造型美觀、對(duì)地基承載力要求低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用［1-3］。相關(guān)人員也對(duì)加筋土擋墻進(jìn)行了大量研究：吳順川采用雙向斜拉預(yù)應(yīng)力錨固方案對(duì)菏澤公鐵立交加筋土擋墻外傾進(jìn)行加固研究［4］；郭建新采用分層多次高壓注漿預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對(duì)G102清龍河立交橋加筋土擋土墻外傾進(jìn)行加固研究［5］；孫秀云采用雙向斜拉錨桿對(duì)棗莊市G104界河立交橋加筋土擋土墻進(jìn)行加固設(shè)計(jì)［6］。上述研究的核心都是遵循加固技術(shù)常規(guī)化、能有效抑制墻體變形、保障方案持久性，在力學(xué)機(jī)理方面具備整體支離性破壞和局部化變形2個(gè)方面的功能，但在采用對(duì)拉錨桿替代失效的原有聚丙烯拉帶方面的研究較少。

2010年梅河口市百里花加筋土擋墻右側(cè)第1～2道伸縮縫之間墻體整體傾覆，左側(cè)1～2道伸縮縫之間墻體出現(xiàn)了較大的外鼓現(xiàn)象。其病害主要發(fā)生在擋墻上緣，墻體中下部并未出現(xiàn)病害，所以該擋墻的加固方案將以對(duì)拉錨桿加固擋墻上緣變形為主，以框架梁輔助其整體變形為輔，采用定向鉆孔導(dǎo)架控制水平鉆孔精度。

1 失穩(wěn)原因

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析，梅河擋墻失穩(wěn)主要是由兩個(gè)方面原因造成。

（1）路面嚴(yán)重?fù)p壞，雨水滲漏，造成墻內(nèi)土體強(qiáng)度損失，與拉帶的滯阻效應(yīng)下降。特別是擋墻邊緣土體已基本掏空，拉帶處于裸露狀態(tài)［7-9］。

（2）由于聚丙烯拉帶為結(jié)構(gòu)規(guī)整高度結(jié)晶化材料，其主要優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)高、耐熱、耐腐蝕，主要缺點(diǎn)是耐低溫、抗沖擊性差［10-11］。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查也可以看出，聚丙烯拉帶出現(xiàn)酥脆的位置主要集中在路面結(jié)構(gòu)層30～40cm以及墻體邊緣范圍。這些位置恰恰是受車輛荷載影響最大、冬季溫度極低的位置。

2 加固方案的選擇

該加筋土擋墻高2.2～11.6m，面板為鋼筋混凝土矩形槽板，拉筋為聚丙烯塑料拉帶。其中整體傾覆的擋墻位于右側(cè)第1～2道伸縮縫之間，左側(cè)1～2道伸縮縫之間墻體也出現(xiàn)了較大的外鼓現(xiàn)象。全線擋墻在護(hù)欄底座下緣1～2塊面板范圍內(nèi)均出現(xiàn)了面板外傾現(xiàn)象，外傾尺寸為6～7cm。擋墻拉帶已經(jīng)完全喪失了結(jié)構(gòu)功效，輕微觸碰即折斷，搓捻成粉末狀。

2.1 加固方案的限制條件

該處擋墻兩側(cè)已形成城鎮(zhèn)化，擬采用的加固方案必須滿足以下條件。

（1）需保證原工程的基本結(jié)構(gòu)，加固方案應(yīng)盡可能在保留原有擋墻優(yōu)勢(shì)的條件下，提升其強(qiáng)度及剛度［12］。

