挡土墙施工及加固技术.ppt
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1、挡土墙加固及施工技术挡土墙的作用挡土墙的作用 挡挡土土墙墙是是各各类类工工程程建建设设中中常常见见的的支支挡挡结结构构形形式式,它它具具有有结结构构简简单单、占占地地少少、施施工工方方便便和和造造价价低低廉廉等等诸诸多多优优点点。目目前前,不不仅仅广广泛泛应应用用于于公公路路、铁铁路路、城城市市建建设设,同同时时应应用用于于水水坝坝建建设设、河河床床整整治治、港港口口工工程程、水水土土保保持持、土地规划、山体滑坡防治等领域。土地规划、山体滑坡防治等领域。概概 述述挡土墙的分类挡土墙的分类 挡土墙的种类很多,按照其结构特点可以分为:挡土墙的种类很多,按照其结构特点可以分为:挡土墙的种类很多,按照
2、其结构特点可以分为:挡土墙的种类很多,按照其结构特点可以分为:(1 1 1 1)重力式挡土墙)重力式挡土墙)重力式挡土墙)重力式挡土墙;(2 2 2 2)悬臂式挡土墙)悬臂式挡土墙)悬臂式挡土墙)悬臂式挡土墙;(3 3 3 3)扶臂式挡土墙)扶臂式挡土墙)扶臂式挡土墙)扶臂式挡土墙;(4 4 4 4)支撑式挡土墙)支撑式挡土墙)支撑式挡土墙)支撑式挡土墙;(5 5 5 5)锚定板挡土墙)锚定板挡土墙)锚定板挡土墙)锚定板挡土墙;(6 6 6 6)板桩墙挡土墙)板桩墙挡土墙)板桩墙挡土墙)板桩墙挡土墙;(7 7 7 7)加筋土挡土墙。)加筋土挡土墙。)加筋土挡土墙。)加筋土挡土墙。概概 述述挡土
3、墙存在问题挡土墙存在问题 挡挡土土墙墙的的主主要要载载荷荷是是土土压压力力和和相相关关的的外外来来载载荷荷,随随着着其其使使用用时时间间的的增增长长,挡挡土土墙墙的的稳稳定定性性就就会会减减弱弱,甚甚至至会会出出现现不不同同程程度度的的失失稳稳现现象象。尤尤其其是是在在频频繁繁的的外外部部载载荷荷和和地地震震、水水灾灾等等自自然然因因素素作作用用下下,挡挡土土墙墙的的失失稳稳现现象象表表现现的的更更加加突突出出。在在公公路路交交通通建建设设中中,几几乎乎所所有有的的跨跨线线大大桥桥,山山区区公公路路均均建建有有挡挡土土墙墙。在在动动载载荷荷下下挡挡土土墙墙的的失失稳稳日日趋趋严严重,如:重,如
4、:概概 述述v始始建建于于8080年年代代的的滨滨州州黄黄河河大大桥桥南南北北接接线线的的挡挡土土墙墙,墙墙高高6m6m,从从19911991年年开开始始,挡挡土土墙墙逐逐渐渐开开始始发发生生变变形形,墙墙体体外外倾倾,到到19971997年年墙墙体体的的最最大大变变形形达达280mm280mm,其其中中南南接接线线西西侧侧甚甚至至发发生生过过坍坍塌塌事事故故,严严重重威威胁胁到到整整座座大大桥桥的的交交通通安安全。全。概概 述述v建建成成于于19901990年年前前后后的的104104国国道道界界河河立立交交桥桥,自自建建成成初初期期即即发发生生轻轻微微的的墙墙体体外外移移现现象象。从从19
5、971997年年开开始始,墙墙体体的的外外鼓鼓变变形形加加剧剧,到到20002000年年6 6月月份份,墙墙体体最最大大的的位位移移量量达达到到100mm100mm,绝绝对对位位移移量量超超过过200mm200mm,路路面面局局部部发发生生纵纵向向开开裂裂,墙墙体体的的顶顶部部面面板板开开始始脱脱落落,墙墙体体整整体体失失稳稳,并有进一步加剧的趋势。并有进一步加剧的趋势。概概 述述v位位于于山山东东省省淄淄博博市市境境内内的的辛辛店店大大桥桥,纵纵向向长长度度600m600m的的挡挡土土墙墙均均出出现现不不同同程程度度的的外外倾倾和和外外鼓鼓现现象象,局局部部的的外外鼓鼓达达150mm150m
