加筋土擋土墻的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)

文/畢仁勇 大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 遼寧大連 116000

1、概述

加筋土擋土墻指的是由填土、拉帶和鑲面砌塊組成的加筋土承受土體側(cè)壓力的擋土墻。加筋土擋土墻是在土中加入拉筋，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特性，從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。加筋土擋土墻由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板三部分組成。一般應(yīng)用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡一般不宜使用。

加筋土擋土墻概念和設(shè)計(jì)理論是20世紀(jì)60年代法國(guó)工程師Henri Vidal首創(chuàng)的，根據(jù)他的設(shè)計(jì)理論于1965年在法國(guó)成功修建了第一座加筋土公路擋土墻。該項(xiàng)工程立刻引起了世界工程界的濃厚興趣，引起了世界各國(guó)的重視，得到很高評(píng)價(jià)。日本于1967年引進(jìn)了該技術(shù)，并且在70年代初開(kāi)始了模型研究，專門研究了其抗震性能并用于鐵道建設(shè)中。美國(guó)在1972年修建加州39號(hào)公路時(shí)開(kāi)始使用該項(xiàng)技術(shù)，并成立了專門的研究機(jī)構(gòu)從事有關(guān)研究和應(yīng)用工作。我國(guó)從70年代末80年代初開(kāi)始對(duì)加筋土擋土墻進(jìn)行研究，目前廣泛應(yīng)用在公路、鐵路、建筑等行業(yè)。國(guó)內(nèi)對(duì)加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)的理論研究已接近國(guó)際先進(jìn)水平。

2、加筋土擋墻的特點(diǎn)

在工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，加筋土擋土墻的多項(xiàng)特點(diǎn)使其優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，總體說(shuō)來(lái)有以下幾點(diǎn)：

（1）抗震好。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，它是一種很好的抗震結(jié)構(gòu)物。

（2）施工簡(jiǎn)便。加筋土擋土墻施工簡(jiǎn)便、快速，并且節(jié)省勞力和縮短工期，一般包括下列工序:基槽(坑)開(kāi)挖、地基處理、排水設(shè)施、基礎(chǔ)澆(砌)筑、構(gòu)件預(yù)制與安裝、筋帶鋪設(shè)、填料填筑與壓實(shí)、墻頂封閉等，其中現(xiàn)場(chǎng)墻面板拼裝、筋帶鋪設(shè)、填料填筑與壓實(shí)等工序是交叉進(jìn)行的。

（3）造價(jià)比較低。與普通重力式擋墻相比，可節(jié)省大量的圬工材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）節(jié)約占地，造型美觀。與普通重力式擋墻不同，墻面可為垂直，從而很大程度上減少占地面積。加筋土擋土墻的面板可結(jié)合周邊環(huán)境設(shè)計(jì)成各種造型，改善道路沿線景觀效果。

3、加筋土擋墻的設(shè)計(jì)

加筋土擋墻的設(shè)計(jì)方法主要包括極限平衡法，極限狀態(tài)法以及有限元法三種。加筋土擋墻結(jié)構(gòu)計(jì)算主要分為兩大部分，一是內(nèi)部穩(wěn)定性分析，二是外部穩(wěn)定性分析。

（1）內(nèi)部穩(wěn)定性分析

內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算是要解決格柵的設(shè)置問(wèn)題，保證筋土形成的復(fù)合體能共同工作。加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定性分析包括確定筋帶的拉力和抗拔穩(wěn)定性及筋帶長(zhǎng)度。加筋材料拉力計(jì)算關(guān)鍵是確定土壓力計(jì)算系數(shù)。加筋材料拉力計(jì)算的土壓力系數(shù)不等同于擋土墻的土壓力系數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料分析，認(rèn)為在加筋土墻頂層，與靜止土壓力相同，在達(dá)到一定深度后基本上與主動(dòng)土壓力系數(shù)相同。加筋帶抗拔穩(wěn)定性主要就是驗(yàn)算加筋帶與土產(chǎn)生的摩阻力是否能夠足以抵抗下滑土體產(chǎn)生的拉拔力。極限拉拔力也就是當(dāng)加筋體出現(xiàn)很大側(cè)向變形乃至破裂面即將產(chǎn)生之時(shí)得到的。伸入破裂面后方的筋帶長(zhǎng)度才具有可靠的抗拔力，這段長(zhǎng)度稱為筋帶有效錨固長(zhǎng)度。加筋帶的抗拔穩(wěn)定與破裂面的位置與形狀密切相關(guān)。破裂面可通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得的資料確定。加筋材料的長(zhǎng)度為自由長(zhǎng)度與錨固長(zhǎng)度之和。

（2）外部穩(wěn)定性分析

加筋土擋土墻的外部穩(wěn)定性驗(yàn)算中視加筋體為剛體。驗(yàn)算項(xiàng)目一般包括基底滑移與傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、基礎(chǔ)底面地基承載力驗(yàn)算、整體穩(wěn)定性分析。土壓力計(jì)算根據(jù)加筋土擋土墻后填土的不同邊界條件,采用庫(kù)侖理論計(jì)算作用于加筋體的主動(dòng)土壓力，墻背摩擦角取加筋體填土的內(nèi)摩阻角與墻后填土內(nèi)摩阻角兩者中的較小值。抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算主要是驗(yàn)算加筋體在總水平力作用下,加筋體與地基問(wèn)產(chǎn)生摩阻力抵抗其滑移的能力。抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算為保證加筋土擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性,必須驗(yàn)算抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力。地基承載力驗(yàn)算就是要驗(yàn)證加筋體在總豎向力作用下,基底應(yīng)力是否小于地基承載力。由于加筋體承受偏心荷載,因此,基底壓應(yīng)力呈梯形分布。整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的目的在于確定加筋體隨地基一起沿著潛在的破裂面滑動(dòng)的安全系數(shù),可以采用圓弧法進(jìn)行驗(yàn)算,并設(shè)筋帶長(zhǎng)度不超過(guò)可能的滑動(dòng)畫。

結(jié)語(yǔ)：

加筋土擋土墻以其自身抗震好，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)比較低，節(jié)約占地，造型美觀等多方面的優(yōu)勢(shì)，成為目前道路工程、公路工程、建筑工程等行業(yè)中較為常見(jiàn)的一種支擋結(jié)構(gòu)。隨著加筋土擋土墻設(shè)計(jì)理論研究的深入，在未來(lái)，加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將更加完善并且貼近實(shí)際，使加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)更加安全可靠，耐久實(shí)用。

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