公路加筋土挡土墙加固技术研究

【摘要】所谓加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土体的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和...

摘要: 年来，国内许多地方相继出现了公路加筋土挡土墙失稳问题，对道路安全运营造成了严重威胁。本文以某立交桥加筋土挡土墙的工程实际为课题，结合现场情况，深入研究了其失稳特征、失稳原因，并采取相应的工程对策对其进行加固，从而得出了适用于失稳加筋土挡土墙加固的理论依据和实践经验。

关键词：加筋土挡土墙，加固，预应力锚杆，挂网喷浆，高压注浆

1.文献综述

1.1加筋土挡土墙的发展与研究现状

1.1.1加筋土技术的发展概况

所谓加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土体的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，形成的结构亦称之为加筋土结构。加筋土技术从广义上讲是一门土工增强技术，或称土工补强技术。土工增强技术常见的有加筋土、纤维土、复合土、改性土等。加筋土技术应用于工程结构中形成加筋土结构，加筋土结构在工程中应用较多的是加筋土挡土墙、加筋土边坡、加筋土地基以及加筋路面。

土体虽然具有一定抗压和抗剪强度，而它们的抗拉强度却很低。在土内掺入或铺设适当的筋材后，可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。筋材埋在土体中，可以扩散土体的应力，增加土体的变形模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还能增加土体和其它材料之间的摩擦阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性。

加筋土结构与传统的挡土结构相比，具有以下特点：①结构新颖，造型美观。②技术简单，施工方便。③对材料要求较低，节省材料。④施工速度快，工期短。⑤造价低廉，效益明显。⑥适应性强。因为加筋土结构有这些显著特点，自70年代，加筋土技术在世界上很多国家开始研究和应用。日本在该技术上起步比较早。其次，西班牙于1971年建造了他们的第一座加筋土挡土墙，随后的发展和推广应用也相当快。到八十年代，在世界各国，加筋土工程已从加筋土挡土墙发展应用到桥台、护岸、堤坝、建筑物基础、铁路路堤、码头、防波堤、水库、尾矿坝、储仓及核设施、军用设施等多个领域。

我国在加筋土技术方面的发展和应用是70年代末开始的。1978-1979年云南煤矿设计院在田坝矿区建成了3座仅2-4m高的试验性加筋土挡土墙，这是我国第一座加筋土挡土墙。1980年又在该矿区建成了一座长57m、高8.3m加筋土挡土墙，建成后使用效果良好。该工程的成功引起了我国土木建筑行业工程技术人员很大的兴趣，随后在公路、铁路、水运、煤炭、林业、水利、城建等行业和部门迅速发展和推广应用。

重庆长江滨江路工程，长约6km，护岸挡土墙和公路挡土墙均采用加筋土结构，墙最高达33m，加筋土挡土墙面积约11万1m，它是世界上规模最大的加筋土工程。迄今为止，我国已建成数千座加筋土工程，大部分应用于公路和城市建设、水运和水利工程。总之，加筋土工程在我国应用范围越来越广，工程的规模也越来越大。特别是在高速公路的路基处理方面，也越来越倚重于加筋土结构。

由于加筋土在技术上的优越、显著的经济性和广泛的适用性，加筋土技术获得了国内外更多的青睐。为适应加筋土技术的推广应用，世界上许多国家先后制定并颁发了有关加筋土工程的设计、施工规范和标准，或实际设计施工指南等。我国也制定了相关专业的规范，对我国加筋土技术的推广应用将起到强有力的推动作用。

1.1.2加筋土理论研究现状

在工程实践中，我们知道松散沙土可堆成具有自然安息角的沙堆，粘性土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在沙土中分层埋设水平方向的加筋材料，则这种由沙土和加筋材料形成的筋土复合体可保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，它与粘性土体相类似。这表明沙土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前有所改善和提高。如果利用加筋后的复合体来建筑某种建筑物，如挡土墙、边坡等，则加筋技术就具有一定的工程实际意义，并可获得一定的经济效果。加筋土技术的提出、应用正是从这一思路出发而发展起来的。

土在自重或外荷载作用下易产生严重变形或坍塌。若在土中沿应变方向埋置有挠性的拉筋材料，则土与拉筋材料产生摩擦，使加筋土犹如具有某种程度的粘聚力，从而改良了土的力学特性。根据迄今为止的研究结果，筋-土之间相互作用的基本原理大致可归纳为两大类：