6、m之之多多,从从而而严严重重威胁到了公路运输的安全。威胁到了公路运输的安全。概概 述述v20012001年年 9 9月月 2727日日,洛洛 阳阳-三三 门门 峡峡 高高 速速 公公 路路K104+940-K105+100K104+940-K105+100段段坡坡间间挡挡土土墙墙,突突然然随随坡坡体体下下滑滑,塌塌方方量量达达1212万万m m3 3以以上上,半半幅幅路路基基平平均均下下陷陷深深度度为为5m5m,致致使使原原定定通通车车时时间间滞滞后后3 3个个多月。多月。v京京沪沪高高速速公公路路(化化临临段段)挡挡土土墙墙在在建建设设过过程程中中即即发发生生不不同同程程度度的的侧侧滑滑现现
7、象象,不不得得不不重重新新设计和加固。设计和加固。概概 述述图图1 1 失稳的加筋土挡土墙失稳的加筋土挡土墙 概概 述述图图2 2 失稳的坡间挡土墙失稳的坡间挡土墙概概 述述图图3 3 垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙概概 述述图图4 4 垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙概概 述述图图5 5 洛三线垮塌的坡间挡墙洛三线垮塌的坡间挡墙概概 述述 由由此此可可见见,挡挡土土墙墙的的失失稳稳问问题题不不是是个个例例,而而是是带带有有普普遍遍性性。仅仅山山东东省省境境内内就就有有不不少少于于2020座座各各类类挡挡土土墙墙发发生生不不同同程程度度的的失失稳稳现现象象。国国内内类类似似工工程程有有几几百百处
8、处,严严重重者者甚甚至至有有可可能能酿酿成成墙墙体体倾倾覆覆、交交通通中中断断、人人员员伤伤亡亡的的严严重重事事故故。因因此此,如如何何在在设设计计和和施施工工阶阶段段采采用用有有效效的的工工程程措措施施,以以消消除除挡挡土土墙墙失失稳稳的的事事故故隐隐患患是是事事关交通安全的重大工程技术难题。关交通安全的重大工程技术难题。概概 述述失稳挡土墙的加固方法失稳挡土墙的加固方法 主要有预应力锚固、重力式翼墙、后跺式主要有预应力锚固、重力式翼墙、后跺式扶臂墙、喷射混凝土和预应力锚杆联合加固扶臂墙、喷射混凝土和预应力锚杆联合加固以及加筋喷射混凝土和预应力锚杆联合加固以及加筋喷射混凝土和预应力锚杆联合加
9、固等等 。概概 述述 在实际工程中,由于挡土墙所承受的外在实际工程中,由于挡土墙所承受的外部载荷环境不同、回填土性质以及挡土墙的部载荷环境不同、回填土性质以及挡土墙的类型不同,因而,结构失稳的原因和所采用类型不同,因而,结构失稳的原因和所采用的加固方法以及同一种方法所选用的加固参的加固方法以及同一种方法所选用的加固参数也不尽相同,所以,问题的研究必须有针数也不尽相同,所以,问题的研究必须有针对性。即针对某一类型的挡土墙的失稳情况,对性。即针对某一类型的挡土墙的失稳情况,从实际出发进行比较系统的研究,了解它的从实际出发进行比较系统的研究,了解它的失稳机理并选择一种切实可行的加固方法,失稳机理并选
10、择一种切实可行的加固方法,从理论和实践中加以证明其可行性并进而推从理论和实践中加以证明其可行性并进而推广应用。广应用。概 述失稳特征失稳特征 据调查,加筋土挡土墙虽然建设的年代、据调查,加筋土挡土墙虽然建设的年代、应用对象甚至具体的设计参数不尽相同,但应用对象甚至具体的设计参数不尽相同,但由于基本结构是相似的,因此其失稳现象都由于基本结构是相似的,因此其失稳现象都有着共同的特征有着共同的特征:1 1、墙体外鼓墙体外鼓。这种现象约占这种现象约占70%70%,主要有以,主要有以下两种表现形式:下两种表现形式:加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 v(a)(a)弧