（2）該條路是梅河口市主要出城干道，施工封閉交通時(shí)間要盡可能縮短。

（3）施工工藝要相對(duì)簡(jiǎn)單。

2.2 加固方案的確定

梅河加筋土擋墻失穩(wěn)位置在擋墻護(hù)欄底座下緣50～100cm范圍內(nèi)，屬上部的劈裂張開，擋土墻中下部并未出現(xiàn)共軛剪切破壞。如采用斜向?qū)A(yù)應(yīng)力錨固方案，則原有擋墻中下部殘余強(qiáng)度未被充分利用。同時(shí)，由于該擋墻路基斷面僅為12m，若采用預(yù)應(yīng)力錨桿，擋墻上部的錨固區(qū)布設(shè)長(zhǎng)度不足；若采用高壓注漿，則會(huì)增加路基工作區(qū)范圍內(nèi)的位移，操控性較差。

所以，本擋土墻擬采用對(duì)拉錨桿與鋼筋混凝土框架梁聯(lián)合處置加固措施，如圖1所示，錨桿孔間采用注漿技術(shù)。在解決定向鉆孔及注漿技術(shù)中的一些細(xì)節(jié)問題（如注漿孔距、漿液壓力、注漿效果、定向鉆進(jìn)等）后，這種方案就成為一種簡(jiǎn)單有效的加固措施［13-15］。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

圖1 擋墻側(cè)墻加固橫斷面

（1）初期支護(hù)。采用12cm鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。

（2）永久支護(hù)?？蚣芰翰捎?5cm現(xiàn)澆鋼筋混凝土；受彎鋼筋采用Φ16mm鋼筋；抗剪箍筋采用Φ10mm鋼筋；錨桿采用HRB400Φ32mm鋼筋。第一排橫梁錨桿距豎梁頂面最小距離應(yīng)保證為67.5 cm處，箱桿安裝如圖2所示。注漿采用M15水泥砂漿，壓力不大于0.4MPa。

圖2 錨桿安裝

3 加固方案數(shù)值分析

為評(píng)價(jià)不同措施在失穩(wěn)加筋土擋墻加固中發(fā)揮的作用，運(yùn)用有限差分程序PLAXIS，采用數(shù)值模擬層次分析方法，分別對(duì)實(shí)施不同工程措施所產(chǎn)生的加固效果進(jìn)行分析。

（1）模型采用彈塑性本構(gòu)模型（MC模型），主要由以下6個(gè)屈服公式構(gòu)成。

式中：fx為屈服函數(shù)；c為黏聚力（kN·m-2）；φ為材料內(nèi)摩擦角（°）；σ′1為最大壓縮主應(yīng)力；σ′2為中間壓縮主應(yīng)力；σ′3為最小壓縮主應(yīng)力。

上述6個(gè)屈服函數(shù)可以共同表示主應(yīng)力空間中的一個(gè)六棱錐。同時(shí)模型在屈服面相交中也做了特殊定義，即從一個(gè)屈服面到另一個(gè)屈服面采用的是數(shù)值變化，避免了棱角磨光。

邊界條件模型兩側(cè)限制水平方向移動(dòng)，底面限制垂直方向移動(dòng)；不考慮活載作用；穩(wěn)定評(píng)價(jià)采用強(qiáng)度折減系數(shù)法。

3.1 計(jì)算參數(shù)

加筋土擋墻內(nèi)填土主要由亞黏土和砂土組成，各種材料的力學(xué)參數(shù)如表1～3所示，面板假設(shè)為剛性。

表1 擋土墻填土的力學(xué)參數(shù)

3.2 數(shù)值分析

本模型構(gòu)建采用重力加載、固結(jié)計(jì)算、拉帶失效、框架梁錨桿施工、加固穩(wěn)定系數(shù)、拉帶失效穩(wěn)定系數(shù)6個(gè)步驟分析。由于位移增量、塑性破壞點(diǎn)對(duì)觀察土體局部發(fā)生的變形及破壞較為明顯，故本次僅對(duì)拉帶失效和激活防護(hù)（框架梁錨桿）施工2個(gè)步驟中的位移增量、塑性破壞點(diǎn)進(jìn)行分析。

表2 對(duì)拉錨桿的力學(xué)參數(shù)

表3 鋼混框架梁的力學(xué)參數(shù)

