（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

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

張 燎 徐賢昭

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

加筋土擋土墻是20多年來(lái)我國(guó)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(diǎn)，在公路、水利等行業(yè)廣泛應(yīng)用。以設(shè)計(jì)方案比選、拉筋設(shè)計(jì)、拉筋抗拔穩(wěn)定檢算以及面板和其他構(gòu)造的設(shè)計(jì)為重點(diǎn)， 本文主要針對(duì)加筋土擋墻技術(shù)在山區(qū)高等級(jí)公路上的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

高路堤； 加筋土； 擋土墻；土壓力；設(shè)計(jì)

加筋土擋土墻是六十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)土基加固技術(shù)，由法國(guó)工程師亨利·維達(dá)爾在進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究后，提出了土的加筋方法與設(shè)計(jì)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(jì)中采用的最多，效果顯著。加筋土擋土墻是用來(lái)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(dá)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(duì)加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對(duì)其他結(jié)構(gòu)物小，地基的處理也較簡(jiǎn)便；節(jié)約占地，造價(jià)比較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)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(jì)及驗(yàn)算

1工程概況

根據(jù)某高速公路的資料進(jìn)行研究，該高速公路途徑云南昆明境內(nèi)，設(shè)計(jì)雙向四車道，路基設(shè)計(jì)根據(jù)地形差異略有不同，寬度設(shè)計(jì)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(jì)中采用加筋土擋土墻設(shè)計(jì)，主要的區(qū)段為K218+630-K219+290段，路堤最大填高為24米，因?yàn)樵撀范翁幱谛逼挛恢?，山體滑披對(duì)路段的影響比較大，如果采用跨線橋，那么樁基礎(chǔ)造價(jià)非常高，而且施工難度相當(dāng)大，而該路段經(jīng)過(guò)U型谷，如果采用填土路基的話，對(duì)棄渣問(wèn)題也能解決，因此設(shè)計(jì)路基方案。

2設(shè)計(jì)方案的比選

在路面設(shè)計(jì)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(jì)方面比較簡(jiǎn)單，而且施工也較為方便，但是由于坡腳的延伸比較大，實(shí)際工程量是非常大的，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，填土可達(dá)24萬(wàn)m3，坡腳可延伸124.7米，投資較大，浪費(fèi)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(jì)為27.75米，由于地基的承載力有限，對(duì)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(qiáng)度達(dá)到一定程度以后才能填土，比較耗費(fèi)工時(shí)，增加了經(jīng)濟(jì)投入。

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

對(duì)幾種方案進(jìn)行對(duì)比以后，加筋土擋墻的優(yōu)勢(shì)比較明顯，能夠大幅度降低工程造價(jià)，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)過(guò)綜合考量，該工程確定采用加筋土擋墻設(shè)計(jì)方案，本方案中，采用了多級(jí)臺(tái)階式土擋墻結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2拉筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)加筋土擋土墻穩(wěn)定性計(jì)算過(guò)程不予詳述。依據(jù)計(jì)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(shí)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(qiáng)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(dāng)最大拉伸應(yīng)變達(dá)10%時(shí)， 對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度不小于120kN/m， 在20%時(shí)的蠕變極限強(qiáng)度為44kN/m； 在-45℃低溫下凍融循環(huán)200次抗拉強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值， 且具有長(zhǎng)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(zhǎng)度由內(nèi)、外部穩(wěn)定性計(jì)算得到； 回裹拉筋長(zhǎng)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(zhǎng)度2-3m， 自模塊外側(cè)算起。拉筋重疊時(shí)， 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(kāi)?；毓盍虾穸葹?.120m （構(gòu)造拉筋與受力主筋不重疊時(shí)）或0.125m （構(gòu)造拉筋與受力主筋重疊時(shí)）。合地形做成臺(tái)階形， 臺(tái)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(chǎng)灌注， 根據(jù)需要設(shè)計(jì)成臺(tái)階式或裙帶式。路肩式加筋墻墻頂設(shè)防護(hù)桿欄。

3 拉筋抗拔穩(wěn)定檢算

3.1 計(jì)算拉筋的計(jì)算拉力

3.2 拉筋摩擦力的計(jì)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(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，其值為1.6。

4墻面板及其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)墻面板進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，確定結(jié)構(gòu)計(jì)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(jiǎn)支板進(jìn)行計(jì)算，其中面板土的壓力均勻分布，包含厚度設(shè)計(jì)、配筋設(shè)計(jì)等。在對(duì)其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，包含帽石設(shè)計(jì)、聯(lián)結(jié)件設(shè)計(jì)、伸縮縫設(shè)計(jì)、沉降設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等，其中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括擋墻基礎(chǔ)與面板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)

從拉筋的抗拔穩(wěn)定計(jì)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(jì)算可知，其大小和填料與拉筋間的摩擦系數(shù)、拉筋長(zhǎng)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(jī)理非常復(fù)雜，對(duì)摩擦系數(shù)的影響包含計(jì)算方法、填土與拉筋間的摩擦力等等，這些都需要在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抗拔試驗(yàn)來(lái)確定，如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有試驗(yàn)條件，系數(shù)可選擇0.3-0.4之間，在本設(shè)計(jì)中，選擇0.35，當(dāng)然這個(gè)值實(shí)際上是偏小的。除此以外，對(duì)于梯形拉筋塊埋在土中，具有錨固的作用，其阻力在計(jì)算中忽略，因此本設(shè)計(jì)的取值是保守的，也是安全的。

經(jīng)過(guò)在本該高速公路中采用高路堤加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)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(xiàng)已經(jīng)比較成熟的技術(shù)，但世界上沒(méi)有兩個(gè)完全相同的工程項(xiàng)目，因此在采用該施工技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)工程的特殊性，如工程所處地理位置，工程現(xiàn)場(chǎng)條件以及其它特殊情況，制定出不同的符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的施工措施。

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