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樁板墻在既有加筋土擋土墻修復(fù)及加固中的應(yīng)用

2022-03-14 08:45凌忠誠(chéng)
科技與創(chuàng)新 2022年5期
關(guān)鍵詞:擋土墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)邊坡

凌忠誠(chéng)

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司,甘肅 蘭州730030)

20世紀(jì)60年代法國(guó)工程師HENRIV首次提出了加筋土的概念,并于1965在法國(guó)成功修建了第一座加筋土擋土墻,20世紀(jì)70年代末,中國(guó)開始引入加筋土技術(shù)。加筋土擋土墻由填土、筋帶、面板3部分組成,具有收坡效果好、對(duì)地基承載力要求低、自重輕、工程造價(jià)低等特點(diǎn),因此,在中國(guó)土木工程相關(guān)行業(yè)備受青睞。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)加筋土擋土墻主要用于公路行業(yè),最大擋土墻高度高達(dá)33 m,位于重慶長(zhǎng)江濱江路,尤其是在20世紀(jì)90年代以后[1],加筋土擋土墻在中國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。然而,受限于中國(guó)筋材生產(chǎn)工藝和加筋土擋土墻施工工藝,筋帶的耐久性以及筋帶與面板之間的連接存在相對(duì)較差的問題,此外,當(dāng)時(shí)對(duì)加筋土的理論研究還不夠完善,部分加筋土擋土墻在使用過程中陸續(xù)開始發(fā)生面板脫落、鼓包、筋帶老化等病害,直接威脅公路的正常運(yùn)營(yíng),因此,針對(duì)已發(fā)生病害的加筋土擋土墻,通過病害原因分析和加筋土路基穩(wěn)定性分析,選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的修復(fù)加固措施是十分有必要的。通過G312線鳳翔路口(陜甘界)至平?jīng)鰱|(曹村灣)段公路改建工程K1703+165—K1703+237段左側(cè)既有加筋土擋土墻面板修復(fù)的工程案例,為類似工程提供參考。

1 工程概況

G312線起點(diǎn)始于上海,終點(diǎn)止于新疆霍爾果斯口岸,由東向西,全線長(zhǎng)4 967 km,其中甘肅省境內(nèi)路線長(zhǎng)1 536 km,包含平?jīng)鍪芯硟?nèi)鳳翔路口至平?jīng)鰱|段,該段公路等級(jí)為雙向二車道二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),路基寬度為12 m。G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段于2000年建成通車,截至2020年,已運(yùn)營(yíng)近20年。在K1703+165—K1703+237段路基左側(cè)設(shè)置加筋土擋土墻,該加筋土擋土墻位于高填路基左側(cè)(下山側(cè)),路基右側(cè)填平處理,墻長(zhǎng)72 m,最大墻高13.5 m,路基填料為黃土,淺黃色,潮濕,中密狀,土質(zhì)均勻,局部含礫石;原基底為離石黃土,淺黃色,淡紅色,潮濕,中密,土質(zhì)不均,以粉細(xì)粒為主,粘粒含量高,具有小孔隙,可見少量鈣質(zhì)結(jié)核塊體。當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅繛?14.5 mm,屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。2019-09,該段加筋土擋土墻筋帶斷裂,面板脫落、鼓包,墻后土體剝落,未發(fā)生邊坡整體失穩(wěn)、路面塌陷等病害,但是墻后土體如果持續(xù)剝落,將危及公路路基邊坡穩(wěn)定,對(duì)公路正常運(yùn)營(yíng)造成較大的安全隱患。

2 加筋土擋土墻病害的原因

加筋土擋土墻面板脫落、鼓包的原因?yàn)閇2]:①筋帶與面板結(jié)合部位長(zhǎng)期受空氣和反濾層排水的共同作用,造成筋帶不斷腐蝕老化,耐久性和抗拉強(qiáng)度降低;②局部路面雨下滲,造成墻后土體濕重度增大,內(nèi)摩擦角減小,從而導(dǎo)致土壓力增大以及筋帶與填土間的摩擦力減?。虎壑剌d車輛較多,通車時(shí)間長(zhǎng),超載現(xiàn)象嚴(yán)重,直接導(dǎo)致墻后土壓力增大,面板與筋帶之間的拉力變大;④加筋土擋土墻面板為單個(gè)構(gòu)件,相互之間的連接較薄弱,單點(diǎn)受力不同,容易出現(xiàn)局部變形。

