加筋土擋墻的設(shè)計與應(yīng)用分析

摘要加筋土擋墻的組成，設(shè)計，經(jīng)濟分析，施工要點及原位觀測分析。

關(guān)鍵詞加筋土擋墻設(shè)計施工觀測

1與重力式擋土墻的經(jīng)濟比較

加筋土擋土墻的建設(shè)成本費用一般為重力式擋土墻的50~80%。一般而言，擋土墻越高，加筋土擋墻經(jīng)濟效益越明顯。墻高10米時加筋土擋土墻的造價約為重力式擋土墻的50%；墻高15米時加筋土擋土墻的造價約為重力式擋土墻的40%；墻高20米時加筋土擋土墻約為重力式擋土墻的30%~35%。若有推土、運土、碾壓機械配合，工期明顯較重力式短。

2 加筋土擋土墻的構(gòu)件

加筋土擋土墻起到了與重力式圬工結(jié)構(gòu)、扶壁結(jié)構(gòu)、沉箱結(jié)構(gòu)等形式的墻體同樣的作用，一般由基礎(chǔ)、面板、拉筋帶、填料四部分組成。

2.1基礎(chǔ)

在工程中一般使用土壓力盒量測基底壓力和墻面土壓力，鋼筋計量測拉筋條應(yīng)力，沉降杯量測填土沉降量，電阻應(yīng)變片量測鋼筋帶的應(yīng)力，經(jīng)緯儀和墻面水平位移觀測標尺量測墻面水平位移。

2.2面板

面板大多數(shù)是鋼筋混凝土板，混凝土標號不低于C25。

2.3拉筋帶

拉筋帶目前應(yīng)用的有五種，一是鋼帶，二是鋼筋混凝土板帶，三是聚丙烯條帶，四是復(fù)合土工帶，鋼—塑復(fù)合土工帶和玻璃纖維復(fù)合土工帶，五是土工格柵、土工格網(wǎng)和復(fù)合土工布。

工程中經(jīng)常使用的鋼塑帶（CAT帶），可滿足填土工程水平位移小、沉降量低的要求。以2%變形時的強度值為控制值，不超過其破斷荷載的1/3。

2.4填料

加筋土擋土墻填料一般要求為透水填料，近幾年的實踐表明，除膨脹土、軟土、泥炭類土、白堊土、可溶鹽類土等工程性質(zhì)很差的土不宜作為填料外，大多數(shù)擋土墻附近的土都可作為填料。

3設(shè)計

加筋擋土墻的設(shè)計內(nèi)容，包含整體穩(wěn)定、外部穩(wěn)定及內(nèi)部穩(wěn)定三部分。

3.1整體穩(wěn)定就是邊坡穩(wěn)定，采用圓弧法計算墻整體的抗滑穩(wěn)定性，根據(jù)已有的地質(zhì)資料，采用總應(yīng)力的瑞典條分法。在求滑弧上的下滑力時，與一般的邊坡計算無異；當滑動弧把整個加筋體包含在內(nèi)時，滑弧上的抗滑力，與一般的邊坡計算無異；當滑動弧穿過加筋體時，須考慮圓弧之外的筋帶所提供的抗滑力，抗滑力取筋帶抗力及其所受錨固力的小者。

3.2在規(guī)范中，外部穩(wěn)定計算中，把筋體范圍內(nèi)的整個加筋土體視為一剛性“墻體”，但“墻”底實際上是柔性的，按剛性墻體的計算方法計算地基反力，計算的 max值必將較實際的 max偏大。

3.3內(nèi)部穩(wěn)定主要是筋帶強度驗算及筋帶抗拔驗算，按照規(guī)范[1]內(nèi)部穩(wěn)定采用應(yīng)力分析法。一般而言，墻體上部的筋帶數(shù)量及長度由抗拔控制，下部的筋帶數(shù)量及長度由強度控制；筋帶根數(shù)由強度控制，筋帶長度由抗拔控制。恒載下，抗拉力由筋帶強度控制。規(guī)范[1]規(guī)定在計算活載效應(yīng)時，只考慮其產(chǎn)生的水平應(yīng)力，而不考慮其產(chǎn)生的豎向應(yīng)力，這使得上層筋帶的抗拔總是在筋帶長度很大時才能得到滿足。

4后期觀測

4.1基底壓力

可由土壓力盒測得基底土壓力，一般埋設(shè)在最大墻高地段，間距10米。

4.2墻面的土壓力

由不同高程的多個土壓力盒測得墻面土壓力。一般在墻高一半的位置，觀測土壓力較朗金土壓力小一半，該點附近墻的位移最大，一般可達1%~2%墻高，即通常所說的“鼓肚”現(xiàn)象，導(dǎo)致土壓力減小。該點附近墻高段受到面板自重豎向荷載及土壓力合力作用點的聯(lián)合作用，引起加筋土類柔性墻面產(chǎn)生明顯水平位移。設(shè)計和施工中都可對該段采取一些有效的加強措施。

