輕型填筑材料在防汛墻傾覆防治中的應(yīng)用

陸志翔 王永東

【摘 要】防汛墻發(fā)生傾覆的原因主要有地質(zhì)條件、外界環(huán)境變化、施工過(guò)程不當(dāng)及設(shè)計(jì)控制考慮不周等自然因素和人為因素。當(dāng)防汛墻由于以上某種原因而發(fā)生傾斜傾覆時(shí)，越早處理越有利于減少損失。預(yù)防及處理防汛墻傾覆的主要措施有拆除重建、擴(kuò)大加固地基基礎(chǔ)、改變防汛墻墻體的前后受力狀態(tài)等。文章從改變防汛墻墻后受力狀態(tài)出發(fā)，采用輕型填筑材料置換部分墻后土體，處理了某工程防汛墻傾斜問(wèn)題，成功防止了該防汛墻傾覆災(zāi)害的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】防汛墻;輕型;填筑材料;傾覆;防治

【中圖分類號(hào)】TV871.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）02-0148-02

防汛墻的防洪防汛功能為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全起到了極其巨大的作用，也為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的順利進(jìn)行和快速高效發(fā)展提供了保證。

建成后的防汛墻在運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常受到各方面的因素影響而產(chǎn)生傾斜和傾覆現(xiàn)象，在防汛墻產(chǎn)生傾斜初期及早采取合適的措施進(jìn)行傾覆防治處理，不僅可以在經(jīng)濟(jì)上取得良好的效益，還為及時(shí)消除洪水等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供了可靠的保證。陳峰[1]對(duì)上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究;王永東[2]對(duì)巖土工程邊坡治理進(jìn)行了設(shè)計(jì)和應(yīng)用;鄒洽宇[3]對(duì)橋背發(fā)泡輕質(zhì)土填筑工程沉降計(jì)算進(jìn)行了研究;張世明[4]分析應(yīng)用了石籠堆載反壓法處理傾覆變形擋土墻;侯輝[5]研究了橋頭病害致因分析及處治措施;高飛[6]分析了泡沫混凝土在某跨線橋接坡道路工程中的應(yīng)用。

本文擬以上海地區(qū)某泵閘上游防汛墻為背景，闡述應(yīng)用輕型填筑材料防治防汛墻傾覆災(zāi)害的原理及效果，為防汛墻的傾斜處理提供方法借鑒。

1 工程情況

位于上海某泵閘上游防汛墻，墻后填土設(shè)計(jì)標(biāo)高為4.80 m，泵閘防汛墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，形式為L(zhǎng)型，墻頂標(biāo)高5.50 m，河底標(biāo)高0.50 m，基礎(chǔ)底面標(biāo)高為-0.50 m，防汛墻具體結(jié)構(gòu)尺寸及設(shè)計(jì)剖面圖。

在防汛墻建成后不久，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該防汛墻開(kāi)始發(fā)生傾斜。管理單位及時(shí)組織人員將墻后的土體卸除，墻后土體標(biāo)高卸至2.50 m后，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該防汛墻不再繼續(xù)發(fā)生傾斜。

2 處理思路

經(jīng)對(duì)勘察資料、設(shè)計(jì)資料、施工資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的檢查、檢驗(yàn)、校核、計(jì)算和分析，該防汛墻產(chǎn)生傾斜的主要原因是防汛墻墻體所受到的傾覆力矩大于墻體所受到的抗傾覆力矩（以墻址為計(jì)算點(diǎn)）。

針對(duì)該防汛墻產(chǎn)生傾斜的原因，要改變這種狀態(tài)，確保防汛墻不再產(chǎn)生傾斜，可以從以下3個(gè)方面予以考慮并采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理。一是增大防汛墻墻前水土壓力，從而增大防汛墻抗傾覆力矩;二是增大基礎(chǔ)寬度或厚度，或是對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行樁基加固處理，從而增大防汛墻抗傾覆力矩;三是減少墻后水土體水平向推力，從而減小防汛墻傾覆力矩。

由于防汛墻墻前河床基本穩(wěn)定，河流水位受到降雨、潮汐等自然現(xiàn)象影響較大，拋石堆載又對(duì)防汛防洪產(chǎn)生不利影響，因此人工改變墻前水土壓力狀態(tài)基本不可行。防汛墻已經(jīng)建成，再對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加寬、加厚或樁基加固，經(jīng)濟(jì)成本及施工技術(shù)難度都相對(duì)較大，且對(duì)周邊環(huán)境影響也較大。挖除墻后一定范圍內(nèi)的土體，采用輕型填筑材料予以替換，可以大大減小墻后水土體所產(chǎn)生的水平向壓力，而對(duì)墻后基礎(chǔ)上覆壓力卻不產(chǎn)生較大的影響，可以達(dá)到防止防汛墻產(chǎn)生傾斜傾覆的目的。