11、弧形形外外鼓鼓(图图6 6a)a)。调调查查发发现现,全全国国现现有有的的加加筋筋土土挡挡土土墙墙运运行行5 5年年以以上上的的,都都不不同同程程度度地地出出现现了了墙墙体体外外鼓鼓,路路面面两两侧侧护护栏栏内内倾倾,且且墙墙体体越越高高,外外鼓鼓现现象象越越严严重重,外外鼓鼓位位移移最最大大处一般发生在离地面高度的处一般发生在离地面高度的2/32/3处。处。v (b)S(b)S形形外外鼓鼓(图图6 6b)b)。这这种种现现象象不不是是孤孤立立存存在在的的,一一般般伴伴随随着着弧弧形形外外鼓鼓出出现现(例例如如G104G104界界河河立立交交桥桥),其其主主要要特特征征是是:总总体体仍仍属属弧
12、弧形形外外鼓鼓,但在墙体中下部又出现另一外鼓现象。但在墙体中下部又出现另一外鼓现象。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 2 2、墙墙体体外外倾倾(图图6c)6c)。这这种种现现象象约约占占30%30%,主主要要特特征征是是:墙墙体体整整体体外外倾倾、路路边边护护栏栏外外倾倾(如滨州黄河大桥北接线东侧墙体)。(如滨州黄河大桥北接线东侧墙体)。3 3、路路面面开开裂裂。所所有有出出现现失失稳稳现现象象的的加加筋筋土土挡挡土土墙墙,一一般般都都伴伴随随着着路路面面纵纵向向开开裂裂,严严重重者者裂裂缝缝宽宽度度达达5 520mm20mm,路路面面有有无无裂裂缝缝,
13、是是判判别别墙体是否整体失稳的最主要的特征。墙体是否整体失稳的最主要的特征。4 4、拉拉筋筋与与面面板板脱脱离离,造造成成墙墙体体面面板板局局部部单单块块滑落。滑落。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 快车道护栏填土失稳墙体慢车道快车道护栏填土失稳墙体慢车道快车道护栏填土失稳墙体慢车道 (a)(b)(c)(a)(b)(c)图图6 6 加筋土挡土墙失稳特征示意图加筋土挡土墙失稳特征示意图 原因分析原因分析 加加筋筋土土挡挡土土墙墙是是国国内内外外已已广广泛泛应应用用的的成成熟熟技技术术
14、,我我国国也也制制定定了了相相应应的的设设计计与与施施工工规规范范(JTJ015-90JTJ015-90)。但但为为什什么么加加筋筋土土挡挡土土墙墙在在建建成成初初期期或或运运行行一一定定时时期期后后却却相相继继发发生生了了轻轻微微变变形形以以至至发发展展成成严严重重失失稳稳变变形形呢呢?经经综综合合分析,其存在着外在和内在两方面的原因:分析,其存在着外在和内在两方面的原因:加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 1 1、外在原因、外在原因 (a)(a)(a)(a)我我我我国国国国大大大大规规规规模模模模建建建建设设设设加加加加筋筋筋筋土土土土挡挡挡挡土土土土
15、墙墙墙墙时时时时期期期期,交交交交通通通通流流流流量量量量远远远远不不不不及及及及现现现现在在在在大大大大。例例例例如如如如:滨滨滨滨州州州州黄黄黄黄河河河河大大大大桥桥桥桥81818181年年年年以以以以前前前前日日日日交交交交通通通通量量量量平平平平均均均均为为为为3085308530853085辆辆辆辆,到到到到2000200020002000年年年年已已已已增增增增至至至至14890148901489014890辆辆辆辆;山山山山东东东东省省省省G104G104G104G104界界界界河河河河立立立立交交交交桥桥桥桥建建建建成成成成初初初初期期期期(1989198919891989年年
