加筋土擋土墻在城市沿河道路中的應用

謝東

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430010）

0 前言

目前，在我國城市道路和公路工程建設中，路基所采用的支護結構大部分為重力式擋土墻，究其原因為施工簡易、就地取材。但這種結構具有明顯的缺點，具體表現在結構笨重、體積大、造價高。隨著人們的生活水平不斷提高，精神文明建設不斷增強，現代工程結構物不僅需要滿足安全性、實用性，還要有景觀性。

對于城市沿河道路而言，路基首先應滿足防洪的基本要求。大部分沿河道路均采用防洪堤與道路相結合的形式，既能滿足交通功能，又能滿足防洪功能，還能提供休閑娛樂。

由于沿河地帶地勢低洼，路基一般為全填方，沿河路基沖刷防護工程的類型主要有植被防護，砌石防護，土工織物，石籠防護，浸水擋土墻，拋石防護和排樁防護等。浸水擋土墻可以適用于流速5-8m/s的河段。

1 工程項目背景

本項目為城市次干路，位于福建省福州市某縣城沿河段，全長2000m，道路寬24m，雙向4車道，20年一遇防洪水位為191.0m，沿河地面標高在184.0～185.0m之間，根據設計要求，路基除滿足技術要求外，還應滿足景觀休閑功能，擬在道路沿河一側設置親水平臺，設計標高約為187.0m，滿足常水位要求。

本項目沿河地質條件，區域內無大型構造帶通過，地表及鉆探揭示均未發現有明顯的斷裂構造，地質構造相對穩定，無活動性斷層存在。擬建場地抗震設防烈度為Ⅶ度，基本地震加速度值為0.10g，地震分組為第三組，道路抗震設防類別為丙類。

圖1 本項目區位

2 加筋土擋土墻設計要點

本項目大部分為填方，道路設計標高為防洪線以上1m，高程分布在192.0m左右，填方高度達到8m，其中親水平臺設計標高為187.0m，路基邊坡設計考慮采用分臺階擋土墻設計，上級臺階采用高5m的加筋土擋土墻，下級親水平臺采用高3m重力式擋土墻，臺階平臺設置向外2%的橫坡度。本方案設計的特點是，沿河地帶水流方向與路線近乎平行，流速不大，下部重力式擋土墻可以滿足沖刷的條件。而上部加筋土擋土墻受沖刷概率小，且占地面積小，地基承載力要求低，抗震效果好，邊坡直立更加利于景觀改造。

加筋土擋土墻主要由面板、筋帶、后方填土組成。其中面板、筋帶和后方填土三者形成內部穩定結構，上部加筋土擋土墻和下部的重力式擋土墻整體形成外部穩定結構，共同承擔上部傳遞的車輛荷載和土壓力。為增加綠化景觀，可在面板中預留植被空隙。

2.1 內部穩定計算

加筋土擋土墻內部穩定計算，假定墻體破裂面為折線形，折線以內為自由活動區，折線以外為錨固區。破裂面上部為豎直面，下部為三角區。破裂面上部豎直區域寬度取0.3倍擋土墻高度，下部三角區折線角度按一般重力式擋土墻破裂角考慮，為45°加0.5倍內摩擦角。根據以上2個參數可以得到破裂角形成的折線位置。

加筋土擋土墻內部穩定性計算分為兩部分：筋帶的抗拉強度驗算和全墻抗拔穩定性驗算。

不同深度的筋帶長度由兩部分組成，一部分為活動區長度，一部分為錨固區長度。其中錨固區長度根據筋帶上下兩個面的摩擦力所能夠提供的抗拔力進行計算，筋帶活動區的長度可以按公式計算：

式中：H1-破裂角上部的豎直部分長度；H為擋土墻總高度；zi為土層深度；φ-內摩擦角。

全墻抗拔穩定性驗算，根據墻體高度采用不同安全系數值。當墻高＜12m時，拉筋產生的摩擦力總和與拉筋承擔的總水平拉力總和之比應≥2；當墻高≥12m時，除了滿足以上要求外，還應該滿足筋帶的有效拉力之和與破裂滑動面及上部荷載產生的水平滑動力比值≥1.25。

2.2 外部穩定計算

加筋土擋土墻外部整體抗滑動穩定性計算，可采用圓弧滑動面模型進行計算，其中抗滑動穩定計算系數Ks，可以按公式進行計算（參考公路擋土墻設計與施工技術細則）：

加筋土擋土墻的整體外部穩定性系數應該滿足Ks＞1.25的基本要求。

在計算外部整體穩定性時，車輛荷載作用在擋土墻后填土上，會產生附加土壓力，可以將車輛荷載換算成等代均布土層厚度h0=q/r，式中：q-汽車荷載產生的附加壓力值；r-墻體后方填土的重度。對于汽車荷載產生的附加壓力值，根據墻體高度而定，當墻高大于10m時，標準值取10kN/m2，當墻高小于2m時，標準值取20kN/m2，其余高度按內插計算。本方案中上部擋土墻高度為5m，標準值取16.25kN/m2。

2.3 計算結果分析

外部穩定和內部穩定計算按下列荷載組合進行：工況1，無車輛荷載狀態，；工況2，有車輛荷載狀態；工況3，地震無車輛荷載狀態；工況4，地震有車輛荷載狀態。共按4種荷載組合計算，不同荷載作用下的穩定性計算詳見表1。

表1 不同荷載組合穩定計算

結果顯示，該擋土墻在最不利荷載組合下，滿足內外部穩定性要求。

3 加筋土擋土墻施工要點

加筋土擋土墻的主要施工工藝：準備工作→場地平整→基礎施工→組裝面板→鋪設筋帶→攤鋪填料→夯實碾壓→修筑附屬工程→檢測驗收。

施工前應做好測量放樣和地基處理。筋帶的選擇應滿足尺寸、強度、斷裂伸長率、抗腐蝕、耐疲勞、防老化等特性，面板與筋帶的連接件應該做好防銹蝕處理。在平面曲線轉角部位，可加鋪同號小片筋帶以保證連續性。筋帶發生重疊處應加鋪粗砂層以增加摩擦力。

加筋土擋土墻基礎一般采用條形基礎，寬度厚度應大于30cm，當基礎下為土質地基時應加鋪砂礫墊層。

筋帶的填料宜采用密實性良好的砂性土，面板1.5m范圍，應采用人工攤鋪壓實，避免對筋帶和面板造成損壞。施工中還應做好防排水措施，在面板附近設置透水層、反濾層、隔水層等。

4 結論

本文結合城市沿河道路工程實例，探討了沿河道路路基采用加筋土擋土墻時，錨固區之間破裂面的位置及內外部穩定性系數計算方法，同時對加筋土擋土墻施工中的要點進行了總結分析。