基于山區(qū)高速公路特點構(gòu)建的高路堤加筋土擋土墻設(shè)計思路研究

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

基于山區(qū)高速公路特點構(gòu)建的高路堤加筋土擋土墻設(shè)計思路研究

張 燎 徐賢昭

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

加筋土擋土墻是20多年來我國公路工程中廣泛采用的擋土墻新技術(shù)，具有施工方便、節(jié)省材料、占地少等優(yōu)點，在公路、水利等行業(yè)廣泛應(yīng)用。以設(shè)計方案比選、拉筋設(shè)計、拉筋抗拔穩(wěn)定檢算以及面板和其他構(gòu)造的設(shè)計為重點， 本文主要針對加筋土擋墻技術(shù)在山區(qū)高等級公路上的應(yīng)用進行簡單分析。

高路堤； 加筋土； 擋土墻；土壓力；設(shè)計

加筋土擋土墻是六十年代發(fā)展起來的一項土基加固技術(shù)，由法國工程師亨利·維達爾在進行了一系列實驗研究后，提出了土的加筋方法與設(shè)計理論，于1963年修建了第一座加筋擋土墻。而后在全世界交通土建工程中得到廣泛的應(yīng)用，目前在山區(qū)高速公路路基結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的最多，效果顯著。加筋土擋土墻是用來支撐天然或人工斜坡、防止土坡坍塌、保持土體穩(wěn)定性的建筑物，它承受的主要荷載是土壓力。 在土木工程中， 重力式擋土墻是擋土墻的主要形式。 加筋土擋土墻由墻面板、拉筋組成，它是依靠填料與拉筋間的摩擦力拉住墻面板， 以承受墻面板后的土壓力。為保證拉筋的摩擦力， 墻后的填料應(yīng)采用粗粒土；鋼筋混凝土墻面板的形狀， 在平面上多為十字形、矩形、六角形等。

一、加筋土擋土墻基本構(gòu)造

加筋土擋土墻是由填土、拉筋和鑲面砌塊組成的加筋土承受土體側(cè)壓力的擋土墻。在土中加入拉筋，利用拉筋與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程性，從而達到穩(wěn)定土體的目的。加筋土是柔性結(jié)構(gòu)物，能夠適應(yīng)地基輕微的變形，填土引起的地基變形對加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對其他結(jié)構(gòu)物小，地基的處理也較簡便；節(jié)約占地，造價比較低，具有良好的經(jīng)濟效益。

圖1 加筋土擋墻各部位尺寸示意圖（m）

二、加筋土擋土墻的設(shè)計及驗算

1工程概況

根據(jù)某高速公路的資料進行研究，該高速公路途徑云南昆明境內(nèi)，設(shè)計雙向四車道，路基設(shè)計根據(jù)地形差異略有不同，寬度設(shè)計山嶺區(qū)21.5米，微丘陵區(qū)24.5米，重丘陵區(qū)23米。由于高速公路其中的一段穿越山區(qū)，因此，在路堤設(shè)計中采用加筋土擋土墻設(shè)計，主要的區(qū)段為K218+630-K219+290段，路堤最大填高為24米，因為該路段處于斜坡位置，山體滑披對路段的影響比較大，如果采用跨線橋，那么樁基礎(chǔ)造價非常高，而且施工難度相當大，而該路段經(jīng)過U型谷，如果采用填土路基的話，對棄渣問題也能解決，因此設(shè)計路基方案。

2設(shè)計方案的比選

在路面設(shè)計方案中，包含重力式擋墻、填筑路基、加筋土擋墻幾種。

填筑路基。如果選擇一般填筑路基，盡管在設(shè)計方面比較簡單，而且施工也較為方便，但是由于坡腳的延伸比較大，實際工程量是非常大的，經(jīng)過簡單計算，填土可達24萬m3，坡腳可延伸124.7米，投資較大，浪費較多，路基整體的穩(wěn)定性也比較差。

重力式擋墻。采用重力式擋墻的話，墻高設(shè)計為27.75米，由于地基的承載力有限，對該高度的擋墻壓力難以承受，需要將基礎(chǔ)拓寬，工程量增加，難度增加，而且該類型擋墻必須要在墻體自身強度達到一定程度以后才能填土，比較耗費工時，增加了經(jīng)濟投入。

加筋土擋墻。此類擋墻結(jié)構(gòu)比較簡單，具有外形美觀、施工方便、節(jié)省材料、節(jié)省時間的優(yōu)勢，而且墻體面板以及拉近都可以在工廠預(yù)制，施工現(xiàn)場進行拼裝，對于機械化操作而言比較方便，同時也能夠保證質(zhì)量，墻體的穩(wěn)定性較好，具有經(jīng)濟、合理的特點。

對幾種方案進行對比以后，加筋土擋墻的優(yōu)勢比較明顯，能夠大幅度降低工程造價，而且具有較好的經(jīng)濟效益，進過綜合考量，該工程確定采用加筋土擋墻設(shè)計方案，本方案中，采用了多級臺階式土擋墻結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計如圖1所示。

