自嵌加筋式擋墻在水利工程中的應用與實例

， ，

(1.河海大學設計研究院有限公司， 南京 210024； 2.河海大學基建處， 南京 210024；3.句容市水利農機局， 鎮江 212400)

自嵌加筋式擋墻在水利工程中的應用與實例

宋四海1，汪凌2，黃玉濤3

(1.河海大學設計研究院有限公司， 南京 210024； 2.河海大學基建處， 南京 210024；3.句容市水利農機局， 鎮江 212400)

本文概述了自嵌加筋式擋土墻的構造、優點及在水利工程中的應用，并以句容河上段河道綜合整治工程為實例介紹了自嵌加筋式擋墻的應用。

自嵌加筋式擋墻； 構造； 優點； 應用； 穩定計算

在水利工程中，擋土墻的應用已有很久的歷史。傳統的擋土墻結構只考慮了擋土功能的主要作用，而忽略了諸如柔性、美觀、施工方便和更加經濟等附加效果。隨著國民素質的提高，環保意識的增強，人類對于人與自然的認識不斷升華，對擋土結構在景觀、環保等方面提出了更高的要求。近些年，一種新型的擋土墻結構——自嵌加筋式擋土結構逐漸受到人們的關注，逐漸改變了人們對于水工駁岸“厚、笨、貴”的傳統觀念。

1 自嵌加筋式擋墻的構造

自嵌加筋式擋土墻主要由基礎、自嵌塊、排水骨料、嵌固棒、土工布、拉筋、壓頂和墻后回填土等組成，如圖1所示。

圖1 自嵌加筋式擋墻

a.基礎：由漿砌塊石或素混凝土組成，一般采用素混凝土底板，頂面可作一凹槽，以利于安裝底層面板。其作用相當于擴大建筑物基礎，將自嵌塊的重量擴散到地基中較大區域，從而提高地基承載力。

b.自嵌塊：自嵌塊是具有特殊形狀要求的混凝土制品，其作用是提供結構的穩定重量和花崗巖質的景觀。

c.排水骨料：排水骨料是分布在墻后的可自由排水的粒狀材料。一般采用級配碎石，寬度為30～40cm，與其相同的材料有時用來作為空心自嵌塊的填充料以增加自嵌塊的自重和抗剪能力。

d.嵌(錨)固棒：直線時插在塊與塊之間的小圓孔中，上面一塊的前小圓孔與下一塊的后小圓孔相連接，同時也嵌固了土工格柵，以免后面振動將土工格柵拉出；圓弧或曲線時上面一塊的前小圓孔與下一塊的橢圓孔相連接。

e.土工布；兩層格柵之間設300g/m2反濾土工布，上下各寬40cm。

f.拉筋：拉筋對于自嵌加筋式擋墻至關重要，應有較高的抗拉強度，有韌性、變形小，有較好的柔性，抗腐蝕，與填土間有較大摩阻力。目前國內常用的有扁鋼、聚丙烯土工帶等。

g.壓頂：擋墻頂面一般設置混凝土壓頂，既可以約束面板，同時也是為保證人身安全設置欄桿所需。

h.回填土：回填土為加筋擋土墻的主體材料，必須易于填筑和壓實，與拉筋有可靠的摩阻力，不應對拉筋有腐蝕性。通常，填料選擇有一定級配滲水性能的砂類土、礫石類土，隨鋪設拉筋，逐層壓實。條件困難時，也可采用黏性土或其他土，但必須有相應的措施以滿足防水、壓實度等要求，保證結構的安全。

2 自嵌加筋式擋墻的優點

自嵌加筋式擋墻與其他類型的擋墻(如：漿砌石、混凝土擋墻等)相比，有許多突出的優點：

2.1 結構新穎，造型美觀

自嵌加筋式擋墻結構新穎，巧妙地利用了面板、筋帶和填料。整個擋墻整齊、干凈，富于藝術感染力。面板可根據要求設計成各種顏色或不同的外觀形狀。墻面可垂直、退縮及曲線交互使用，通過顏色、面層質感和塊形的完美搭配，實現各種裝飾效果和建筑風格。