4.3鋼塑帶的拉力

依據(jù)拉筋的布設(shè)，各層設(shè)置土壓力盒。每條拉筋拉力有兩個峰值點，第一點在面板處，也可視為是面板的土壓力；第二點離面板不同距離的填土中，主要由豎向填土自重和縱向拉力組成。拉筋最大拉力出現(xiàn)在第一層面板處。兩個拉筋接力峰值點的連線為兩個滑動面。第一滑動面在面板與填土交接處，第二滑動面離面板有不同的距離。第二滑動面的劃分是確定滑動區(qū)及穩(wěn)定區(qū)（或錨固區(qū)與非錨固區(qū)）及拉筋設(shè)計長度的依據(jù)。

4.4墻面水平位移

水平位移標尺在填土到頂以后才安裝，并開始觀測。

5 設(shè)計施工中的一些要點

5.1土工帶或拉筋條是加筋土結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，在進行局部穩(wěn)定計算時，要考慮土工帶的強度和摩阻力。

主動、被動、靜止土壓力的出現(xiàn)取決于墻背位移及方向。一般情況下，靜止土壓力比主動土壓力大30%以上，被動土壓力比主動土壓力大4~5倍以上。當墻背離開填土的水平位移與墻高之比達到0.1%~0.5%時，就可能出現(xiàn)主動土壓力。

5.2重力式擋土墻、樁板墻、錨定板、扶臂式擋土墻都有一定的剛度，限制墻后填土充分變形。因此，實測的土壓力都大于主動土壓力，多數(shù)介于主動和靜止土壓力之間。加筋土擋墻的面板是柔性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)和調(diào)整變形，但變形又受到拉筋的限制，因此，實測土壓力等于或小于庫侖或朗金主動土壓力。設(shè)計中，對于砂性土，可采用庫侖主動土壓力；對于粘性土，可假定抗剪強度相等，將凝聚力c換算成c=0的等效內(nèi)摩擦角 D；也可令c=0，直接將 提高5o~10o以后代入朗金公式計算。使用后一種方法時，可按c=4~6kPa將 值提高1o。

5.3墻高10米左右時，滑動區(qū)與錨固區(qū)的劃分可按0.3H法進行。高大加筋土擋墻的設(shè)計時，底部筋帶與土體的摩擦力要進行折減，才能安全地確定筋帶的長度。墻高大于10米以后，滑動區(qū)的寬度將小于0.3H。無論是何種情況，土工帶的長度不應(yīng)小于0.6H和3米。

錨固區(qū)的似摩擦系數(shù)包括了土工帶與填土之間的摩擦、咬合、電化學吸力等。取值范圍f=0.25~2.0，填土厚度H 越小，f值越大。H>5米以后，f值多數(shù)取0.3~0.5。但H>10米以后，摩阻力F并不隨H值線性或明顯增長。甚至H值大于某一數(shù)值后，F(xiàn)值不再增加。就象在H>20米或更深厚的土層中打一孔埋入土工帶一樣，摩阻力并不足夠大或非常大。因此，摩阻力公式F=2 #8226;H#8226;b#8226;l#8226;f 式中的f不是常量，h也不能無限制的使用。

墻高1/3處容易出現(xiàn)外凸，即“鼓肚”現(xiàn)象。設(shè)計時，該段適當加強。施工中，該段采用一些限位措施，并要確保施工質(zhì)量。

5.4施工填土質(zhì)量是工程關(guān)鍵。一是土料性質(zhì)，粒徑越粗，級配良好越好；二是碾壓得越密實越好。

排水及反濾層的設(shè)計對重力式、扶臂式擋土墻來說至關(guān)重要，對整個墻面都可排水的加筋土擋土墻來說也很重要。這是因為，同墻高的水壓力是土壓力的三倍左右；水也可能繞滲基底，降低承載力、增加變形、減小抗滑力。一般高出墻外地面30厘米即設(shè)第一排排水孔，離墻頂填土1米左右設(shè)最后一排排水孔。加筋土施工主要是土方回填，施工排水尤為重要。一是降雨應(yīng)采取常規(guī)措施予以遮蓋或及時排走，二是如有地下水應(yīng)采取盲溝或濾水管即時排走。施工排水不好而產(chǎn)生的嚴重后果有：土中含水量大而達不到設(shè)計要求的密實度；造成填料飽和（尤其是粘土），其值降低，側(cè)壓力成倍增加，承載力降低，引起過大的面板變形。

CAT帶穿過面板剛環(huán)以后形成橢圓形環(huán)，在推土機及碾壓的作用下，容易使面板產(chǎn)生較大的水平位移。施工時要用力壓扁、并用白鐵皮等鎖緊。

6 結(jié)語

從近年加筋土擋土墻的實踐來看，造價較圬工擋土墻降低20%~60%，墻高越高越經(jīng)濟；施工簡便，工期短；少占地，造型美觀；地基適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定性好；填料無特殊要求。

隨著加筋材料的改善，玻纖土工帶、鋼筋混凝土拉筋條及CAT帶的推廣應(yīng)用，克服了聚丙烯土工帶延伸率較大的缺點，滿足了高速公路變形限制嚴格的要求，必將在巖土工程的各方面進一步推廣應(yīng)用。

參考文獻:

[1] (JTG D30—2004) 交通部部頒標準．公路路基設(shè)計規(guī)范

[2]何光春編注．加筋土工程設(shè)計與施工．人民交通出版社，2000，4

作者簡介：付彥亭 ，畢業(yè)也河北工業(yè)大學，中級職稱，一直從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

江 飛 ，畢業(yè)也河北工業(yè)大學，中級職稱，一直從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。