公路立交引道加筋土擋土墻的設(shè)計與應(yīng)用

袁 報

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250012)

0 引言

加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)具有占地少，施工簡便，地基承載力要求低，抗震性能好，造型美觀沒有環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)效益好等諸多優(yōu)點(diǎn)。下面僅以藍(lán)煙線K15+655即墨市太祉莊公路平交改立交引道工程為例，淺談土工格柵加筋擋土墻結(jié)構(gòu)在路基工程的設(shè)計與應(yīng)用。

1 工程概況

本工程位于即墨市移風(fēng)店鎮(zhèn)太祉莊附近。既有即墨至移風(fēng)店鎮(zhèn)公路，與藍(lán)煙鐵路在鐵路里程K15+655處平交叉，平交道口寬5 m，為監(jiān)護(hù)道口，現(xiàn)已拆除，改為公路立交上跨鐵路。本工程為公路立交橋兩側(cè)的引道收坡而設(shè)。

段內(nèi)上覆第四系人工填筑土，厚度為0.4 m～3.2 m，以粉質(zhì)黏土為主;含姜石粉質(zhì)黏土;下伏基巖為全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(W4)、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(W3)。表層人工填筑土物理力學(xué)指標(biāo)較低:C=10 kPa，φ =25°，［σ］=150 kPa。

因?yàn)榧咏钔辆哂胸Q直邊坡，比一般填土地基承載力要大一點(diǎn)，相比剛性擋土墻要低，一般要求［σ］=150 kPa，下沉量與擋墻高度之比小于1%，對于軟土、不穩(wěn)定邊坡、鹽漬土和變電所附近，因其沉陷量、滑移量過大，或是對筋帶、鋼條有電化學(xué)腐蝕作用，均不宜使用加筋土。有水流沖刷的基礎(chǔ)也必須有防護(hù)。注意防止面板與填方不均勻沉陷。基礎(chǔ)用漿砌片石，每10 m～15 m留一沉降縫。

綜合考慮，太祉莊公路立交橋兩側(cè)引道設(shè)加筋土擋土墻，以適應(yīng)兩側(cè)無放坡條件和收坡少占地的狀況。

2 設(shè)計依據(jù)

1)設(shè)計依據(jù)為GB 50290-98土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范、JTJ/T 019-98公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范、JT/T 480-2002交通工程土工合成材料——土工格柵。2)填料的重度和綜合內(nèi)摩擦角分別按γ=19 kN/m3，φ=30°考慮;設(shè)計使用年限按50年考慮;坡頂附加荷載按30 kPa考慮。拉筋拉力峰值安全系數(shù)K=2.0、材料強(qiáng)度安全系數(shù)Kc=4。

3 土工格柵加筋擋土墻設(shè)計［1-3］

3.1 墻面板

墻面板的作用是阻擋填土被擠出、坍塌，迫使拉筋、填料、面板三者構(gòu)成一個整體。國內(nèi)均用C20混凝土或加筋的預(yù)制板，其形狀主要有矩形、十字形、六邊形等幾種。墻面板應(yīng)預(yù)留泄水孔，當(dāng)墻后填筑細(xì)粒土?xí)r，應(yīng)設(shè)置反濾層。板的面積通常小于1.5 m×1.5 m。在城市附近的鋪面板還可以加上花盆或其他藝術(shù)上的處理，與周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)。路肩墻上加帽石及欄桿。

3.2 填料

填料一般宜采用滲水性的砂石、碎石土(卵石土、碎石土、礫石土)作填料，隨鋪設(shè)拉筋層壓實(shí)。條件困難時采取相應(yīng)的工程措施，保證結(jié)構(gòu)的安全。基床以下細(xì)粒土填料的壓實(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9，細(xì)粒土含量不大于25%，粒徑宜小于6 cm、大于10 cm應(yīng)除去，以免壓壞筋帶。最上層拉筋的填土厚最少40 cm，保證有足夠的正壓力。

3.3 拉筋

拉筋在加筋土擋土墻中起著控制作用，必須具有足夠的抗拉強(qiáng)度、較好的柔性和韌性;拉筋與填土之間有較大的摩阻力;拉筋要便于加工制作、造價低廉，與面板連接必須牢固可靠，且有較好的耐腐性能。