2.2 施工造價低

加筋擋墻在塊石原料緊缺的情況下，用加筋復合體代替原來的傳統結構，是很有現實意義的。由于其基礎小、面板薄，因此材料用量少。根據筆者最近的幾個工程的設計，在2.5m以內加筋土擋墻的造價與同等條件下的重力式擋墻造價相差不大，但2.5m以上造價相差越來越大，隨著擋墻高度的增高，造價降低幅度變大，一般降低15%～30%左右。

2.3 對地基要求低，抗震性能好

自嵌式擋土墻是柔性結構，且自重較輕，其結構的抗剪切能力是通過各層塊之間傳遞側向力來形成的，能夠適應地基較大的變形，并能很好地吸收地震的能量，故其抗震性好，適用于地震地區及軟弱地基。

2.4 施工方便快捷

自嵌加筋式擋墻結構決定了擋墻的施工方便快捷，主要體現在以下幾點：

a.擋土墻磚在施工時一層層擋土塊直接碼上去，無需用砂漿砌筑和錨栓。

b.擋土塊獨特的后緣結構能確保單位土塊位置準確，整個墻體齊整。

c.塊體尺寸、形狀完全相同，擺放時只要上下錯縫即可，無須特別注意塊體的擺放位置。

d.對基礎的要求低，基礎開挖量一般比其他型式的擋墻少，并無須特別處理。

e.經過多個工地的實地觀察及對各種擋墻定額的比較，與傳統擋土墻相比，自嵌加筋式擋墻施工速度可以提高15%～25%。

2.5 生態環保

自嵌加筋式擋墻可根據需要設置魚巢、植栽等設施，有利于水生動植物的存活及景觀綠化；透水性良好，墻體后有碎石排水層，這保證了整個墻體排水的通暢性，使水能透過墻體與土壤進行自由交換，通過水體不斷的循環交流，使水體達到自身凈化的目的，改善水質環境。

3 自嵌加筋式擋墻在水利工程中的應用

自嵌加筋式擋墻目前應用較廣泛，但是在近幾年才應用于水利工程，主要應用于以下方面：

3.1 在水位驟變河道中的應用

自嵌加筋式擋墻的碎石反濾層自我排水能力極強，在水位驟變時能有效抑制擋墻的鼓脹和倒塌；反濾土工布使回填土不被水流帶走又能使墻身及墻后的水自然排出，有效降低墻后水壓力，提高抗洪能力。

3.2 在航道防撞抗沖刷中的應用

自嵌塊錨固棒具有一定的彈性，在受到水流沖刷時向后傾斜，在一定時間后可自動調整結構回復到初始狀態，同時在沖擊力的作用下級配碎石對自嵌塊起到緩沖作用，能釋放部分荷載，提高防高速水流沖刷和消浪能力。

在自嵌塊自動化生產過程中可以加入柔性纖維和韌性添加劑，纖維混凝土吸收動能的能力較好，能夠明顯改善混凝土的抗沖擊性能，有利于提高混凝土結構的耐久性能。同時也可以加入廢舊輪胎來提高自嵌塊的高強、耐磨指標。

3.3 在地震活動帶中的應用

自嵌加筋式擋墻并非只有少數的幾個關鍵連接點，能夠為地震力提供附加的轉力路徑。地震時塊體、碎石反濾層和加筋土的運動會吸取較大的能量，造成振動時多部分的微碰撞，相互制約、互相吸能，從而降低整個結構的地震反應。一旦某連接點超載，其超載部分可由相鄰的連接點分擔。可見，自嵌加筋式擋墻在地震活動帶中應用是較適合的。

3.4 在魚類保護中的應用

傳統河道采用混凝土固化，魚類直接產卵在混凝土邊坡上，很容易被水流沖散或被混凝土的堿性殺死，甚至成為天敵的食物。自嵌式擋墻在水下形成魚巢，魚巢中的碎石和泥土是魚類產卵的最佳環境，為魚類自然生長提供了棲息、繁殖場所。

