加筋土擋土墻的發(fā)展與研究

中圖分類號：TU476+.4

摘要：加筋土擋土墻是特種結(jié)構(gòu)中非常重要中圖分類號：[TU997]的結(jié)構(gòu)，是道橋工程、建筑工程、礦山工程和市政工程中應(yīng)用很廣的一種支擋結(jié)構(gòu)。本文主要從加筋土擋土墻的發(fā)展概況、優(yōu)缺點、材料與構(gòu)造設(shè)計這幾個方面進(jìn)行闡述，以供交流。

關(guān)鍵詞：加筋土擋土墻 填料 拉筋 面板

引言：現(xiàn)代加筋土的概念和設(shè)計理論是20世紀(jì)60年代法國工程師Henri Vidal首創(chuàng)的根據(jù)他的設(shè)計理論于1965年在法國普拉聶爾斯成功修建了世界上第一座加筋土公路擋土墻，該項工程立刻引起了世界工程界的濃厚興趣，引起了世界各國的重視，得到很高評價。國外譽之為僅次于鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的又一次發(fā)明。自此之后，世界各國普遍開展了加筋土技術(shù)的研究和工程試驗 。

1. 加筋土擋土墻的定義

加筋土擋土墻是利用加筋土技術(shù)修建的一種利用輕型支擋結(jié)構(gòu)物，是有墻面板、拉筋、填料三部分組成的結(jié)構(gòu)物，如圖所示。它依靠填料與拉筋之間的摩擦力作用，平衡填料作用于墻面上的水平土壓力，使之形成整體，抵抗其后部填料產(chǎn)生的土壓力。

2.加筋土擋土墻的分類

(1)加筋土擋土墻按其斷面外輪廓形式,一般分為:

①單面式加筋土擋土墻；

②雙面式加筋土擋土墻,又分為分離式、交錯式加筋土擋土墻；

③臺階式加筋土擋土墻。

(2)加筋土擋土墻按其斷面結(jié)構(gòu)形式，一般分為矩形、正梯形、倒梯形和鋸齒形；

(3)加筋土擋土墻按拉筋的形式可分為條帶式加筋土擋土墻和滿鋪式加筋土擋土墻。

3.加筋土擋土墻的發(fā)展概況

日本于1967年引進(jìn)了該技術(shù)，并在70年代初開始進(jìn)行模型研究，專門研究了其抗震性能，將其用于鐵道建設(shè)中。美國在1972年修建加州39號公路時開始使用該項技術(shù)，并成立了專門的研究機(jī)構(gòu)從事有關(guān)研究和應(yīng)用工作，其研究和推廣速度相當(dāng)快。其它國家也先后使用和推廣了加筋土技術(shù)。加筋土工程已從加筋土擋墻發(fā)展并應(yīng)用到護(hù)岸、堤壩、橋臺、鐵路、公路路堤、建筑物基礎(chǔ)、碼頭、防洪堤、水庫、尾礦壩、儲倉及核設(shè)施、軍用設(shè)施等多個領(lǐng)域。在1981年第十屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議的科技水平發(fā)展報告中指出，自60年代以來，巖土工程中重要的新進(jìn)展之一就是加筋土和錨桿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，由此可見這項技術(shù)的重要性。

加筋土技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代末才開始的，從理論研究、模型試驗和現(xiàn)場試驗到機(jī)理分析，都取得了較好的成果。云南煤礦設(shè)計院1978～1979年在田壩礦區(qū)建成的3座僅高2～4 m的試驗性加筋土擋墻是我國第一座加筋土擋墻，該工程的成功引起了我國土木建筑行業(yè)工程技術(shù)人員的極大興趣，隨后這項技術(shù)便在公路、鐵路、水運、煤炭、林業(yè)、水利、城建等行業(yè)和部門迅速發(fā)展并得到推廣運用。迄今為止，全國已建成數(shù)千座加筋土工程，據(jù)統(tǒng)計：公路占85%，鐵路占6%，林區(qū)、礦區(qū)占3%，其它行業(yè)占6%。重慶長江濱江路工程長約6km的護(hù)岸擋墻和公路擋墻均采用加筋土結(jié)構(gòu)，其墻高最高達(dá)33m，加筋土擋墻面積約110,000m，是目前世界上規(guī)模最大的加筋土工程。在總投資約155億元的長江口深水航道治理工程中，大量地采用了加筋、軟體排水墊層、濾層等土工織物新技術(shù)。三峽庫區(qū)已建成了總高度達(dá)55m的加筋土擋墻，全國在高速公路及一般公路支擋建筑，特別是高速公路的軟基處理方面越來越倚重于加筋土結(jié)構(gòu)。

4.加筋土擋土墻的特點

(1)加筋擋土墻的優(yōu)點

①加筋土擋墻是一種柔性結(jié)構(gòu)物，能夠適應(yīng)地基較大的變形，并能很好地吸收地震的能量，故其抗震性好，適用于軟弱地基，且因其自重輕、造型美觀、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛、對地基承載力要求較低。

②基礎(chǔ)小、面板薄，填料為一般填土、造價省(約為混凝土重力式擋墻的50％) 、施工速度快、工期短、效益顯著等特點而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