3.4 帽石

帽石起固定和約束面板的作用，同時用以安裝欄桿。

3.5 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)用混凝土灌注或漿砌片石砌筑。一般為矩形，高0.25 m～0.4 m，寬0.3 m ～0.5 m，頂面可作一凹槽，以利于安裝底層墻面板。對于軟弱地基除需處理外，基礎(chǔ)尺寸宜適當(dāng)加大。基礎(chǔ)的埋置深度尚應(yīng)考慮凍結(jié)深度、水流沖刷等情況。

3.6 沉降縫與伸縮縫

沉降縫與伸縮縫沿長度方向，結(jié)合地質(zhì)條件和墻高變化，每隔10 m～15 m設(shè)置一道沉降縫，兼作伸縮縫。

3.7 計算

根據(jù)法國學(xué)者Juran博士和F.Schosser(1978)教授的實(shí)驗(yàn)和推論，加筋區(qū)內(nèi)的破裂面在下半部為通過墻踵的對數(shù)螺線，上半部分與墻平行，和墻面板的距離約0.3H。擋墻上半部正負(fù)剪力正在此處變更。

為簡化計算，視上半部破裂面為平行于墻面的直線，下半部用破裂角為45°－0.5φ的破裂角代替。土壓力的計算按照《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:上半部0.5H墻高采用靜止土壓力，下半部均用墻高0.5H處的靜止土壓力，由荷載產(chǎn)生的壓力另計。

拉筋長度分為兩段，在主動區(qū)即最大拉力面以內(nèi)l0稱為無效長度，由下式計之:

在上半部:

在下半部:

其中，H為墻全高;zi為自路面至計算點(diǎn)的深度。

在彈性區(qū)內(nèi)的長度le(m)稱為有效長度，在此區(qū)內(nèi)起錨固作用，其計算公式按抗拔安全要求計算得:

其中，F(xiàn)s為安全系數(shù)(Fs=2);n，b為筋帶的條數(shù)即寬度，m;f為填料和拉筋的摩擦系數(shù)(由實(shí)驗(yàn)決定，一般f=0.3～0.4);σn為法向應(yīng)力(包括自重應(yīng)力和附加應(yīng)力，kPa);Ti為在zi處拉筋所受的拉力，kN。

σn和Ti由下式計算:

筋帶抗拉安全系數(shù):

式中:q——超載，kPa;

i——層數(shù);

Rt——拉筋抗拉強(qiáng)度，kPa;

Sy——拉筋豎向間距，m;

Sx——拉筋橫向間距，m;

γ——土的體力，kN/m3;

K0——靜止土壓力系數(shù)，K0=1 － sinφ。

筋帶全長:l=l0+le。

當(dāng)墻頂為水平填土?xí)r，拉筋的最小長度應(yīng)為:

自頂端至0.5H 高處，lmin=0.7H。

自底端至0.3H 高處，lmin=0.4H。

上式中包括拉筋的無效長度在內(nèi)。在0.4H～0.7H間筋帶的最小長度可取平均值。

加筋擋土墻整體穩(wěn)定性，是將墻身作為一個剛體，同重力式擋墻一樣，計算其抗滑動和傾覆穩(wěn)定性、地基承載力、地基沉降量和深層滑動穩(wěn)定性。

4 工程措施

1)GK0+036.95 ～ GK0+187.10 長 150.15 m，GK0+258.94 ～GK0+399.08長140.14 m，兩側(cè)設(shè)塑料格柵加筋土擋土墻。筋材采用EG65R，EG130R，EG170R聚乙烯單向土工格柵，其有效幅寬為1.0 m。抗老化指標(biāo):碳黑含量應(yīng)不小于2%，粒徑為20 nm，分散均勻。

2)GK0+258.94～GK0+306.94 段，長 48 m，加筋土擋土墻基礎(chǔ)處為人工開挖坑槽，施工時應(yīng)先抽干積水，然后底層1 m厚范圍采用滲水土分層填筑，并采用重型機(jī)械碾壓，其余采用合格C類土分層填筑，換填土層的承載力必須達(dá)到［σ］=200 kPa。

