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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)具有明顯的缺點，具體表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)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(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)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(jié)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(jù)設計要求，路基除滿足技術(shù)要求外，還應滿足景觀休閑功能，擬在道路沿河一側(cè)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(zhì)條件，區(qū)域內(nèi)無大型構(gòu)造帶通過，地表及鉆探揭示均未發(fā)現(xiàn)有明顯的斷裂構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)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(qū)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(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，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(wěn)定結(jié)構(gòu)，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(nèi)部穩(wěn)定計算

加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定計算，假定墻體破裂面為折線形，折線以內(nèi)為自由活動區(qū)，折線以外為錨固區(qū)。破裂面上部為豎直面，下部為三角區(qū)。破裂面上部豎直區(qū)域?qū)挾热?.3倍擋土墻高度，下部三角區(qū)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(nèi)摩擦角。根據(jù)以上2個參數(shù)可以得到破裂角形成的折線位置。

加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定性計算分為兩部分：筋帶的抗拉強度驗算和全墻抗拔穩(wěn)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(qū)長度，一部分為錨固區(qū)長度。其中錨固區(qū)長度根據(jù)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(qū)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(nèi)摩擦角。

全墻抗拔穩(wěn)定性驗算，根據(jù)墻體高度采用不同安全系數(shù)值。當墻高＜12m時，拉筋產(chǎn)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(chǎn)生的水平滑動力比值≥1.25。

2.2 外部穩(wěn)定計算

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

加筋土擋土墻的整體外部穩(wěn)定性系數(shù)應該滿足Ks＞1.25的基本要求。

在計算外部整體穩(wěn)定性時，車輛荷載作用在擋土墻后填土上，會產(chǎn)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(chǎn)生的附加壓力值；r-墻體后方填土的重度。對于汽車荷載產(chǎn)生的附加壓力值，根據(jù)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(nèi)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(jié)果分析

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

表1 不同荷載組合穩(wěn)定計算

結(jié)果顯示，該擋土墻在最不利荷載組合下，滿足內(nèi)外部穩(wěn)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(zhuǎn)角部位，可加鋪同號小片筋帶以保證連續(xù)性。筋帶發(fā)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(zhì)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(jié)論

本文結(jié)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(qū)之間破裂面的位置及內(nèi)外部穩(wěn)定性系數(shù)計算方法，同時對加筋土擋土墻施工中的要點進行了總結(jié)分析。