基于山區高速公路特點構建的高路堤加筋土擋土墻設計思路研究

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

基于山區高速公路特點構建的高路堤加筋土擋土墻設計思路研究

張 燎 徐賢昭

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，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，具有施工方便、節省材料、占地少等優點，在公路、水利等行業廣泛應用。以設計方案比選、拉筋設計、拉筋抗拔穩定檢算以及面板和其他構造的設計為重點， 本文主要針對加筋土擋墻技術在山區高等級公路上的應用進行簡單分析。

高路堤； 加筋土； 擋土墻；土壓力；設計

加筋土擋土墻是六十年代發展起來的一項土基加固技術，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用，目前在山區高速公路路基結構設計中采用的最多，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，從而達到穩定土體的目的。加筋土是柔性結構物，能夠適應地基輕微的變形，填土引起的地基變形對加筋土擋土墻的穩定性影響比對其他結構物小，地基的處理也較簡便；節約占地，造價比較低，具有良好的經濟效益。

圖1 加筋土擋墻各部位尺寸示意圖（m）

二、加筋土擋土墻的設計及驗算

1工程概況

根據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，設計雙向四車道，路基設計根據地形差異略有不同，寬度設計山嶺區21.5米，微丘陵區24.5米，重丘陵區23米。由于高速公路其中的一段穿越山區，因此，在路堤設計中采用加筋土擋土墻設計，主要的區段為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，那么樁基礎造價非常高，而且施工難度相當大，而該路段經過U型谷，如果采用填土路基的話，對棄渣問題也能解決，因此設計路基方案。

2設計方案的比選

在路面設計方案中，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，路基整體的穩定性也比較差。

重力式擋墻。采用重力式擋墻的話，墻高設計為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，增加了經濟投入。

加筋土擋墻。此類擋墻結構比較簡單，具有外形美觀、施工方便、節省材料、節省時間的優勢，而且墻體面板以及拉近都可以在工廠預制，施工現場進行拼裝，對于機械化操作而言比較方便，同時也能夠保證質量，墻體的穩定性較好，具有經濟、合理的特點。

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

2拉筋結構設計

對加筋土擋土墻穩定性計算過程不予詳述。依據計算結果， 路肩式加筋土擋土墻橫斷面結構。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。填料壓實度應滿足規范要求。拉筋結合山區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編高強土工格柵作為拉筋材料， 要求有效面積系數為0.4， 與填料間摩擦系數為0.4， 當最大拉伸應變達10%時， 對應的抗拉強度不小于120kN/m， 在20%時的蠕變極限強度為44kN/m； 在-45℃低溫下凍融循環200次抗拉強度不小于設計標準值， 且具有長期的抗老化性能。拉筋分為受力拉筋、回裹拉筋及構造拉筋等，受力拉筋長度由內、外部穩定性計算得到； 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體系； 構造拉筋將模塊與加筋體連為一體， 長度2-3m， 自模塊外側算起。拉筋重疊時， 除構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。回裹填料厚度為0.120m （構造拉筋與受力主筋不重疊時）或0.125m （構造拉筋與受力主筋重疊時）。合地形做成臺階形， 臺階高度（相鄰基礎頂面高差）應為模塊厚度的整數倍， 路基兩側擋墻基頂高差應為模塊厚度的整數倍。帽石采用C20混凝土現場灌注， 根據需要設計成臺階式或裙帶式。路肩式加筋墻墻頂設防護桿欄。

3 拉筋抗拔穩定檢算

3.1 計算拉筋的計算拉力

3.2 拉筋摩擦力的計算

3.3 拉筋抗拔穩定檢算

全墻抗拔穩定系數≮2.0， 按下式計算：

經計算，其值為1.6。

4墻面板及其它結構設計

在對墻面板進行設計的時候，確定結構計算模型，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，包含厚度設計、配筋設計等。在對其它結構進行設計時，包含帽石設計、聯結件設計、伸縮縫設計、沉降設計及基礎設計等，其中基礎設計包括擋墻基礎與面板基礎設計。

結語

從拉筋的抗拔穩定計算結果可知，拉筋與填料之間的摩擦力，是擋墻穩定性的關鍵因素，摩擦力越大，擋土墻越穩定，根據摩擦力計算可知，其大小和填料與拉筋間的摩擦系數、拉筋長度、拉筋上的壓應力、拉筋寬度等有直接關系。拉筋與土體之間的摩擦機理非常復雜，對摩擦系數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場進行抗拔試驗來確定，如果現場沒有試驗條件，系數可選擇0.3-0.4之間，在本設計中，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，因此本設計的取值是保守的，也是安全的。

經過在本該高速公路中采用高路堤加筋土擋土墻的設計思路，提高了路堤的穩定性，確保了工程的質量。加筋土擋土墻施工技術雖然是一項已經比較成熟的技術，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時，應根據各個工程的特殊性，如工程所處地理位置，工程現場條件以及其它特殊情況，制定出不同的符合現場實際的施工措施。

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

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