2拉筋結(jié)構(gòu)設(shè)計

對加筋土擋土墻穩(wěn)定性計算過程不予詳述。依據(jù)計算結(jié)果， 路肩式加筋土擋土墻橫斷面結(jié)構(gòu)。填料盡量采用粗粒土， 不含粒徑大于1/3填土厚度的尖棱狀碎石。填料壓實度應(yīng)滿足規(guī)范要求。拉筋結(jié)合山區(qū)氣候和高烈度地震的特征，采用高密度聚乙烯土工格柵和雙向經(jīng)編高強土工格柵作為拉筋材料， 要求有效面積系數(shù)為0.4， 與填料間摩擦系數(shù)為0.4， 當最大拉伸應(yīng)變達10%時， 對應(yīng)的抗拉強度不小于120kN/m， 在20%時的蠕變極限強度為44kN/m； 在-45℃低溫下凍融循環(huán)200次抗拉強度不小于設(shè)計標準值， 且具有長期的抗老化性能。拉筋分為受力拉筋、回裹拉筋及構(gòu)造拉筋等，受力拉筋長度由內(nèi)、外部穩(wěn)定性計算得到； 回裹拉筋長度2-3m （包括回裹弧形部分）， 用以包裹土體， 與受力拉筋形成自穩(wěn)體系； 構(gòu)造拉筋將模塊與加筋體連為一體， 長度2-3m， 自模塊外側(cè)算起。拉筋重疊時， 除構(gòu)造拉筋與受力主筋可直接重疊外， 其它拉筋之間用不小于5cm 厚填料隔開?；毓盍虾穸葹?.120m （構(gòu)造拉筋與受力主筋不重疊時）或0.125m （構(gòu)造拉筋與受力主筋重疊時）。合地形做成臺階形， 臺階高度（相鄰基礎(chǔ)頂面高差）應(yīng)為模塊厚度的整數(shù)倍， 路基兩側(cè)擋墻基頂高差應(yīng)為模塊厚度的整數(shù)倍。帽石采用C20混凝土現(xiàn)場灌注， 根據(jù)需要設(shè)計成臺階式或裙帶式。路肩式加筋墻墻頂設(shè)防護桿欄。

3 拉筋抗拔穩(wěn)定檢算

3.1 計算拉筋的計算拉力

3.2 拉筋摩擦力的計算

3.3 拉筋抗拔穩(wěn)定檢算

全墻抗拔穩(wěn)定系數(shù)≮2.0， 按下式計算：

經(jīng)計算，其值為1.6。

4墻面板及其它結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對墻面板進行設(shè)計的時候，確定結(jié)構(gòu)計算模型，然后選取所在位置的土體壓力作為最大荷載值，根據(jù)兩端懸出的簡支板進行計算，其中面板土的壓力均勻分布，包含厚度設(shè)計、配筋設(shè)計等。在對其它結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，包含帽石設(shè)計、聯(lián)結(jié)件設(shè)計、伸縮縫設(shè)計、沉降設(shè)計及基礎(chǔ)設(shè)計等，其中基礎(chǔ)設(shè)計包括擋墻基礎(chǔ)與面板基礎(chǔ)設(shè)計。

結(jié)語

從拉筋的抗拔穩(wěn)定計算結(jié)果可知，拉筋與填料之間的摩擦力，是擋墻穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，摩擦力越大，擋土墻越穩(wěn)定，根據(jù)摩擦力計算可知，其大小和填料與拉筋間的摩擦系數(shù)、拉筋長度、拉筋上的壓應(yīng)力、拉筋寬度等有直接關(guān)系。拉筋與土體之間的摩擦機理非常復(fù)雜，對摩擦系數(shù)的影響包含計算方法、填土與拉筋間的摩擦力等等，這些都需要在實際施工現(xiàn)場進行抗拔試驗來確定，如果現(xiàn)場沒有試驗條件，系數(shù)可選擇0.3-0.4之間，在本設(shè)計中，選擇0.35，當然這個值實際上是偏小的。除此以外，對于梯形拉筋塊埋在土中，具有錨固的作用，其阻力在計算中忽略，因此本設(shè)計的取值是保守的，也是安全的。

經(jīng)過在本該高速公路中采用高路堤加筋土擋土墻的設(shè)計思路，提高了路堤的穩(wěn)定性，確保了工程的質(zhì)量。加筋土擋土墻施工技術(shù)雖然是一項已經(jīng)比較成熟的技術(shù)，但世界上沒有兩個完全相同的工程項目，因此在采用該施工技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)各個工程的特殊性，如工程所處地理位置，工程現(xiàn)場條件以及其它特殊情況，制定出不同的符合現(xiàn)場實際的施工措施。

[1]趙玉夢，謝紅偉．高速公路邊坡支護[J]．城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（15）．

[2]何哲亮．淺談某高速公路擋土墻設(shè)計[J]．城市建設(shè)與商業(yè)網(wǎng)點，2009（23）．

[3]荀家正，王永，昝成忠．加筋土擋土墻在山區(qū)高速公路中的應(yīng)用[J]．云南交通科技，2012（5）．

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