加筋土擋土墻在城市沿河道路中的應(yīng)用

謝東

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 430010）

0 前言

目前，在我國(guó)城市道路和公路工程建設(shè)中，路基所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)大部分為重力式擋土墻，究其原因?yàn)槭┕ず?jiǎn)易、就地取材。但這種結(jié)構(gòu)具有明顯的缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)笨重、體積大、造價(jià)高。隨著人們的生活水平不斷提高，精神文明建設(shè)不斷增強(qiáng)，現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)物不僅需要滿足安全性、實(shí)用性，還要有景觀性。

對(duì)于城市沿河道路而言，路基首先應(yīng)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(lè)。

由于沿河地帶地勢(shì)低洼，路基一般為全填方，沿河路基沖刷防護(hù)工程的類型主要有植被防護(hù)，砌石防護(hù)，土工織物，石籠防護(hù)，浸水擋土墻，拋石防護(hù)和排樁防護(hù)等。浸水擋土墻可以適用于流速5-8m/s的河段。

1 工程項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目為城市次干路，位于福建省福州市某縣城沿河段，全長(zhǎng)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(biāo)高在184.0～185.0m之間，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，路基除滿足技術(shù)要求外，還應(yīng)滿足景觀休閑功能，擬在道路沿河一側(cè)設(shè)置親水平臺(tái)，設(shè)計(jì)標(biāo)高約為187.0m，滿足常水位要求。

本項(xiàng)目沿河地質(zhì)條件，區(qū)域內(nèi)無(wú)大型構(gòu)造帶通過(guò)，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(duì)穩(wěn)定，無(wú)活動(dòng)性斷層存在。擬建場(chǎng)地抗震設(shè)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(shè)防類別為丙類。

圖1 本項(xiàng)目區(qū)位

2 加筋土擋土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本項(xiàng)目大部分為填方，道路設(shè)計(jì)標(biāo)高為防洪線以上1m，高程分布在192.0m左右，填方高度達(dá)到8m，其中親水平臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)高為187.0m，路基邊坡設(shè)計(jì)考慮采用分臺(tái)階擋土墻設(shè)計(jì)，上級(jí)臺(tái)階采用高5m的加筋土擋土墻，下級(jí)親水平臺(tái)采用高3m重力式擋土墻，臺(tái)階平臺(tái)設(shè)置向外2%的橫坡度。本方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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(dān)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(yù)留植被空隙。

2.1 內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算

加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算，假定墻體破裂面為折線形，折線以內(nèi)為自由活動(dòng)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(gè)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(jì)算分為兩部分：筋帶的抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算和全墻抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算。

不同深度的筋帶長(zhǎng)度由兩部分組成，一部分為活動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度，一部分為錨固區(qū)長(zhǎng)度。其中錨固區(qū)長(zhǎng)度根據(jù)筋帶上下兩個(gè)面的摩擦力所能夠提供的抗拔力進(jìn)行計(jì)算，筋帶活動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度可以按公式計(jì)算：

式中：H1-破裂角上部的豎直部分長(zhǎng)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(yàn)算，根據(jù)墻體高度采用不同安全系數(shù)值。當(dāng)墻高＜12m時(shí)，拉筋產(chǎn)生的摩擦力總和與拉筋承擔(dān)的總水平拉力總和之比應(yīng)≥2；當(dāng)墻高≥12m時(shí)，除了滿足以上要求外，還應(yīng)該滿足筋帶的有效拉力之和與破裂滑動(dòng)面及上部荷載產(chǎn)生的水平滑動(dòng)力比值≥1.25。

2.2 外部穩(wěn)定計(jì)算

加筋土擋土墻外部整體抗滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，可采用圓弧滑動(dòng)面模型進(jìn)行計(jì)算，其中抗滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算系數(shù)Ks，可以按公式進(jìn)行計(jì)算（參考公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則）：

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

在計(jì)算外部整體穩(wěn)定性時(shí)，車輛荷載作用在擋土墻后填土上，會(huì)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(duì)于汽車荷載產(chǎn)生的附加壓力值，根據(jù)墻體高度而定，當(dāng)墻高大于10m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值取10kN/m2，當(dāng)墻高小于2m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值取20kN/m2，其余高度按內(nèi)插計(jì)算。本方案中上部擋土墻高度為5m，標(biāo)準(zhǔn)值取16.25kN/m2。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

外部穩(wěn)定和內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算按下列荷載組合進(jìn)行：工況1，無(wú)車輛荷載狀態(tài)，；工況2，有車輛荷載狀態(tài)；工況3，地震無(wú)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(jì)算，不同荷載作用下的穩(wěn)定性計(jì)算詳見(jiàn)表1。

表1 不同荷載組合穩(wěn)定計(jì)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(diǎn)

加筋土擋土墻的主要施工工藝：準(zhǔn)備工作→場(chǎng)地平整→基礎(chǔ)施工→組裝面板→鋪設(shè)筋帶→攤鋪填料→夯實(shí)碾壓→修筑附屬工程→檢測(cè)驗(yàn)收。

施工前應(yīng)做好測(cè)量放樣和地基處理。筋帶的選擇應(yīng)滿足尺寸、強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗腐蝕、耐疲勞、防老化等特性，面板與筋帶的連接件應(yīng)該做好防銹蝕處理。在平面曲線轉(zhuǎn)角部位，可加鋪同號(hào)小片筋帶以保證連續(xù)性。筋帶發(fā)生重疊處應(yīng)加鋪粗砂層以增加摩擦力。

加筋土擋土墻基礎(chǔ)一般采用條形基礎(chǔ)，寬度厚度應(yīng)大于30cm，當(dāng)基礎(chǔ)下為土質(zhì)地基時(shí)應(yīng)加鋪砂礫墊層。

筋帶的填料宜采用密實(shí)性良好的砂性土，面板1.5m范圍，應(yīng)采用人工攤鋪壓實(shí)，避免對(duì)筋帶和面板造成損壞。施工中還應(yīng)做好防排水措施，在面板附近設(shè)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(shí)例，探討了沿河道路路基采用加筋土擋土墻時(shí)，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(jì)算方法，同時(shí)對(duì)加筋土擋土墻施工中的要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。