3)擋墻墻頂設(shè)置現(xiàn)澆C20混凝土帽石，帽石飛檐寬度0.1 m，分段長度為2塊～4塊板面。為與其上防撞墩相連，帽石內(nèi)應(yīng)預(yù)埋鋼筋。帽石底面水平，頂面高程與路肩高程相同。

4)墻面板下設(shè)現(xiàn)澆C15混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的頂面、底面水平。

5)墻面板內(nèi)側(cè)設(shè)0.3 m厚的砂卵石反濾層，下設(shè)0.3 m高粘土隔水層。

6)墻身縱向每隔10 m設(shè)1 cm寬的伸縮(沉降)縫，并滿塞瀝青木板。

5 施工注意事項(xiàng)

1)墻面板采用C20混凝土預(yù)制塊，其內(nèi)預(yù)埋連接土工格柵，細(xì)部結(jié)構(gòu)詳見墻面板結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。擋墻墻面設(shè)1∶0.05的胸坡坡率，為確保墻面平順整齊，面板掛線安裝，其仰角應(yīng)在擋墻設(shè)計胸坡坡率的基礎(chǔ)上再預(yù)留2%的后仰度，施工過程中應(yīng)對墻面位移進(jìn)行適時監(jiān)測(每100 m設(shè)2個以上測點(diǎn))，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整施工工藝，以確保竣工后墻面坡率保持在設(shè)計范圍內(nèi)。預(yù)制時應(yīng)標(biāo)明預(yù)制塊的上下，安裝時不能將上下方向倒置，嚴(yán)禁因安放方向錯誤使墻面前傾。

2)拉筋與面板預(yù)埋格柵連接(HDPE連接棒交叉穿入格柵檔條)時，拉筋應(yīng)完整連續(xù)無破損和接頭。拉筋鋪設(shè)前，應(yīng)先填土碾壓至拉筋所在高程，形成自墻面板向路基中心方向有1%～3%仰坡的平整壓實(shí)平面。鋪設(shè)格柵時，應(yīng)充分拉直、展平、張緊。

3)加筋土體內(nèi)的填料必須分層填筑，分層碾壓。當(dāng)采用砂類土(細(xì)砂、粉砂、黏砂除外)、礫石類土及碎石類土?xí)r，其相對密實(shí)度Dr不應(yīng)小于0.7;若采用細(xì)粒土，其壓實(shí)系數(shù)Kh不小于0.89。加筋土體填料粒徑不應(yīng)大于0.1 m，與土工格柵接觸部分的填料中不應(yīng)含有尖銳棱角的塊體，填料最大粒徑不宜大于單層填料壓實(shí)厚度的1/3，填料的含水量應(yīng)控制在最佳含水量的－3% ～+2%以內(nèi)。重型的碾壓機(jī)械距面板距離不得小于1.5 m，板后1.5 m范圍內(nèi)宜用小型機(jī)械壓實(shí)或人工夯實(shí)，禁止采用羊角碾。

4)條形基礎(chǔ)和帽石為現(xiàn)場澆筑，面板嚴(yán)格按設(shè)計尺寸進(jìn)行預(yù)制。需要25 cm×25 cm尺寸的面板時，可以采用Ⅲ型面板切割制作。

5)基底換填應(yīng)分層鋪填、分層壓實(shí)。墊層的質(zhì)量檢驗(yàn)必須分層進(jìn)行，每碾壓完一層，應(yīng)檢驗(yàn)該層的平均壓實(shí)系數(shù)。壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于 0.94。

6)盡量避免在雨季和冬季施工。

6 結(jié)語

藍(lán)煙線K15+655太祉莊公路立交引道加筋土擋土墻目前已經(jīng)竣工通車，運(yùn)營情況良好。施工中控制填料的含水量很關(guān)鍵，決定整個加筋土擋土墻施工工期。本線在填筑過程中，由于處于雨季，填料含水量過大，壓實(shí)較困難，出現(xiàn)挖除重新碾壓之現(xiàn)象，施工中選擇合適的填料，做好排水非常重要，不容忽視。

［1］鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·路基［M］.北京：中國鐵道出版社，1992.

［2］TB 10025-2006，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］中交第二勘察設(shè)計研究有限公司.公路擋土墻設(shè)計與施工［M］.北京：人民交通出版社，2008.