3 受力分析

加筋土擋土墻是利用筋帶與填土摩擦力,形成強(qiáng)度較高的復(fù)合體墻身,從而抵抗墻后土體產(chǎn)生的側(cè)向土壓力。目前對(duì)于加筋土作用機(jī)理有2種觀點(diǎn):第一種觀點(diǎn)是摩擦加筋原理[3],該觀點(diǎn)認(rèn)為土壓力直接作用于面板上,面板通過筋帶將土壓力傳遞至穩(wěn)定填土中;第二種觀點(diǎn)是準(zhǔn)黏聚力原理[3],該觀點(diǎn)認(rèn)為土中加入筋帶后形成復(fù)合土體,其摩擦角不變,但是產(chǎn)生了新的黏聚力,也稱準(zhǔn)黏聚力或似黏聚力,準(zhǔn)黏聚力有效改善了加筋土的等效內(nèi)摩擦角,從而提高填土邊坡穩(wěn)定性。

G312線鳳翔路口至平?jīng)鰱|段位于黃土高原區(qū),路基填料以黃土為主,在車輛荷載多年的持續(xù)作用下,該段路基已經(jīng)碾壓密實(shí),根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于路基填料綜合內(nèi)摩擦角的經(jīng)驗(yàn)值,綜合內(nèi)摩擦角取35°,重度取18 kN/m3,路堤穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行計(jì)算。

式(1)(2)中:Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù);ci、φi為第i個(gè)土條滑弧所在土層的黏聚力和內(nèi)摩擦角;bi為第i個(gè)土條寬度,m;Wi為第i個(gè)土條重力,kN;Qi為第i個(gè)土條垂直方向外力,kN;αi為第i個(gè)土條底滑面的傾角,°。

根據(jù)上述路基穩(wěn)定分析方法,利用理正巖土6.5進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算,采用極限平衡Bishop法,潛在破裂面按照?qǐng)A弧破壞模型作為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的依據(jù),結(jié)合準(zhǔn)黏聚力原理,分別計(jì)算不同綜合內(nèi)摩擦角下路基的穩(wěn)定性,分析結(jié)果如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過上述邊坡穩(wěn)定分析,當(dāng)路基填土綜合內(nèi)摩擦角小于42°時(shí),邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài);綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到44°時(shí),邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);綜合內(nèi)摩擦角達(dá)到46°以上時(shí),邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),滿足規(guī)范要求。

2020-07-01—2020-08-15,施工單位對(duì)該段加筋土擋土墻進(jìn)行了沉降位移觀測(cè)。共布設(shè)了4組位移計(jì)和沉降觀測(cè)計(jì)C1、C2、C3、C4,分別在加筋土擋土墻的頂部布設(shè)了2處,在中部和中下部各布設(shè)了1處,經(jīng)過45 d的監(jiān)測(cè),共采集了10組數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。不同部位高程點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線如圖1所示。

表2 高程監(jiān)測(cè)結(jié)果(單位:m)

圖1 不同部位高程點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示:C1監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 113.382~1113.386m,C2監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1113.730~1 113.733m,C3監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 107.545~1 107.549 m,C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程介于1 100.278~1 100.282 m。根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),C1監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為1 mm,C2監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為3 mm,C3監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為3 mm,C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移為1 mm。表明路基未發(fā)生沉降變形和位移變形,邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

黃土為細(xì)粒土,根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》,細(xì)粒土的綜合內(nèi)摩擦角經(jīng)驗(yàn)值為35°~40°,因此,結(jié)合邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果以及路基沉降及位移監(jiān)測(cè)結(jié)果,表明在筋帶的作用下,黃土的綜合內(nèi)摩擦角得到了有效提高。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況,路基填料為黃土,該段加筋土擋土墻僅發(fā)生局部面板脫落、鼓包等病害,上部路面完好,未發(fā)生路面沉降、擋土墻整體破壞等病害,且G312線已經(jīng)運(yùn)營(yíng)近20年,該段擋土墻沒發(fā)生整體垮塌等,在面板已經(jīng)脫落的加筋土擋土墻已經(jīng)與摩擦加筋原理不符,表明該加筋土作用機(jī)理與準(zhǔn)黏聚力原理更為吻合,因此,可判斷該段擋土墻處于穩(wěn)定狀態(tài),但是面板脫落、鼓包會(huì)導(dǎo)致路基邊坡不斷剝落,影響路基邊坡穩(wěn)定,從而威脅公路安全運(yùn)營(yíng)。

