加筋擋土墻合理設(shè)計方法的探討

周緒冬

（湖南城市學(xué)院規(guī)劃建筑設(shè)計研究院　湖南　益陽　413000）

加筋擋土墻合理設(shè)計方法的探討

周緒冬

（湖南城市學(xué)院規(guī)劃建筑設(shè)計研究院湖南益陽413000）

以具體的工程為例，介紹了加筋擋土墻工程設(shè)計的方法等內(nèi)容。同時探討了高邊坡加筋擋土墻設(shè)計的注意事項，并由此提出了加筋擋土墻施工時應(yīng)該注意的具體事宜。最后也指出高邊坡加筋擋土墻的優(yōu)點，旨在推廣這一施工技術(shù)手段。

土工合成材料；加筋擋土墻；設(shè)計；施工

引言

目前，加筋擋土墻正在廣泛應(yīng)用于各個工程領(lǐng)域中。合理的設(shè)計方法是保障其穩(wěn)定安全的首要前提?，F(xiàn)在國內(nèi)外有關(guān)加筋擋土墻設(shè)計的技術(shù)規(guī)范主要是基于極限平衡方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)、外部穩(wěn)定性分析。在加筋擋土墻的設(shè)計中可能會涉及到潛在破裂面形狀等一系列問題，而各個設(shè)計技術(shù)規(guī)范是不一樣的，它們彼此之間存在著比較大的差異。與此同時，大量的工程現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，極限平衡法設(shè)計的加筋擋土墻比較傳統(tǒng)保守，尤其是對筋材的設(shè)計強度，往往高于其實際受力。正是由于這個原因，研究加筋擋土墻合理設(shè)計方法有著非常重要的意義。

1　工程概況

本工程是在北京市豐臺區(qū)，此地位于北京的三環(huán)地區(qū)，是住宅小區(qū)與其北側(cè)鐵路干線間的噪聲防護工程。該項目結(jié)合了小區(qū)的綠化帶設(shè)計，全長380m，由下部的8m高加筋擋土墻和其上部6m高鋼立柱輕質(zhì)隔墻板聲屏障構(gòu)成。擋土墻部分下設(shè)鋼筋混泥土的條形基礎(chǔ)，其北側(cè)采取預(yù)制混凝土面板，主要以砂礫土為主。高鋼立柱輕質(zhì)隔墻板聲屏障的下部擋土墻部分頂寬6m，底寬主要是根據(jù)綠化坡地的實際寬度設(shè)計。本工程的土工材料主要采取的是高密度的材料。根據(jù)工程開始前的檢查報告，打算建設(shè)在地形平坦的場地上。從下到上可以將這個地層分為第四紀(jì)沉積層和新近沉淀層以及人工填土層。隔音擋墻部分的基礎(chǔ)持力層為最新沉積的砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土以及粉質(zhì)粘土層等，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值為110kPa。

2　加筋擋土墻工程設(shè)計步驟及內(nèi)部穩(wěn)定驗算算例

2.1基本資料及參數(shù)

①要明確擋土墻的用途、高度及工程的斷面圖（加筋土擋墻見圖1）。②根據(jù)填土材料以及采取的土工材料的基本性質(zhì)，通過試驗或者現(xiàn)有的條件確定填料的各個基本性質(zhì)，如容重、內(nèi)摩擦角以及粘聚力和土工格柵的容許應(yīng)力等等。因為地基的性質(zhì)和狀態(tài)的基本情況，可以確定地基的上述參考量，如天然容重、內(nèi)摩擦角和粘聚力以及地基的承載力等等。③對加筋體與地基間的摩擦系數(shù)進(jìn)行確定[1]。

2.2設(shè)計步驟

圖1　加筋擋土墻

①根據(jù)以往的實際操作中得知，要設(shè)計一個加筋土擋土墻的平面以及橫截面的形式，要確定一個核算橫斷面。②確定各項作用在墻上的荷載。③根據(jù)土木格柵的一些基本情況如垂直間距以及荷載等等物理要素，從而計算土木格柵所受的拉力，并根據(jù)這個容許的拉力來計算土木格柵的抗拉性。如果計算出的抗拉性與其所受的拉力不相符時，或使用更多的土木格柵，或使用土木格柵強度大的，再或改變土木格柵的設(shè)計，直至其滿足要求為止。根據(jù)土木格柵的長度寬度等等，計算土木格柵的抗拔穩(wěn)定性。如果計算出的抗拔穩(wěn)定性與其長寬不相符時，可以增加土木格柵的長度來解決，也可以通過使用摩擦力大的填料來解決，除此之外，當(dāng)?shù)匦螚l件受到約束時，可以增加土木格柵的數(shù)量來解決問題，最終使其滿足要求即可[2]。這就是內(nèi)部穩(wěn)定計算，最后也要進(jìn)行外部穩(wěn)定計算。外部穩(wěn)定計算包括加筋體沿底面的水平滑動和整體滑動和穩(wěn)定性以及承載力等等[3]。

2.3本工程加筋土內(nèi)部穩(wěn)定驗算

填料容重為20kN/m3。其內(nèi)摩擦角為40°。其與土木格柵間的摩擦系數(shù)為0.3。

前者的計算要使用傳統(tǒng)的土壓力計算公式，按照墻背垂直和光滑以及填土等等來選用。每增加一層土木格柵所受的拉力可以通過求圖1中梯形面積來求得[4]。最后還要驗算土工格柵的抗拔穩(wěn)定性。計算時采用列表計算方式，結(jié)果如表1所示。

