路基與新型支檔結(jié)構(gòu)研究綜述

熊自新 陳宏偉

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410015）

路基與新型支檔結(jié)構(gòu)研究綜述

熊自新 陳宏偉

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410015）

新型支擋結(jié)構(gòu)包括對(duì)拉式擋土墻、帶洞路基墻、檐式擋土墻、豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻等，是用來支撐、加固填土或山坡土體，防止其坍滑以保持穩(wěn)定的一種建筑物。

支擋結(jié)構(gòu)；擋土墻；抗滑樁；預(yù)應(yīng)力錨索

新型支擋結(jié)構(gòu)是由于不同的巖土工程需要而不斷發(fā)展的。巖土工程技術(shù)人員為了在某些特殊地形或特殊地質(zhì)條件下保證邊坡的穩(wěn)定，往往要設(shè)計(jì)一些新的結(jié)構(gòu)形式，有些已逐步推廣應(yīng)用。有些結(jié)構(gòu)如對(duì)拉式擋土墻、帶洞路基墻、檐式擋土墻、豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻等，在一些特定的條件下起了較大的作用，但由于其結(jié)構(gòu)比較特殊或理論研究未跟上，尙未得到推廣或后來被其他結(jié)構(gòu)逐漸代替。

（一）對(duì)拉式擋土墻

對(duì)拉式加筋土擋土墻設(shè)計(jì)包括荷載組成、材料選用、構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)計(jì)算(含抗震驗(yàn)算)4個(gè)部分。

1.鐵路荷載

鐵路荷載包括主力、附加力和特殊力。主力有墻背巖土主動(dòng)土壓力、墻身重力及位于擋土墻頂面上恒載、軌道及列車荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力、基底法向反力及摩擦力、常水位時(shí)靜水壓力及浮力；附加力有設(shè)計(jì)水位時(shí)靜水壓力及浮力、水位退落時(shí)動(dòng)水壓力、波浪壓力、凍脹力和冰壓力；特殊力有地震力、施工及臨時(shí)荷載、其他特殊力。

2.公路荷載

公路荷載包括永久荷載、基本可變荷載和偶然荷載。永久荷載有加筋體重力、加筋體上填土重力、加筋體外土產(chǎn)生的側(cè)壓力、水的浮力；基本可變荷載有汽車、平板掛車或履帶車荷載及車輛荷載引起的側(cè)壓力；偶然荷載有地震力。

3.材料與構(gòu)件

對(duì)拉式加筋土擋土墻材料有加筋土填料、拉筋帶，構(gòu)件為面板。

（1）加筋土填料

加筋土填料要選擇內(nèi)摩擦角大、粘土含量少的顆粒土壤，優(yōu)先采用有一定級(jí)配的礫類土、砂類土，可采用碎石土、黃土、中低液限粘性土、穩(wěn)定土及滿足質(zhì)量要求的工業(yè)廢渣，嚴(yán)禁采用腐質(zhì)土、凍結(jié)土、白堊土或硅藻土等。當(dāng)采用鋼帶為拉筋帶時(shí)，填料的化學(xué)和電化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范要求，防止填料對(duì)鋼帶腐蝕；當(dāng)采用聚丙烯土工帶或CAT復(fù)合材料筋帶時(shí)，不宜使用含有二價(jià)以上銅、錳、鐵離子及氯化鈣、碳酸鈉、硫化物等化學(xué)物質(zhì)的填料。對(duì)拉式加筋土擋土墻用于鐵路建設(shè)時(shí)，應(yīng)滿足《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10001-99)對(duì)相應(yīng)等級(jí)鐵路填料壓實(shí)度的要求；用于公路建設(shè)時(shí)，應(yīng)滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 013-95)對(duì)相應(yīng)等級(jí)公路填料壓實(shí)度的要求。

（2）拉筋帶

拉筋帶應(yīng)有較高的強(qiáng)度，受力后變形小，能與填料產(chǎn)生一定的摩擦力，抗腐蝕性好，加工、接長和與面板的連接簡單；拉筋帶應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范對(duì)拉筋的要求。鐵路、高速公路、一級(jí)公路和城市主干道應(yīng)采用鍍鋅鋼帶、鋼筋混凝土帶或CAT復(fù)合筋帶，在低等級(jí)道路上可采用聚丙烯土工帶。

（3）面板

面板一般采用鋼筋混凝土面板，強(qiáng)度不低于C20，厚度不小于8cm，面板外形可選用矩形、十字形、槽形、六角形或L形，墻頂和角隅可采用異型面板和角隅面板。