③作為擋墻中的拉筋而言，如加強(qiáng)型雙向鋼塑土工格柵，復(fù)合加筋增強(qiáng)土工布、土工膜、土工格柵、土工網(wǎng)墊等由于能極大程度地增強(qiáng)地基的承載力，減少基礎(chǔ)沉降量和克服土體不均勻沉降，增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性能，因而對基礎(chǔ)加固、修建加筋土擋墻等都具有顯著的效益。

④加筋土擋土墻節(jié)約占地，造型美觀。由于墻面板可以垂直砌筑，可以大量減少占地。擋土墻的總體步設(shè)和墻面板的形式圖案可根據(jù)周圍環(huán)境特點和需要進(jìn)行設(shè)計。

⑤在超軟地基上使用有紡?fù)凉げ技咏钔翐鯄Γ哂袑Φ鼗惶幚砘蛏偬幚砬以靸r低廉的優(yōu)點，可以滿足穩(wěn)定性承載力以及沉降和抗震的要求。實測資料表明加筋土擋墻具有較大的安全儲備，可進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化以降低造價。

(2)加筋擋土墻的缺點

①工作性狀復(fù)雜

加筋土擋墻主要由填料、筋材和面板組成。不僅要考慮填料與筋材的各自受力、變形性狀及其相互作用，還要考慮填料與面板、筋材與面板的各自受力、變形性狀以及各接觸面間的相互作用。擋墻三個基本構(gòu)造單元中的任何一個部分的參數(shù)發(fā)生變化，都會引起其它部分的工作性狀發(fā)生變化。

②土壓力理論不成熟

土壓力理論本身就是一個經(jīng)典的土力學(xué)難題。土壓力計算與擋墻形狀、填料性質(zhì)、位移方向以及地基土質(zhì)有關(guān)。目前工程中常用的土壓力計算理論，即朗肯(Ranking，1857)和庫侖(Coulomb，1773)理論都是在不同的假設(shè)條件下應(yīng)用不同的分析方法得到的，故僅在一定條件下近似適用。

5. 加筋土擋土墻的材料與構(gòu)造設(shè)計

加筋體是由填料、拉筋及墻面板組成，應(yīng)根據(jù)具體條件與設(shè)計要求合理選用各組成部分的材料，并進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計：

(1)填料

墻背填料最好采用砂類土、礫石土、碎石土或砂夾卵石。當(dāng)采用砂夾卵石作為填料時，其卵石含量宜≤30％ ，最大粒徑≤10 cm。填土材料一般采用 ， 的指標(biāo)為宜。

(2)拉筋

可采用金屬材料制成的拉筋帶，也可以采用復(fù)合材料制成的拉筋帶以及條形混凝土塊制成的拉筋節(jié)。

(3)面板

以鋼板或鋼筋混凝土板為材料，可加工成各種不同的幾何圖案，如三角形、十字形、菱形、矩形、長方形、六邊行等，根據(jù)現(xiàn)場的需要選擇。從費用與施工工藝考慮，目前多采用鋼筋混凝土板形式。板厚根據(jù)墻背填土高度而定，一般在10～15cm之間。

(4)基礎(chǔ)設(shè)計

分為面板下的條形基礎(chǔ)和加筋體下的基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)的作用主要是便于安砌墻面板，起支托、定位的作用。條形基礎(chǔ)及墻體下的基礎(chǔ)都應(yīng)滿足地基承載力的要求。采用加筋土結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)承載力要求不高，可直接作用在處理后的原地面上或填土層上。

(5)帽石

加筋擋土墻根據(jù)線路縱坡，用現(xiàn)澆混凝土或漿砌混凝土預(yù)制塊、漿砌條石作壓頂或帽石。當(dāng)擋墻高度較大時，在墻的中部宜設(shè)置錯臺，錯臺處下級墻頂宜設(shè)置帽石，錯臺寬不小于1m，錯臺頂封閉，并設(shè)20％的向外排水坡，錯臺上級墻應(yīng)另行設(shè)置面板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下設(shè)墊層。

(6)沉降縫

沿墻長每隔20-30m或基底地層變化處應(yīng)設(shè)置2cm寬的沉降縫，并在面板內(nèi)側(cè)沿整個墻高設(shè)置寬20cm滲濾布。

6.加筋土擋土墻的應(yīng)用范圍

加筋土擋土墻一般應(yīng)用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，使用于一般地區(qū)的路肩墻，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利與布置拉筋，一般不宜使用。在滑坡和崩塌等工程地質(zhì)不良地段由于地質(zhì)條件復(fù)雜，土壓力變化較大，可能導(dǎo)致墻面板受力不均產(chǎn)生相互錯位，而且在這種地段修筑加筋土擋土墻挖方量也比較大，故應(yīng)慎重采用。加筋土擋土墻高度一級干線不宜大于10m。

7. 結(jié)語

綜上所述，加筋土擋土墻在技術(shù)上的優(yōu)越性、顯著的經(jīng)濟(jì)性和廣泛的實用性，且作為一種新穎的完整結(jié)構(gòu)物，加筋土技術(shù)獲得了國內(nèi)外更多的青睞，所以我國要加強(qiáng)加筋土擋土墻技術(shù)的推廣及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國交通部. JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社.

[2]陳忠達(dá).路基路面工程[M].2010.人民交通出版社.

[3]郭峰勇，李賀.加筋擋土墻施工方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012.2.

作者簡介：石磊，男，1983年12月出生，任職滄州市市政工程公司

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。