（1）位移增量。從位移增量云圖圖3、4可以看到，拉帶失效時(shí)位移增量最大發(fā)生位置為聚丙烯拉帶失效位置附近，其中總位移最大增量為11.27×10-3m，水平向位移最大增量為8.38×10-3m。從位移增量云圖圖5、6可以看到，激活防護(hù)后位移增量最大發(fā)生位置在墻頂至拉帶失效處，其中總位移最大增量為3.12×10-3m。

圖3 拉帶失效總位移增量云圖

圖4 激活防護(hù)總位移增量云圖

圖5 拉帶失效水平位移增量云圖

圖6 激活防護(hù)水平位移增量云圖

（2）脆性破壞點(diǎn)。從擋墻脆性破壞點(diǎn)的分布（圖7）可以直觀觀察到：“拉帶失效”土體脆性破壞點(diǎn)分布在整個(gè)拉帶失效的范圍，其中有783個(gè)脆性點(diǎn)；而激活防護(hù)后（圖8），在面板附近已經(jīng)沒有脆性破壞點(diǎn)，僅在行車道路床范圍存在205個(gè)脆性點(diǎn)，加固后脆性破壞點(diǎn)減少了73.8%。

（3）擋墻穩(wěn)定分析。本擋土墻穩(wěn)定計(jì)算采用強(qiáng)度折減法，將巖土體強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減，進(jìn)行有限元計(jì)算，如圖9所示。若程序收斂，則巖土體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后再增加折減系數(shù)，直到程序恰好不收斂，此時(shí)的折減系數(shù)即為穩(wěn)定安全系數(shù)。

從圖9可以看出，穩(wěn)定系數(shù)從拉帶失效的1.05提高至激活框架梁的1.19，滿足穩(wěn)定要求。

4 施工機(jī)械對(duì)比

4.1 常規(guī)潛孔鉆機(jī)

（1）采用常規(guī)潛孔鉆機(jī)需要搭設(shè)工作平臺(tái)，且每次換孔時(shí)都需要重新搭設(shè)平臺(tái)、定位鉆機(jī)，耗時(shí)費(fèi)力。

（2）容易出現(xiàn)鉆孔坍塌埋鉆、探頭石卡鉆等復(fù)雜的孔內(nèi)問題。

（3）由于鉆機(jī)導(dǎo)向裝置簡(jiǎn)單，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的水平鉆孔，且受到推進(jìn)系統(tǒng)限制，鉆進(jìn)過程很難控制方向［16］。

圖7 拉帶失效脆性點(diǎn)分布

圖8 激活防護(hù)脆性點(diǎn)分布

圖9 強(qiáng)度折減收斂

4.2 某履帶式潛孔鉆機(jī)

某履帶式潛孔鉆機(jī)主要參數(shù)見表4。

表4 某履帶式潛孔鉆機(jī)主要參數(shù)

（1）鉆具采用回轉(zhuǎn)推進(jìn)，具有高性能動(dòng)力頭裝置和重力軸裝置，使得鉆機(jī)可以任意調(diào)整鉆桿前后推進(jìn)幅度，基本可避免卡鉆和塌孔。

（2）鉆機(jī)具有高精度、長(zhǎng)導(dǎo)向系統(tǒng)，拖板帶動(dòng)動(dòng)力頭在其上前后滑動(dòng)，鉆進(jìn)導(dǎo)向器與動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)中心高度同心，可充分保證鉆機(jī)定位后的鉆孔精度。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試孔，錨桿出孔位置水平偏差7～18cm，垂直偏差角度為0.5°，均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

采用掛網(wǎng)噴射混凝土、鋼筋混凝土框架梁、雙向?qū)^桿綜合加固方案，并以有限差分程序模擬施工步驟，同時(shí)采用強(qiáng)度折減法分析結(jié)構(gòu)整體在加固前后的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，該方案取得了預(yù)期工程效果，對(duì)于解決類似問題具有一定借鑒意義。