（二）帶洞路基墻

帶洞路基墻為墩式漿砌片石墻身上設(shè)置拱型混凝土托盤式墻體的擋土墻，墩間孔跨為3m、4m、5m。由于路基墻橫斷面方向上在路肩位置設(shè)有托盤，使路基墻體位于線路中心，在地面橫坡很陡的地方，其建筑高度比路肩擋墻低得多，且縱向又是帶洞的，圬工量比路肩擋墻小，在一定的地形、地質(zhì)條件下，帶洞路基墻可與谷架橋、順河橋比較選用。成昆線上設(shè)計(jì)了多處帶洞路基墻，但由于地基承載力要求較高，目前常被樁基托盤擋土墻代替。

（三）檐式擋土墻

檐式擋土墻常用在山勢(shì)陡峻的路塹邊坡或隧道洞口邊坡。當(dāng)邊坡上方有小量的坍方落石，而路基外側(cè)堆積層厚，基巖埋藏較深，以往多設(shè)置長腿明洞，但施工復(fù)雜，造價(jià)較高，在這種情況下，采用檐式擋土墻。與長腿明洞比較，其施工簡便，投資較低，效果比較好。但檐式擋土墻的鋼筋混凝土挑檐比較單薄，抵擋危巖落石的能力較差。

（四）豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻

豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻由圬工墻身和預(yù)應(yīng)力錨桿(錨索)組成。豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻借助錨桿(錨索)的預(yù)拉應(yīng)力對(duì)墻身施加豎向力，增加了墻身抗傾覆和抗滑能力，起到代替部分墻身圬工重量的作用，從而減小墻身的斷面尺寸。豎向預(yù)應(yīng)力擋土墻具有節(jié)省圬工、造價(jià)低廉和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于巖石地基上承受較大側(cè)向推力的擋土墻。以上介紹的是一些曾經(jīng)使用過的特殊擋土墻，隨著工程的需要以及技術(shù)革新的不斷發(fā)展，近年來國內(nèi)外都出現(xiàn)過一些新的擋土墻結(jié)構(gòu)，例如：倒Y形擋土墻、槽形擋土墻、鋼筋混凝土預(yù)制塊拼裝式擋土墻等。

（五）無面板加筋土擋土墻

無面板土工格柵加筋土擋土墻又稱反包式或包裹式加筋土擋土墻，墻面是由網(wǎng)眼袋填土再由土工格柵反包而成，每層土工格柵是由專用連接棒連接形成整體，網(wǎng)眼袋內(nèi)填土已混合適宜當(dāng)?shù)厣L的草籽、灌木籽、花籽等，經(jīng)數(shù)月后生長形成綠色生態(tài)墻面。既保護(hù)了土工格柵的使用安全，又美化了擋土墻工程的環(huán)境。無面板土工格柵加筋土擋土墻是目前應(yīng)用最多的一種擋土墻形式，其特點(diǎn)為柔性結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

（六）有面板加筋土擋土墻

有面板土工格柵加筋土擋土墻按面板形式又可分為：整面板加筋土擋土墻和拼裝面板加筋土擋土墻。目前，應(yīng)用較多的是拼裝面板加筋土擋土墻，拼裝面板模塊常見的有矩型、六角型、十字型，L型等不同的形式。面板模塊設(shè)計(jì)可根據(jù)工程環(huán)境需要，靈活預(yù)制成各種形狀，能提供很好的視覺效果。還可使用彩色水泥，增加墻面的藝術(shù)性。有面板土工格柵加筋土擋土墻主要應(yīng)用在城市立交匝道接線工程、特殊支擋工程等。特別是在環(huán)保要求較高，限制開山炸石，石料來源困難的城市，更能顯示出經(jīng)濟(jì)性。

（七）倒Y形擋土墻

倒形擋土墻是用于高填土的邊坡，因其墻身為倒Y形，踵板上的土體垂直壓力加上墻身的重量使得墻踵部的土壓力大于趾部的土壓力，所以墻身的抗傾覆穩(wěn)定性較高。又由于其合力幾乎垂直作用于踵板，其抗滑能力也很大。倒Y形擋土墻既利用了扶壁式擋土墻的優(yōu)點(diǎn)，又減輕了重量，經(jīng)濟(jì)效益好，便于機(jī)械化施工。