16、年年),日日日日均均均均交交交交通通通通量量量量为为为为2168216821682168辆辆辆辆,至至至至2000200020002000年年年年达达达达到到到到7645764576457645辆辆辆辆,且且且且大大大大型型型型运运运运输输输输车车车车辆辆辆辆增增增增多多多多,超超超超载载载载严严严严重重重重(最最最最大大大大车车车车货货货货总总总总量量量量超超超超过过过过100100100100吨吨吨吨),直直直直接接接接导导导导致致致致路路路路面面面面动动动动荷荷荷荷载载载载剧剧剧剧增增增增,超超超超过过过过了了了了原原原原设设设设计计计计路路路路基基基基的的的的承承承承载能力。载能力。载
17、能力。载能力。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 (b)(b)对对于于一一般般车车流流量量很很大大,动动荷荷载载相相对对较较高高的的路路段段,墙墙体体变变形形一一般般主主要要受受动动荷荷载载的的影影响响,出出现现严严重重的的外外倾倾失失稳稳,造造成成顶顶层层拉拉筋筋断断裂、面板脱落。裂、面板脱落。(c)(c)施施工工质质量量不不高高,尤尤其其初初期期填填方方不不实实,拉拉筋筋松松弛弛或或拉拉筋筋材材料料选选材材不不适适当当甚甚至至不不合合格格也也是是造造成成加加筋筋土土挡挡土土墙墙失失稳稳的的不不可可忽忽视视的的外外在原因。在原因。加筋土挡土墙失稳的基本特
18、征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 2 2、内在原因内在原因 (a)(a)车车辆辆动动荷荷载载所所引引起起的的侧侧压压力力沿沿垂垂直直方方向向遵遵从从布布西西涅涅斯斯克克解解,即即在在弹弹性性半半空空间间体体上上作作用用一一压压力力,其其应应力力分分布布是是上上大大下下小小,而而主主动动土土压压力力是是上上小小下下大大,二二者者作作用用的的迭迭合合,即即在在离离地地面面高高度度的的2/32/3处处形形成成最最大大的的外外推推力力。因因此此,墙墙体体外外鼓鼓是是必必然然的的。但但外外鼓鼓不不一一定定失失稳稳,只只要要外外推推力力不不超超过过拉拉筋筋的的抗抗拉拉强强度度,墙墙体体仍仍
19、可可保保持持相相对对稳稳定定,而而判判别别挡挡土土墙墙是是否否失失稳稳的的最最明明确确的的外外在在标准是路面是否开裂及面板是否脱落。标准是路面是否开裂及面板是否脱落。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 (b)(b)加加筋筋土土挡挡土土墙墙的的加加筋筋材材料料为为增增阻阻迟迟缓缓的的柔柔塑塑性性体体,在在动动荷荷载载作作用用下下增增阻阻速速度度滞滞后后,不不能能及及时时提提供供阻阻力力以以抵抵御御动动载载对对土土体体的的破破坏坏作作用用。在在许许多多情情况况下下,拉拉筋筋失失效效并并非非是是本本身身强强度度不不够够,而而是是增增阻阻速速度度不不及及动动载载的
20、的增增载载加加速速,土土体体因因瞬瞬间间变变形形超超限限而而破破坏坏,从从而而导导致致墙墙体体填填方方失稳。失稳。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分析及原因分析 (c)(c)墙墙体体内内的的填填土土本本身身强强度度很很低低,建建成成之之时时存存在在着着初初始始塑塑性性变变形形区区,动动荷荷载载剧剧增增即即可可诱诱发发原原有有塑塑性性区区的的进进一一步步扩扩大大和和发发展展,随随着着时时间间的的积积累累和和变变形形的的叠叠加加,即即可可能能在在挡挡土土墙墙内部出现整体和永久性的破坏。内部出现整体和永久性的破坏。加筋土挡土墙失稳的基本特征加筋土挡土墙失稳的基本特征及原因分