①、摩擦加筋理论；②、准粘性理论(或莫尔一库仑理论，或似粘聚力原理)。

自20世纪80年代至今，加筋土理论研究及各种分析方法不断发展。极限平衡法使用最为普遍，其次是有限元法。极限平衡理论，即假设破裂面、筋材从土中拔出或拔断来分析加筋土体粘着破坏或拉力破坏时的承载力，无法描述结构的变形机理。法国的J•G•Gourc和Ph•Delmas等人，在极限平衡法的基础上，引入了土与筋的应变相容关系，于1966年提出了位移法，这一方法己在法国开始应用，并在不断发展改进。进入90年代，有些国家开始采用极限状态法，较大地改进了极限平衡法，但目前尚未普遍采用。有限元法可以提供受荷土体的应力场和位移场，由于对土与加筋材料本构关系研究的日益深入，并且随着计算机的发展，有限元法的应用发展很快。但至今为止研究仍处于初级阶段。以上方法还未涉及动荷载的作用和影响问题，然而震动或地震作用对加筋土结构的影响是不容忽视的，国内外许多学者进行了模型试验，并且在试验基础卜作了理论分析，但所得理论结果只是作为一种观点，或只能做一些定性的讨论。由于土体本身的力学性质复杂多变，并且埋在土体内的拉筋有蠕变性和温度效应，具有复杂的应力、应变状态，再加上动荷载的影响，因此加筋土的设计尚未能完全依靠严密的理论分析方法去解决实际问题，理论还滞后于实践。许多加筋土挡土结构依靠经验或半经验公式，参照土力学原理及相关计算公式进行设计，使得有些设计偏于保守，浪费材料，工程造价大，没有发挥加筋土挡土结构固有的优点；而另一些挡土结构因设计或施工不合理而失稳破坏，酿成工程事故。

1.1.3加筋土挡土墙失稳类型

加筋土挡土墙是由面板、筋带和填料三部分所组成的复合结构，依靠填料与筋带的摩擦力来平衡面板所承受的水平压力，即保持加筋土挡土墙的内部稳定；并以这一复合结构去抵抗筋带、一般填料所产生的土压力、即起支挡作用，获得加筋土挡土墙的外部稳定。加筋土挡土墙的面板一般采用钢筋混凝土预制块件，厚度为8cm左右，形状可为十字形、六角形、L形、槽形等。墙顶和角隅可采用异形板和角隅面板。加筋材料是加筋土结构的关键部分，正是因为加筋材料的研究开发才使加筋土技术得以广泛应用和不断向前发展。加筋材料有扁钢带、钢筋混凝土带、聚丙烯土工带、钢一塑复合加筋带等等。加筋体填料最好采用一定级配的砂、砂类土，也可采用碎石土，中低液限粘性土、稳定土以及满足质量要求的工业废渣。一般不要采用高液限粘性土及腐殖土等不良土壤作填料。

加筋士挡土墙由面板、筋带和填料共同形成一种稳定的，并且有柔性的复合支挡结构。它不仅是自稳结构，同时还能够抵抗外部的土压力；加筋土结构维持其自稳结构的能力称为内部稳定性，加筋土结构作为支挡结构抵抗外部压力的能力称为整体稳定性，又称外部稳定性。所以，相应的加筋土挡土墙失稳类型也分为内部失稳和整体失稳。

1.1.3.1内部失稳

内部失稳形成的破坏形式有：拉筋开裂造成的断裂破坏，拉筋与填土结合力不足造成的拔出破坏，以及墙体过大变形引起的破坏。（1）拉筋开裂造成的断裂破坏：筋材沿筋带受到的拉力不是均匀分布的，根据大量的试验证实，筋材受到的拉力存在一个最大值点拉筋在墙处的拉力为最大拉力的0.75倍。由筋材最大拉力点的连线将填土区分为两个区，即活动区和稳定区。在活动区，填土有滑移的趋势，但被筋材的摩擦力所维系，剪应力朝外：在稳定区，剪应力被发挥作用，阻止筋材被拔出，方向向里，端点筋材拉力为零。（2）拉筋与填土结合力不足造成的拔出破坏：由于填土的压实度不够，以及筋带在锚固区内布置的长度不够，或是受水的作用等等因素的影响，造成了拉筋与填土之间摩擦力不够大，摩擦力小于拉筋的最大拉应力，使得拉筋从稳定区被拔出，形成了拔出破坏，造成了墙体失稳。（3）过大变形引起的破坏：由于筋材的刚度较低，变形较大，筋材的拉伸量过大，使得墙体产生较大的位移，造成变形破坏。