4 加筋土擋土墻修復(fù)加固方案

該段既有加筋土擋土墻位于V形沖溝內(nèi),溝底縱坡較陡,現(xiàn)加筋土擋土墻坡腳外側(cè)約8 m范圍內(nèi),橫坡相對(duì)較緩,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆探查明,加筋土填土為黃土,原溝底地質(zhì)為離石黃土。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)既有擋土墻的地形地質(zhì)條件,提出以下方案進(jìn)行比選。

俯斜式擋土墻方案:施工方便、工期短,對(duì)既有加筋土筋帶無干擾,但是由于擋土墻高度高達(dá)15 m,自重較大,對(duì)地基承載力要求較高,工程造價(jià)高,存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn),此外,需要補(bǔ)充征地,征地實(shí)施較為困難。

錨桿框格梁方案[4]:結(jié)構(gòu)自重輕,工程造價(jià)低,可避免新增占地,但是錨桿施工可能會(huì)破壞既有筋帶,從而改變加筋土受力機(jī)理,存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn),且黃土錨桿效果較差。

樁板墻方案:傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu),受力效果好,可為既有加筋土擋土墻提供較大的橫向支撐力,同時(shí)不會(huì)對(duì)既有加筋土筋帶產(chǎn)生不良影響,但是因現(xiàn)場(chǎng)為V形溝,既有邊坡底無施工場(chǎng)地,只能在G312線公路上施工,施工難度相對(duì)較大。

綜合結(jié)構(gòu)安全性、可實(shí)施性、工程造價(jià)等因素,最終確定采用樁板墻修復(fù)方案。具體方案如下:拆除脫落、懸空的面板,墻后剝落處采用C20混凝土填充修補(bǔ),樁板墻錨固樁采用C30鋼筋混凝土澆筑,樁徑1.5 m,樁間距5.0 m,樁長(zhǎng)28.0 m,其中懸臂端長(zhǎng)10.5 m,錨固端長(zhǎng)17.5 m,樁后掛設(shè)50 cm厚擋土板。

施工順序如下:完善防排水→坡面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)→掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)→拆除脫落面板→樁板墻及擋土墻懸空處澆筑施工→交安設(shè)施。

施工過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng):①施工過程中加強(qiáng)對(duì)既有加筋土擋土墻變形的監(jiān)測(cè),嚴(yán)格監(jiān)測(cè)加筋土擋土墻面板變形情況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施,確保施工安全;②樁基施工時(shí),應(yīng)確保與既有加筋土擋土墻之間有足夠的安全距離,盡量減輕對(duì)既有加筋土擋土墻的擾動(dòng),防止路基失穩(wěn);③加筋土擋土墻預(yù)加固施工期間,施工車輛應(yīng)繞避通行,盡量減小車輛荷載等作用對(duì)路基穩(wěn)定和樁板墻施工的安全影響;④優(yōu)先選擇晴天施工,如雨天必須施工,則應(yīng)在確保安全的前提下進(jìn)行;⑤堅(jiān)持快速施工的原則,達(dá)到及早穩(wěn)固邊坡的目的。

5 結(jié)語

通過本工程案例,樁板墻修復(fù)加筋土擋土墻面板的處治效果較好;加筋土擋土墻通過提高路基填料的綜合內(nèi)摩擦角,從而增加了路基的穩(wěn)定性;通過對(duì)路基邊坡的沉降和位移監(jiān)測(cè),表明加筋土擋土墻面板脫落后,仍處于穩(wěn)定狀態(tài);加筋土擋土墻作用機(jī)理偏向于準(zhǔn)黏聚力原理;對(duì)于符合準(zhǔn)黏聚力原理的加筋土擋土墻,面板修復(fù)方案選擇時(shí),建議盡量不要破壞既有筋帶。

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