4 自嵌式擋墻應用實例

4.1 工程概況

該工程為句容河上段河道綜合整治，全長3450m，整治后河道中心線基本與現狀河道重合，駁岸采用自嵌加筋式擋墻結構(見圖2)。擋墻頂高程2.50m，底高程為-1.10m，底板為C15埋石混凝土，厚0.5m。擋墻后設40cm級配碎石，拉筋采用土工格柵，抗拉能力雙向50kN。

圖2 自嵌加筋式擋墻標準斷面

根據鉆探資料，結合巖土體的成因類型及其物理力學性質，自上而下分為四個工程地質層：①-1耕填土、①-2淤泥質粉質黏土、②重粉質壤土、③ 含細粒土礫、④-1全～強風化粉砂質泥巖、④-2弱風化粉砂質泥巖。河岸擋土墻以②層為基礎持力層。地基承載力特征值為110kPa。

4.2 采用的技術標準

《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)中4.2.19規定“加筋式擋土墻的墻體及其基礎的斷面以及筋材及其長度，應根據作用于墻上的各項荷載分別按墻體外部穩定性和筋材內部穩定性試算確定”[1]。

《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)中9.2.1規定“堤防工程設計應根據不同堤段的防洪任務、工程級別、地形地質條件，結合堤身的結構形式、高度和填筑材料等因素，選擇有代表性的斷面進行抗滑和抗傾穩定計算”[2]。

《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)中3.2.11規定“對于加筋式擋土墻，不論其級別，基本荷載組合條件下的抗滑穩定安全系數不應小于1.40，特殊荷載組合條件下的抗滑穩定安全系數不應小于1.30”[3]。

從以上規范可知，水工結構的自嵌加筋式擋墻主要計算內容為外部穩定、內部穩定、整體穩定，局部穩定計算主要由廠家控制。計算外部穩定時的抗滑穩定安全系數按《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)中3.2.11取值。筋帶抗拔安全系數、抗傾覆穩定系數允許值查《公路加筋土工程設計規范》。

計算整體穩定時按《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)中取值。因該段堤防等級為3等，按瑞典圓弧法計算，正常運用條件下抗滑安全系數不小于1.20，非常運用條件Ⅰ下抗滑安全系數不小于1.15，非常運用條件Ⅱ下抗滑安全系數不小于1.05。

4.3 穩定計算

本次設計以完建期為控制工況，計算參數如下：擋土最大墻高3.60m，單個筋帶厚3mm，筋帶水平方向間距為0.20m，筋帶垂直方向間距為0.45m，加筋帶長度為2.50～3.50m。計算成果見下表。

自嵌加筋式擋墻穩定計算成果表

經計算，墻趾處地基壓應力為89.90kPa，墻踵處地基承載力壓應力為55.23kPa，平均地基承載力為72.57kPa，滿足地基承載力要求。

5 結 語

近年來，我國水利工程建設中“生態水工學”的理念逐漸被廣大的工程技術人員接受，且十八大提出了“美麗中國”這一新的觀念。“以人為本”的人性化設計、生態化設計思想得到了越來越多的重視。改變過去隨處可見的灰色單調、千篇一律的呼聲越來越高。自嵌式加筋擋土墻施工簡單易行、技術先進、安全可靠、生態景觀效果好，必將成為未來水工駁岸設計的一種新趨勢。

[1] SL 379—2007 水工擋土墻設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2] GB 50286—2013 堤防工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[3] SL 379—2007 水工擋土墻設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

Application and Example of Self-embedded Reinforced Retaining Wall in Water Conservancy Project

SONG Si-hai1, WANG Ling2, HUANG Yu-tao3

(1. Hohai University Design Institute Co., Ltd., Nanjing 210024, China; 2. Infrastructure ManagementDepartment of Hohai University, Nanjing 210024, China; 3. Jurong Water Conservancy Agricultural

Machine Bureau, Zhenjiang 212400, China)

The structure, advantages and applications in water conservancy projects of self-embedded reinforced retaining wall are introduced in the paper. Jurong River upper section river comprehensive improvement project is adopted as an example for introducing the application of self-embedded reinforced retaining wall.

self-embedded reinforced retaining wall; structure; advantages; application; stability calculation

TV64

A

1005-4774(2014)08-0001-04