（八）槽形擋土墻

槽形擋土墻常用在陡峻山坡地區(qū)。當(dāng)路基靠山一側(cè)需設(shè)置路塹擋土墻，而路基外側(cè)也需設(shè)置路肩擋土墻，但地基軟弱、穩(wěn)定性差，這時(shí)可考慮采用槽形擋土墻。槽形擋土墻由上擋、下?lián)?、連接底板及齒墻四部分組成，下?lián)蹴敹丝稍O(shè)置人行道，以爭取外側(cè)地基襟邊寬度。上擋承受的土壓力較下?lián)醮螅蔬B接底板可做成變截面的，由上擋一端逐漸向下?lián)跻欢藴p薄，這樣也使槽內(nèi)底板形成向外傾斜的排水坡。在地鐵地下隧道與地面線的過渡地段，當(dāng)?shù)鼗浫鯐r(shí)，也常采用槽型擋土墻，這時(shí)由于地面較平，兩側(cè)墻高相等，也稱其為U形擋土墻。鋼筋混凝土預(yù)制塊拼裝式擋土墻在國內(nèi)見到的有框架式擋土墻等，國外也有用大型預(yù)制塊砌筑擋墻的。由于勞動(dòng)力的成本越來越高，隨著施工機(jī)具的不斷發(fā)展，混凝土預(yù)制塊的大型化、拼裝化的可能性越來越大，采用鋼筋混凝土預(yù)制塊拼裝式擋土墻將是支擋結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之一。從以上一些特殊的新型支擋結(jié)構(gòu)使用情況可以看出，新型支擋結(jié)構(gòu)往往是適用某種特殊條件工程需要而出現(xiàn)的。反過來，支擋結(jié)構(gòu)中大量推廣運(yùn)用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝，增添了巖土工程克服陡峻地形和不良地質(zhì)艱難工程的技術(shù)手段，也促進(jìn)了支擋工程技術(shù)水平的不斷提高，還會(huì)有一些新的結(jié)構(gòu)形式不斷出現(xiàn)，我國的支擋技術(shù)水平也將不斷地邁上新的臺(tái)階。

（九）主樁鑲板墻

主樁鑲板擋土墻是由間距為2m的H形鋼(或鋼管)打入樁和預(yù)制混凝土鑲板組成的，分自立式(墻高可達(dá)4m)和與地錨等聯(lián)合作用的并用式兩種，后者的墻高可達(dá)10m。主樁的最小嵌入深度為4m，鑲板間填充混凝土或砂漿以使樁、板一體化。主樁鑲板墻的最大優(yōu)點(diǎn)是土石方開挖量小，僅為通常擋墻的1/6～1/4，適用于地形陡峭處的筑路工程。

（十）結(jié)論

傳統(tǒng)的重力式擋土墻的設(shè)計(jì)一般采用庫侖土壓力理論，當(dāng)墻體向外傾斜變形使墻后土體達(dá)到主動(dòng)土壓力狀態(tài)時(shí)，假定土中的主動(dòng)土壓滑動(dòng)面為平面，按滑動(dòng)土楔的極限平衡條件求算主動(dòng)土壓力(如果墻背坡俯斜較大，則按第二破裂面土壓力公式計(jì)算)，當(dāng)墻體向內(nèi)傾斜變形使墻后土體達(dá)到被動(dòng)土壓力狀態(tài)時(shí)，則按假定的平面或復(fù)合土壓滑動(dòng)面來計(jì)算被動(dòng)土壓力。新型支擋結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，帶動(dòng)了對(duì)支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論的試驗(yàn)研究，加筋土擋土墻、錨定板擋土墻、土釘墻等復(fù)合型擋土墻根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，對(duì)其墻背松弛區(qū)(或破裂面)和土壓力提出了新的計(jì)算公式。而抗滑樁、土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨索等結(jié)構(gòu)的大量推廣應(yīng)用，使得支擋結(jié)構(gòu)與被支擋體之間已不能簡單用極限平衡條件來解釋，支擋結(jié)構(gòu)與被支擋巖土體相互共同作用的機(jī)理開始得到比較深入地研究。例如，滑坡體和抗滑樁相互作用機(jī)理等的研究，對(duì)進(jìn)一步合理確定作用于支擋結(jié)構(gòu)上的荷載以及合理進(jìn)行新型支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析具有非常積極的意義。

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U417.1

A

1008-1151(2010)04-0086-02

2010-01-15

熊自新（1970－），男，湖南益陽人，湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)講師，高級(jí)工程師。