加筋土挡土墙失稳机理及加固技术研究
摘要： 以立交桥加筋土挡土墙失稳为例，对其失稳的内在根源和力学机制进行分析。通过多种加固方案对比，确定以压力注浆、斜拉预应力锚固、挂网喷射混凝土等技术为主的综合加固治理方案；运用数值模拟分析方法，分别对实施不同技术措施所产生的加固效果进行分析。
关键词： 加筋土挡土墙；压力注浆；预应力锚固；喷射混凝土；数值模拟
中图分类号：U4145.7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520099－02
1 工程概况
某立交桥车流量大，运输任务繁忙。在桥的东侧是倾斜土坡（土坡路肩），上有植被护坡；桥的西侧有一条宽3米多的小河，河的走向与桥的走向平行，所以西侧路肩无法采用倾斜坡，只能用直立挡土墙，如图1所示。该桥西侧采用的是当时比较先进的加筋土挡土墙技术。加筋土挡土墙最高处为6.1米，最低2米，墙体采用砼预制块加筋砌筑而成，砼预制块为330×500mm2的矩形块。
在正常使用过程中墙体变形严重：① 墙面变形：整个墙体沿主线方向明显外鼓，鼓出量达10cm以上，垂直方向外倾，尤其南侧挡土墙外倾严重，外倾位移达10cm；墙面砼预制块间缝隙明显，预制块部分位置有破碎缺失现象，局部可观察到明显的挤压破坏。② 路面开裂：沿挡土墙延伸方向，路面出现大量纵向裂缝，并伴随着路面的局部下陷。③ 挡土墙基础：挡土墙基础周围土体产生松动及鼓起，局部土体剪切擦痕清晰可见。从现场的观测情况可以看出，挡土墙已经失稳，严重影响了交通的安全，必须采取措施进行处理。
2 加筋土挡土墙失稳原因分析
加筋土挡土墙的稳定性主要取决于筋带与填土产生的摩擦阻力是否能够足以抵抗下滑土体产生的拉拔力。加筋土挡土墙失稳原因归纳如下：
1）筋带的强度不够；
2）筋带与填土间的似摩擦系数过小引起的失稳；
3）受超载或动荷载的冲击影响；
4）设计的依据不够科学、合理、完善。
3 加筋土挡土墙加固方案选取
根据公路系统对此桥挡土墙定期观测，该桥西侧的挡土墙已失稳，如果再不采取措施进行加固，随时有倒塌的危险。主要考虑加固措施如下：
1）在挡土墙外加扶壁的方式进行加固挡土墙；
2）在挡土墙侧面新建重力式挡土墙；
3）在挡土墙侧面新建悬臂式挡土墙；
4）拆除原挡土墙重建；
5）高压注浆预应力锚固技术加固挡土墙。
土体高压注浆预应力锚固技术加固挡土墙主要具有以下优点：① 预应力锚杆作用在加筋土挡土墙内部，因此不影响外部的河流。② 施工在墙体侧面进行，不影响桥面的车辆往来，交通不必中断。③ 直接在原墙体上挂网喷浆，然后施加预应力锚杆。不必拆除墙体，不会产生工程垃圾。④ 工程量小，施工简单，方便，快捷，经济，工期短。⑤ 施工原料简单、易得，可以就近取材，不需预制。
因此该方案是最适合，最合理的加固方案。
4 数值模拟计算
为评价不同措施在失稳加筋土挡土墙加固中发挥的作用，运用有限差分程序FLAC，采用数值模拟分析方法，对实施不同工程措施所产生的加固效果进行分析。
4.1 建立FLAC模型
本计算采用理想弹塑性本构模型——摩尔－库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则描述。加锚杆后的挡土墙网格图如图2。
4.2 数值模拟计算结果分析
由未加固时主应力矢量图可以看出，在没有加固的情况下，在墙面附近主应力σ3接近于零，说明墙面附近土体未处于横向受压状态，也就是说加筋不能提供足够大的拉力来使土体受压，因此，不能有效地限制土体的水平位移，土的加筋作用没有发挥出来，所以必然会造成墙体出现很大的水平位移。由加固前的位移矢量图3可以看出，墙体水平位移很大，最大水平位移达到10cm以上。这与现场出现的墙体外移、并且严重外鼓是基本吻合的。
通过数值模拟可以得出结论，该挡土墙在无支护状态下，墙面附近水平位移很大，墙体内土体位移明显，墙内土体基本处于单向受压状态，在当前荷载下无法形成自然稳定的力学体系，墙体外鼓趋势明显，足以造成墙体开裂，甚至会沿图4中的位移矢量方向发生倒塌，必须采取有效的手段进行支护。
由加固后水平位移图5可以看出，水平位移量很小，最大水平位移不超过4mm。从加固后的位移矢量图6看，墙体的水平方向位移有了很大程度减小。通过加固后的主应力矢量图可以看出，采用锚固技术对挡土墙加固后，对墙面施加了侧压，墙面附近土体主应力σ3有了很大程度的增加，土体处于三向受压状态，这样，墙面的水平位移得到了有效的限制，形成了自稳定体系。
以得出结论：对挡土墙实施二次高压注浆预应力锚固后，使得墙体内部侧向应力增加，墙体内土体应力状态明显改善，预应力锚杆有效地抑制了挡土墙上部的纵向开裂和墙面的侧向变形，使整个墙体趋于稳定，工程效果明显。
5 方案实施及效果
为确保加固工程的科学性和经济性，现场试验作为施工的组成部分，伴随着施工过程始终。经过近6个月施工，加固工程结束，现场试验工作转为现场监测至今。监测结果表明：锚杆预应力值稳定，墙面变形值基本为0，且没有对工程原设计的使用功能造成任何不利影响，表明工程加固效果显著。
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作者简介：
乐品芳（1981-），女，工作单位：中交信卓工程设计（北京）有限公司。
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