1.1.3.2整体失稳

整体失稳的形式包括：整体滑移，圆弧滑动，以及倾覆破坏。（1）整体滑移：加筋土挡土结构沿破裂面发生整体的移动，其破裂主要发生在加筋层下面。(2)圆弧滑动：加筋体连同部分地基一起沿一个圆弧面向前滑动，滑动面在挡土墙基础以下。 (3)倾覆破坏：墙体上部向外产生很大的位移，向外倾倒。

2.加筋土挡土墙失稳机理研究及加固方案选取

2.1工程概况

本课题是某立交桥挡土墙加固工程。该公路车流量大，运输任务繁忙。该桥全长700余米，走向为南北走向。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2.1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，墙体采用硅预制块加筋砌筑而成，硅预制块为330×500mm2的矩形块。

图2.1挡土墙断面图

自2000年以来，墙体出现变形，至2002年墙体变形严重：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；墙面硅预制块间缝隙明显，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。

2.2加筋土挡土墙失稳特征及原因分析

2.2.1加筋土档土墙失稳特征

加筋土挡土墙虽然建设时间、地点甚至具体设计参数不尽相同，但其失稳特征却十分相似，因此，加筋土挡土墙所出现的失稳问题不是个例而是具有普遍性。其共同的特征有：

2.2.1.1墙体外鼓

这种现象约占70%，主要有以下两种表现形式：①弧形外鼓，见图2.2(a)。调查发现，全国现有的加筋土挡土墙运行5年以上的，都不同程度地出现了墙体外鼓，路面两侧护栏内倾，且墙体越高，外鼓现象越严重，外鼓位移最大处一般发生在离地面高度的213处。②s形外鼓，见图2.2(b)。一般这种现象不是孤立出现的，而是伴随着弧形外鼓出现(例如104国道界河立交柳，其主要特征是总体仍属外鼓失稳，但在墙体中下部又出现另一外鼓现象。

图2.2加筋土挡土墙失稳的主要特征

2.2.1.2墙体外倾

这种现象约占30%，主要特征是墙体整体外倾，路边护栏外倾。见图2.2(c)。

2.2.1.3路面开裂

所有出现失稳现象的加筋土挡土墙，一般都伴随着路面开裂，严重者裂缝宽度达5-10mm，路面有无裂缝，是判别墙体是否整体失稳的最主要特征。

2.2.1.4拉筋与面板脱离

这是造成墙体面板局部单块滑落的主要原因。

2.2.2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。破裂面将加筋体分成活动区和稳定区，只有在破裂面后的稳定区的筋带才提供可靠的抗拔力，处于稳定区内的筋带的长度称为筋带的有效锚固长度。破裂面的确定，根据我国加筋土工程规范，采用0.3H简化的(或传统的)朗金型，如图

2.3所示。破裂面在墙的下部接近朗金理论破裂面，上部则与墙面近似平行，交顶面距墙面板0.3H处(H为墙高)。

图2.3简化的朗金型破裂面

设加筋体中第i层加筋所受拉力为Ti,Tj的计算如下：

Ti=KiWiSxSy式（2.1）

式中：Ki―深度为Zi处的土压力系数；

Wi―第i层加筋材料所受的法向压力(kPa)

SxSy一加筋的水平，竖直间距(m)；

2.2.2.1筋带的强度不够

当筋带所受到的拉拔力T超过筋带的抗拉强度时，筋带破坏，发生失稳。这种墙体失稳破坏一般发生在非金属筋材中，如聚丙烯等聚合物。由于时间因素、地下水因素以及生物因素等的影响，筋带老化，或者是有些筋带质量不好，筋带的强度降低，局部被拉断，造成墙体失稳。随着加筋材料的不断发展，越来越多的高强度、高模量、耐腐蚀、抗老化、寿命长的材料应用于挡土墙的拉筋。例如：高强聚丙烯筋材、CAT钢塑复合拉筋带。所以由拉筋质量引起的失稳问题会逐渐解决。