21、析及原因分析 实实 例例界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙失稳加固处理加筋土挡土墙失稳加固处理界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙失稳加固处理失稳加固处理工程背景工程背景 界界河河立立交交桥桥建建成成于于19901990年年,自自建建成成初初期期即即发发生生轻轻微微墙墙体体外外倾倾现现象象。从从19971997年年开开始始,外外鼓鼓变变形形逐逐渐渐加加剧剧,至至20002000年年6 6月月,最最大大位位移移量量相相对对值值达达100mm100mm,绝绝对对值值超超过过200mm200mm,路路面面局局部部发发生生纵纵向向开开裂裂,两两侧侧护护拦拦内内倾倾,顶顶部部面面板板局局部部脱脱落
22、落,墙墙体体整整体体失失稳稳,并并有有进进一一步步加加剧的明显趋势剧的明显趋势 。图图7 7 加固前的失稳加筋土挡土墙加固前的失稳加筋土挡土墙 界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙失稳加固处理失稳加固处理工程对策工程对策1 1、必须满足的前提条件必须满足的前提条件 对对于于失失稳稳加加筋筋土土挡挡土土墙墙,最最简简单单的的处处理理方方法法是是在在墙墙体体外外侧侧压压土土或或附附加加一一个个重重力力挡挡墙墙作作为为外外支支撑撑,但但这这将将直直接接导导致致加加筋筋土土挡挡土土墙墙的的主主要要优优越越性性的的丧丧失失,不不但但工工程程量量巨巨大大,又又需需要要重重新新征征地地,除除非非紧紧
23、急急抢抢险险,此此方方案案不不能能采采用用。任任何何拟拟采采用用的的加加固固方方案案必必须须满满足足以以下下条件:条件:界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙失稳加固处理失稳加固处理v(a)(a)不不能能破破坏坏原原工工程程的的基基本本结结构构,所所实实施施的的加加固固方方案案既既能能完完全全保保留留加加筋筋土土挡挡土土墙墙的的既既有有优优越性,又能保证不影响其使用功能。越性,又能保证不影响其使用功能。v(b)(b)在在不不影影响响主主路路面面安安全全运运行行的的前前提提下下能能正正常常进行加固施工。进行加固施工。v(c)(c)施施工工工工艺艺要要相相对对简简单单,工工程程造造价价及及施
24、施工工工工期不能高于其它加固方案。期不能高于其它加固方案。界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙失稳加固处理失稳加固处理2 2、可采用的工程方案、可采用的工程方案 经经反反复复分分析析比比较较,能能同同时时满满足足上上述述条条件件的的方方案案其其实实范范围围很很小小:首首先先,其其必必须须是是常常规规技技术术;其其二二,它它能能有有效效抑抑制制或或减减小小墙墙体体变变形形;其其三三,它它具具有有可可靠靠的的有有效效性性和和持持久久性性。如如何何选选择择并并确确定定这这样样一一个个由由多多项项常常规规技技术术构构成成又又非非常常规规的的有有效效技技术术组组合合,是是解解决决失失稳稳加加筋筋
25、土土挡土墙加固问题的最大难题。挡土墙加固问题的最大难题。界河立交桥界河立交桥加筋土挡土墙加筋土挡土墙失稳加固处理失稳加固处理v(a a)主要方案主要方案 理理想想的的方方案案是是通通过过一一种种特特殊殊的的工工艺艺,将将墙墙体体对对应应面面板板凿凿穿穿,穿穿上上钢钢筋筋,对对拉拉锁锁定定,完完全全取代原有的拉筋取代原有的拉筋(图图8 8a)a)。由由于于国国内内目目前前凿凿孔孔设设备备及及技技术术所所限限,对对穿穿凿凿孔孔不不易易实实现现,可可改改由由两两侧侧分分别别凿凿孔孔,并并安安装装预预应应力力锚锚杆杆以以代代替替对对拉拉钢钢筋筋,这这样样凿凿孔孔问问题题易易解解决决,同同时时又又保保持
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