2.4本工程加筋土外部穩(wěn)定性分析

本工程加筋土外部穩(wěn)定性分析需要滿足幾點要求：①Fs不小于1.3；②土質(zhì)地基e不大于B/6，巖石地基e不大于B/4；③基底壓力不大于地基承載力；④沉降滿足結(jié)構(gòu)的工后沉降要求。

表1　加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定計算成果表

3　設(shè)計要點

根據(jù)施工時的檢查報告，擋墻基礎(chǔ)要進(jìn)行換填操作，因為設(shè)計采取的是雙向土木格柵，而且有三層，每層厚度為0.5m，兩側(cè)都用包著砂礫石。有可能這三層不能達(dá)到基礎(chǔ)持力層，這就必須進(jìn)行換填操作，目的是為了使其達(dá)到持力層。在設(shè)計的過程中要按照砂礫石來對土木格柵的長度以及厚度進(jìn)行計算。假如主體結(jié)構(gòu)在開挖的時候，砂礫石級配比較好時，這才可以作為加筋土擋墻的填料。L型的擋墻填料必須在一定深度內(nèi)采取種植土，這些種植土是為了擋墻頂部的植被準(zhǔn)備的，使其可以在其上生長[5]。墻面板全長40cm，厚度為25cm，高度為20cm。這樣的墻面板組合裝塊然后使用。

4　施工注意事項

4.1擋墻面板制作

在模板設(shè)計的時候首先要保障模板塊的凹凸位置的準(zhǔn)確性以及外觀的質(zhì)量，將墻體的外露部分向下，與此同時要考慮脫模的方便性。除此之外，要在模板的尾部設(shè)計預(yù)留一個位置，作為格柵的安裝槽。這樣做的目的是為了可以將格柵準(zhǔn)確的埋入混凝土構(gòu)件中。格柵裁剪的寬度要根據(jù)模塊的寬度來確定?；炷僚浜媳纫蠈嶋H的情況。一般來講有兩種配比的混凝土。下部最大粒徑為20mm，在經(jīng)過處理之后最大粒徑為5mm。兩種設(shè)計配比強度必須達(dá)到規(guī)定的要求。進(jìn)場的格柵必須進(jìn)行檢查，這樣做的目的是為了滿足相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行換填前，要將地基進(jìn)行碾壓，可以碾壓5遍左右。換填的砂礫石必須每層都很夯實，密度達(dá)到90%以上[6]。

4.2擋墻施工方法

這個施工有一套成熟完整的施工方案。本文在此就介紹一種，具體的操作過程見以下幾點：①格柵的剪裁，這個剪裁要經(jīng)過嚴(yán)格科學(xué)的設(shè)計后再操作。②將剪裁好的格柵與預(yù)留的格柵用連接棒連接起來，并確保拉緊。③將格柵自由的一端固定在回填土上。用裝載機將砂石料倒在格柵上，并夯實。④要重復(fù)操作第①至第④步，直至墻頂。

5　結(jié)束語

高邊坡加筋擋土墻可以利用其優(yōu)勢來使之成為復(fù)合體承載結(jié)構(gòu)，這與傳統(tǒng)的重力式擋墻相比較，它對地質(zhì)的要求不高，這樣其就可以廣泛應(yīng)用。除此之外，它的工程造價也比較低，在幾種常用的擋墻中操作最方便，成本也最低。加筋擋土墻在實際的應(yīng)用中并不是很常見，大多數(shù)被用作傳統(tǒng)設(shè)計的驗證方法。在當(dāng)前，我國的加筋擋土墻的設(shè)計方法全部都是使用安全系數(shù)法，這主要是在確定的參數(shù)情況下來進(jìn)行，但在實際的工程中并沒有這么的理想，主要是存在了許多不可抗拒的因素在其中，單一的安全系數(shù)并不能真正的反應(yīng)加筋土結(jié)構(gòu)的實際情況。這樣的設(shè)計方法存在著很多的局限性，設(shè)計的結(jié)果并不是很準(zhǔn)。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，越來越多對加筋擋土墻的設(shè)計如雨后春筍般出現(xiàn)，加緊擋土墻的設(shè)計理念也越來越先進(jìn)。在全面考慮各種因素的實際情況之后，不同狀態(tài)下的各種材料之間存在著兼容性，與此同時還可以考慮外界和內(nèi)部環(huán)境對材料的影響，從而使得首先從理論上更接近實際的情況，能夠真實有效的反應(yīng)這個結(jié)構(gòu)的特點和使用的要求，這符合國際巖土工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展潮流，這也可以使得我國在這個領(lǐng)域更與世界先進(jìn)水平接近，最終使得設(shè)計是經(jīng)濟合理的。

[1]《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50290-98）[S].北京：中國計劃出版社，1998，24（3）：32～33.

[2]《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）[S].北京：中國水利水電出版社，1998，22（5）：76～79.

[3]李廣信.關(guān)于土工合成材料加筋設(shè)計的若干問題[J].巖土工程學(xué)報，2013，35（4）：605～610.

[4]包承綱.土工合成材料應(yīng)用原理與工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2008，12（3）：165～166.

[5]楊廣慶.土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)理論及工程應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010，23（4）：45～46.

[6]鄭鴻，劉偉，裴建軍.塑料土工格柵的現(xiàn)場破壞實驗[J].工程塑料應(yīng)用，2005，33（6）：49～51.

TU43

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2015-7-8