2.2.2.2筋带与填土间的似摩擦系数过小引起的失稳

摩擦系数，是反映筋土间摩擦阻力的一个综合参数，不纯粹是一般材料间的滑动摩擦系数，所以给出了似摩擦系数的概念。影响摩擦系数的参数较多，与拉筋所受的法向应力有关，还与土的成拱作用、填土的密度、填土的压实度、拉筋的变形性能、填土与拉筋表面上的抗剪力等因素有关。另外，有些聚合物筋材在施工铺设时不够平展，有弯曲，也会使筋材受拉后承载力低，变形大，使局部发生变形破坏。还有在施工时，在铺设好的筋材上行走重型机械等，造成了筋材的机械损坏，使筋材受到的拉应力在破损处产生应力集中，造成筋材承载力下降，最终被拉断。

2.2.2.3设计的依据不够科学、合理、完善

加筋土挡土墙技术是一门较新的土工技术，虽然发展很快，但由于加筋土结构力学性质复杂多变，影响似摩擦系数f，的因素很多，应力分布规律复杂；再加上与时间有关的蠕变效应以及与温度变化有关的温度效应，使得对挡土墙的力学分析和工程设计很难有完善、完美的理论依据。所以在设计中，基本原则是以岩土力学原理为基础，结合加筋土工程的具体条件建立实用分析方法，配合工程实践得到的经验或半经验公式，或利用模型和试验来解决实际问题。

2.3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。

该桥位于特殊的环境中：西侧有一与之平行的小河，墙距河岸仅2.5米左右，如图2.1所示。这就给一般的加固方案带来了巨大的困难，甚至无法实施。并且桥上车流量大，如果施工方案不当，还会影响交通，造成交通上的经济损失。

2.3.1在挡土墙外加扶壁的方式进行加固档土墙

如果在挡土墙外加扶壁的方式进行加固挡土墙，势必影响河道流水，这样就涉及了河道改造，工程量巨大。此问题在建桥时已经论证，正因为扶壁式挡土墙或者是人工土坡加植被的方式都涉及河道改造的问题，工程量巨大，所以未能采用，而是设计为直立式挡土墙。此方案不可取。

2.3.2在挡土墙侧面新建重力式挡土墙

重力式挡土墙的特点是体积大，靠自重保持稳定性。该挡土墙的结构简单，施工方便，可就地取材；缺点是工程量大，沉降大，且不适合较高的挡土墙(一般

2.3.3在挡土墙侧面新建悬臂式档土墙

悬臂式挡土墙的特点是体积小，利用墙后基础上方的土体重量保持稳定性。该挡土墙结构简单，工程量小，自重轻。基础的墙踵板承受一部分填土的重量保持墙稳定；同时，基础的墙趾板州申一部分，可以增大墙体抗倾覆能力。但这种墙的钢材消耗量比较大，且施工技术比较复杂。且基础伸到河道里，稳定性不好，容易滑移，倾倒。

2.3.4拆除原挡土墙重建

拆除原挡土墙重建的工程量要比直接新建挡土墙的工程量还要大。其工程量也是巨大。不仅如此，重新修建还造成交通中断，无法通车；同时拆除的废石还要有地方堆放，又增加了工程垃圾。经济上极不合理。

2.3.5高压注桨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。

3.高压注浆及锚固机理分析

3.1锚杆锚固基本原理

传统的锚杆的力学作用主要认为：①、“悬吊”作用。②、组合梁作用。③、挤压加固。

3.1.1“悬吊”作用原理

“悬吊”作用理论认为，锚杆支护是通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊在深层稳定的岩土体上，以防止其离层滑脱。锚杆的这种作用称为“悬吊”作用。

3.1.2组合梁作用原理

组合梁作用原理是对层状介质的锚固体提出的。这种原理认为，锚杆的作用是将层状岩体锚固在一起，形成一种组合梁(简支梁或悬臂梁)。如果没有锚固作用，层状岩体只是简单地叠和在一起。由于层间抗剪力不足，在荷载的作用下，单个梁均产生各自的弯曲变形。若用锚杆将它们紧固成组合梁，各层板便相互挤压，层间摩擦阻力大为增大，内应力和挠度大为减小，于是，就增加了组合梁的抗弯刚度。锚杆提供的锚固力越大，各岩土层间的摩擦阻力越大，组合梁整体化程度越高，抗剪能力也就越强，其强度也越大。

对于土体锚固，土体本身的抗剪能力非常小，抗拉能力更小，从而不会形成梁的作用，没有层状岩体的梁的作用，锚固后也不能形成组合梁的作用。对于土体预应力锚杆，基本不发挥组合梁作用。