3 墻體力矩平衡分析

墻背光滑直立、墻后填土水平、坡頂無(wú)附加荷載的重力式防汛墻抗傾覆穩(wěn)定性應(yīng)符合式（1）的要求。

式（1）中：Ft為防汛墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，不小于1.6;∑M為抗傾覆力矩之和，KN·m/m;∑R為傾覆力矩之和，kN·m/m;G為防汛墻及上覆土體自重，kN/m;x0為防汛墻及上覆土體重心至墻址的水平距離，m;EP為墻前被動(dòng)土壓力合力，KN/m;ZP為墻前被動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)至墻址的垂直距離，m;Ew為墻前水壓力合力，kN/m;Zw為墻前水壓力合力至墻址的垂直距離，m;Ea為墻后主動(dòng)土壓力及水壓力合力，kN/m;Za為墻后主動(dòng)土壓力及水壓力合力作用點(diǎn)至墻址的垂直距離，m。

將墻后一定范圍內(nèi)的土體卸除，墻后土體邊坡處于自穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)用輕型填筑材料替換原有填土后，由于輕型填筑材料本身具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，因此墻后水土壓力可以不考慮輕型填筑材料所產(chǎn)生的水平向壓力。當(dāng)墻后受力處于極端不利情況下，墻后的水平向壓力應(yīng)考慮墻后充滿水后水體所產(chǎn)生的水平向壓力。墻后換填輕型填筑材料后，防汛墻所受到的作用力及力臂大小見(jiàn)表1。

按照表1所列出的計(jì)算數(shù)值，防汛墻墻后換填輕型填筑材料后，依據(jù)式（1）防汛墻抗傾覆穩(wěn)定性力矩計(jì)算公式可演算簡(jiǎn)化為式（2）。

51.40+9.37γ≥1.6×93.65（2）

由式（2）解得輕型填筑材料重度只要大于等于10.5 kN/m3就可以滿足防汛墻抗傾覆穩(wěn)定性要求。

4 換填輕型材料比選與應(yīng)用

墻后換填所選用的輕型填筑材料既要考慮材料的價(jià)格，又要考慮材料的強(qiáng)度，尤其是抗剪切和抗拉強(qiáng)度，換填的材料最好能夠形成一個(gè)整體，從而確保墻后不再產(chǎn)生水平向土壓力。市場(chǎng)上可用于換填地基土的輕型建筑材料主要有聚苯乙烯類和泡沫混凝土類，這兩類輕型填筑材料的主要性能及價(jià)格見(jiàn)表2。

目前，以上兩種輕型填筑材料在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的基本情況：聚苯乙烯類主要應(yīng)用在公路橋頭路基填筑方面，其主要目的是減少地基土的差異沉降;輕型泡沫混凝土類主要應(yīng)用在城市地鐵上覆土體換填方面，其主要目的是減少地鐵等地下交通設(shè)施體上覆土壓力，從而減少地鐵隧道的沉降及受壓變形破壞。

由表2可知，聚苯乙烯泡沫塑料類的重度較小，無(wú)法滿足本項(xiàng)目防汛墻墻后填土置換要求，因而防汛墻墻后土體換填選用價(jià)格適宜的泡沫混凝土。經(jīng)配合比試驗(yàn)及抗拉、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，最終選用的輕型泡沫混凝土重度為10.8 kN/m3，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工換填，該防汛墻重新投入運(yùn)行。經(jīng)墻后換填處理的防汛墻投入運(yùn)行后未發(fā)生傾斜現(xiàn)象，起到了其應(yīng)有的防洪防汛作用。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）防汛墻發(fā)生傾斜初期應(yīng)及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，防止防汛墻繼續(xù)傾斜進(jìn)而發(fā)生傾覆。

（2）防汛墻傾斜處理受自然條件影響較大，宜在墻后采取相應(yīng)的糾偏加固處理措施。

（3）防汛墻傾斜治理及傾覆防治宜采取強(qiáng)度相對(duì)較好的輕型填筑材料，以減少墻后水平方向推力。

（4）進(jìn)一步研究輕型填筑材料在防汛墻抗傾覆方面的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)之初就可根據(jù)防汛墻所處環(huán)境特性有針對(duì)性地進(jìn)行局部換填處理。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳峰.上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問(wèn)題[J].水利水電科技進(jìn)展，2014，34（6）：49-55，106.

[2]王永東.巖土工程問(wèn)題實(shí)例解析[M].北京：清華大學(xué)出版社&北京交通大學(xué)出版社，2018.

[3]鄒洽宇.橋背發(fā)泡輕質(zhì)土填筑工程沉降計(jì)算研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2015.

[4]張世明.石籠堆載反壓法處理傾覆變形擋土墻[J].西南公路，2017（3）：91，98.

[5]侯輝.橋頭病害致因分析及處治措施研究[J].江西建材，2018（4）：176，179.

[6]高飛.泡沫混凝土在某跨線橋接坡道路工程中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2018（5）：254-255.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]