3.1.3挤压加固作用原理

兰格(T.A.Lang)通过光弹试验，验证了锚杆的挤压加固作用。当他在弹性体内安装了具有预应力的锚杆时，发现在弹性体内形成了以锚杆两头为顶点的锥形压缩区；若将锚杆以适当的间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区重叠，便形成一定厚度的连续压缩带。

锚杆的锚固原理与锚杆参数、锚固体(岩土体)结构以及岩土工程类型密切相关。对于某一锚固工程，其锚固机理并非孤立存在，往往是几种作用同时存在，并综合作用，只不过在不同的地质条件下，不同的锚杆参数，某种作用占主导地位罢了。对于土层预应力锚杆，锚杆的锚固原理主要是“悬吊”作用和挤压加固作用。

3.2高压注浆加固土体的作用机理

注浆法是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂隙或孔隙，旨在改善灌浆对象的物理力学性质，以适应各类土木建筑工程的需要。注浆法按灌浆功能可以分为防渗灌浆、加固灌浆和基础托换灌浆等。无论哪一类灌浆，其实质都是为了减少土体的渗透哇以及提高土体的力学强度和抗变形能力。

锚杆的锚固段指的是拉筋与浆体紧密结合在一起的部分，通过它传递荷载至土中，起到抵抗侧向土压力的作用。其施工方式为，首先向孔中注入一次浆液，初凝以后再通过注浆管利用高压注浆泵将杆体周围的一次浆体冲开，这样不仅能达到加固周围土体的目的，还可以增大锚杆的锚固段侧面摩擦阻力，从而增大锚杆的极限承载力。

3.2.1注浆加固作用机理

岩土加固灌浆的实质在于：①改善被灌介质的现有性质；②从根本上改变被灌介质的物理化学状态，从而在被灌范围内产生一种新的物质。

注浆之所以能达到上述目的，主要依靠下述三种作用：

(a)化学胶结作用。不管是何种浆液，都具有能产生胶结力的化学反应，把分开的岩石或土体连接在一起，从而使岩土的整体结构得到加强。本工程采用纯水泥浆，其化学胶结作用可以描述如下水泥与水拌和以后，首先产生铝酸三钙水化合物和氢氧化钙，它们可以溶于水，但溶解度不高，很快就达到饱和，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。

(b)惰性填充作用。填充在填土空隙中的浆液凝固后，因具有不同程度的刚性而能改变土体对外力的反映机制，使土体的变形受到约束。

(c)离子交换作用。浆液在化学反应过程中，某些化学剂能与土体中的元素进行离子交换，从而形成具有更加优良性质的新材料。

3.2.2高压注桨对提高锚杆承载力作用形式

通过高压注浆，浆液对一次常规注浆形成的圆柱形锚固体产生劈裂充填作用，在圆柱形锚固体外形成新的锚固体一异形扩体，此时，锚固体剪切滑面不是原来的圆柱体，而是不规则的曲面，滑面内外均受灌浆影响，特别是劈裂注浆改变了滑动曲面处土体的物理力学性质，从而提高锚杆承载力。

3.2.3高压劈裂注桨作用机理

劈裂灌浆是指在相对较高的压力作用下，浆液克服土体的初始应力和抗拉强度，引起土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于最小主应力面上发生劈裂，使土体中原有的裂隙或空隙增大、浆液的可灌性和扩散距离增大。

3.2.3.1高压注浆的劈裂作用过程

试验表明，劈裂注浆是一个先压密后劈裂的过程。浆液在土体中流动分为三个阶段：鼓泡压密阶段、劈裂流动阶段和被动土压力阶段。

在第一阶段，可以近似地用弹性理论的平面应变问题来求解径向位移，以便估计土体的压密变形情况。

4.喷网锚技术分析

4.1锚杆参数的选定

初步计算出锚杆的参数如下：

4.1.1预应力锚杆锚固力确定

预应力锚杆的极限锚固力要足够大，以满足预应力的长久保持，减少蠕变引起的应力损失。一般情况设计的预应力是锚杆极限锚固力的一半，这样预应力可以长久保持，而不发生塑性变形。根据加筋土挡土墙高压注浆锚杆的抗拔力试验，拉力达到326kN时，仍没有明显的塑性位移，且卸载后，锚头基本回复原位。这表明锚杆仍处于弹性变形阶段，仍具有很高的承载力。因此，预应力初步设计为140kN，考虑到预应力在施加的初期有少量的损失，拉拔力定为160kN最后预应力保持在140kNa。

4.1.2锚杆长度及倾角的确定

先确定锚固段长度。锚固段长度的大小影响锚杆所能提供的锚固力的大小，锚固段长度太小则锚固力不够；但是，一味地加长锚固段也不能有效地提高锚固力，因为锚固段的应力分布是不均匀的，浅部应力大，深部应力小，深部的锚固段没能有效地发挥作用，所以相应的锚固力也没有提高。

锚杆的锚固力取决于两个方面，一是锚杆的钢筋与水泥浆体之间的握裹力的大小，二是水泥浆体与岩土体之间的摩擦阻力。由于目前多使用螺纹钢等表面有凸凹的钢材，再加上水泥浆多为标号高的水泥浆；且水泥浆体和钢筋的材料强度和均匀性较为稳定，使得钢筋与水泥浆体之间的握裹力都很大，也无大的变化，水泥浆体与钢筋之间的握裹力一般为水泥抗压强度的10%。这样浆体与钢筋之间的握裹力远大于浆体与岩土体之间的摩擦阻力，尤其是土层锚杆，所以锚杆的锚固力主要取决于浆体和土层之间的摩擦阻力。这里主要计算浆体与土层之间的摩擦力来确定锚杆的锚固段长度，锚杆直径取90mm。计算如下：

（式4.1）

其中：K2一安全系数，取1.6；

P一预应力，160kN；

D一钻孔直径，90mm；

a一折减系数，取0.85；

一水泥浆体与孔壁的粘结强度，=0.2MPa。

计算后得：L=5.33米。取锚固段长度为6米。

其次确定锚杆的自由段长度。设计一定长度的自由段是为了确保锚固段能够位于稳定的岩土体中；同时保证锚固段受到拉后引起的岩土体移动，不影响墙体。对于下部12米长的锚杆，自由段确定为6米；上部10米长的锚杆，自由段确定为4米。

锚杆的倾角一般根据最优锚固角、施工条件以及结构体本身的要求确定。要使锚固力大，保证锚固效果好。

4.1.3锚杆间距的确定

锚杆间距要考虑在施加预应力时，锚杆间的相互影响小，否则在给某个锚杆施加预应力时，会使岩土体和墙面移动，使相邻的锚杆的预应力损失较大，也就是会造成对相邻锚杆的卸载。根据预应力锚杆相互影响的测试试验，同一排锚杆相互影响比排跟排间的影响要大，即锚杆横向相邻的影响较大。锚杆横向间距设计为2.5米，排间距设计为2米。

4.2挂网喷浆设计

4.2.1挂网喷浆的目的

在挡土墙侧面按设计布置一定网度的锚杆，来提供一定的锚固力，限制墙体外移，起到加固的作用。但是，每个锚杆提供的是一个“点力”，也就是说是一集中力：而被加固的墙体是一个很大的平面，所以要将锚杆的“点力”转化为面力作用在整个墙体才能起到整体的加固作用，以此来维持整个墙体的稳定。解决这个问题的方法是通过挂网喷浆，即：挂钢筋网、喷射混凝土形成钢筋混凝土墙面板。锚杆的锚固力作用在钢筋混凝土面板上，然后通过面板作用在整个墙体上。

在大面积的喷网锚加固工程中，如边坡、挡土墙、地下厂房等，在岩土体表面挂网喷浆所形成的钢筋混凝土结构的力学机理也有所变化。最初的矿山巷道支护的喷网结构主要是靠钢筋或钢丝绳与混凝同作用形成“兜”的作用，象网兜似的将岩石兜住，给岩石一定的围压，使其处于三向受压状态；在大面积的喷网锚工程中，单靠“兜”的作用很难使整个岩土体都保持稳定，而是在岩土体表面挂网喷浆形成一钢筋混凝土面板，靠板的作用给岩土体施加侧压，加固岩土体。日前随着锚固技术的发展和广泛应用，喷层的厚度也逐渐加厚，由最初的50-100mm增加到目前的100-250mm.为此就要分析面板受力后的应力分布，以确定混凝土面板中合理的钢筋网的位置，以提高混凝土面板的稳定性。

4.2.2钢筋网的布置

由正应力的计算公式可知弯矩为正时，面板的内板面受拉；弯矩为负时，面板的外板面受拉。所以在锚头附近面板的内板面受拉；在远离锚头的其它位置，面板的外板面受拉，且在锚头处弯矩最大。混凝土的抗压强度高，抗拉强度很低，拉应力主要由钢筋承受。钢筋网应布置在板面受拉的一侧，因此根据应力的分布，钢筋网在板内的合理布置为：以弯矩等于零处为分界点，正弯矩的部位钢筋网布置在靠近内板面侧，负弯矩的部位钢筋网布置在靠近外板面侧，钢筋在板的断面上呈S形分布。虽然这样布置是最合理的方式，显然其施工起来是很困难的。对此我们采取了相应的措施：整个钢筋网靠近面板外侧布置，由于在锚头处弯矩最大，在锚头附近受拉侧再加一层钢筋网，承受拉应力，形成双层钢筋网。本工程中锚杆水平间距2a=2.5m；竖直间距2b=2m，计算最后确定在锚头处0.6m的范围再加一层矩形钢筋网，承受拉应力，并且在此范围将混凝土喷层的厚度加厚至150mm.

4.3预应力损失控制

4.3.1预应力损失的原因分析

造成预应力损失的原因很多：

4.3.1.1岩土体变形对预应力的影响

岩土体在荷载作用下所发生缓慢的压缩变形是预应力损失的主要因素之一，恒定的荷载作用，多数岩土体表现出不同程度的应力松弛现象。应力松弛持续的时间与岩土体强度有关，还受到所施加预应力值大小的影响。预应力一时间实测曲线表明，由于岩土体的变形导致的预应力损失一般在10天内呈现明显的变化，而后出现缓慢的变化

4.3.1.2张拉锁定时预应力的影响

锚杆施加预应力时，采用拉拔机进行拉拔，然后把锚头上的螺栓上紧，最后卸调拉拔机。在锁定施工时，由于螺栓以及垫板的变形等影响，锚头会产生一定量的回缩，也会使预应力有少量的损失。

4.3.1.3钢材松弛对预应力的影响

由于钢材在预应力作用下会发生变形，从而产生松驰损失。所谓松驰损失是指在预应力结构中，在钢材长度不变的情况下，随着时间增长将引起的内部应力损失。这种松弛损失量随着钢材的受荷状况而变化。当对钢材施加的应力等于其强度的50%时，这种松弛损失量可以忽略不计：但是，随着载荷的增大，这种损失量也会迅速加大。所以，施加的预应力一般要求不超过钢筋抗拉强度的65。另外，松驰损失在张拉后初期几分钟内发展最快，在24h后约完成80%，大约20d以后，基本上已不再发展。

4.3.1.4混凝土徐变对预应力的影响

在长期荷载作用下混凝土也有徐变特性，不过由于完整性好，在预应力锚固工程中混凝土尺寸较小，所以混凝土徐变引起的预应力损失较小，一般不超过30%.

4.3.1.5锚墩沉陷对预应力的影响

出于加固后加筋土挡土墙的安全需要，在加固设计方案中土层锚杆布置比较密集，致使相邻锚杆间在施加预应力时产生相互影响。在对其中的一个锚杆进行拉拔时，该锚墩会产生一定量的沉陷，从而引起表面墙体的移动，对其它相邻的锚杆产生了“卸载”作用。

4.3.1.6其它因素对预应力的影响

许多其它的因素也会引起锚杆预应力发生变化，例如，锚固介质受到冲击或锚固结构的荷载发生变化或波动，以及温度的变化等等。有时这些因素的作用会使锚杆的应力有.所增加。

4.3.2二次张拉补偿预应力

锚固作用效果可改变岩体应力状况。材料的变形和破坏多数与岩体内部的应力状态有关，而预应力锚固可对岩体施加围压，改变岩体的应力状态，提高岩体的弹性模量和强度。此外，锚杆施加了预应力后，其寿命可大大提高，尤其是受动荷载影响的锚杆，其预应力越大，抗冲击的能力也越强。所以预应力的保持对锚固效果很重要。

5、结论

(1)挂网喷浆形成的钢筋混凝土面板，起着将锚杆的点力转化为面力的作用，是维持整个墙体稳定的重要组成部分之一，在喷锚网工程设计中是不能忽视的一部分。本文析了钢筋混凝土面板的受力，将其视为弹性力学中薄板弯曲问题，经过反复试验，找出了一个能够满足全部应力边界条件和应变边界条件的位移函数。通过此位移函数分析，得出了面板中应力分布规律，并且在工程中采取了相应措施，使得混凝土面板中钢筋网布置更加合理，面板的稳定性得到了提高，实践后效果良好。

(2)加筋土挡土墙失稳主要原因之一是筋带受到的摩擦阻力提供不了足够大的抗拔力，使得筋带被拉出，土的加筋作用没得到充分发挥。造成这一结果的原因主要是填土压实度不够，再加上超载和震动的影响。

(3)通过现场拉拔实验，发现一次拉拔效果并不是很好，预应力损失较大，不能使设计的预应力值长久保持。造成预应力损失的因素很多，包括土体蠕变、锚头处应力集中、锚杆间相互影响等等因素。采用了二次补偿拉拔的方法弥补预应力损失，经过现场实验表明，经过二次拉拔后预应力损失大大减小，设计的预应力值可以长久保持。

提出了确定锚固力的合理方法。使预应力不超过锚杆极限锚固力的一半，预应力损失较小，二次补偿拉拔后预应力可以长久保持。是既经济又可靠的锚固力值。

(5)目前国内外岩土界广为应用的FLAC有限差分程序为岩土工程数值分析提供了有效手段，用它来进行辅助设计和分析有无可比拟的优越性。通过FLAC数值模拟分析，其结果基本与现场实际情况一致。因此，FLAC数值分析可以作为一个锚、喷、网联合加固方法设计的一个重要手段。

参考文献：

[1]何光春.加筋土工程设计与施工【M】.第一版.北京：人民交通出版社，2000.

[2]杨果林，肖宏彬.现代加筋土挡土结构[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

[3]刘伟，马文奎，孙领.加筋土挡土墙的应用[J].水利科技与经济.2002.8(1).

[4]王健，‘加筋土挡土墙在道桥工程中的应用[J].北京建筑工程学院学报.2002.18(3).

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采用浇水养护的同时覆盖塑料薄膜,既防止了混凝土水份蒸发,也避免了因表面脱水而产生干缩裂缝,养护时间不少于15d。

图2施工缝构造处理大样

3.“JS”复合防水涂料涂覆

本工程待墙体围护结构施工完成后,地下室外墙面施工防水涂料,将“JS”复合防水涂料涂覆在围护结构的外表面,最后采取保护措施的方法。基层干澡后,及时安排施工人员进行人工清底找平,以保证基底标高准确,待监理复核同意后,涂刷水泥胶一遍,不可过厚或过薄,起到基层防潮作用。

(1)配合比控制：配料按液料：粉料=1∶1.5的比例,对液料边搅拌边加粉料,加完后还需要机械充分搅拌5min才可。

(2)涂覆要求：用滚子或刷子涂覆,按打底层下涂层中涂层上涂层的次序逐层涂覆;若涂料有沉淀应随时搅拌均匀后再涂;涂覆要力求均匀,不能局部沉积,涂料与基层之间不能留气泡,粘结严实;各层之间的时间间隔以前一层涂膜干固不粘手为准;每层涂覆必须按规定用量下料,切不能过厚或过薄。如果防水层厚度不够,可加涂一层或数层,从而达到平整,无酥松、空鼓、裂缝。

四、各部位防水施工

(1)大面积的防水施工：底板及侧墙属大面积的防水施工,操作时先在基层表面涂刷水泥胶一遍,厚度约为0.3mm,干后涂刷JS复合防水涂料,涂覆要求同上。每遍涂刷应纵横交错施工,然后在完成面撒一层石米或粗砂。

(2)承台底、桩头的防水施工：在桩头处涂刷-层聚合物水泥基渗透结晶型防水涂料,再设置一条遇水膨胀止水条,使整个底板的防水层完全封闭,连续性更有保障,防水性能大为增强。(3)后浇带的防水施工：如果正常完成JS复合防水涂料后,还可以再增设一道宽2.2m、厚3mm的SBS改性沥青防水卷材,长度是底板加剪力墙高度。完成防水保护层后,回填砂垫层,以防防水层造成破坏。

五、总结

综上所述,本工程在进行地下室防水施工过程中,严格按照施工图施工验收规范进行施工,严控每道工序质量,采用先进施工工艺技术,在提高施工效率和降低建设成本的基础上,提高了工程质量,降低了质量通病,从而取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]徐兵成.某高层建筑地下室防水设计与施工[J].山西建筑,2006(5).

[2]高明栋,叶.建筑工程的防水施工[J].科技信息,2007(5).