山地建筑加筋土挡墙的应用
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摘要 本文阐述的是加筋土挡墙的设计、施工及原位观测分析。
关键词 加筋土挡墙 设计测试
中图分类号：S611文献标识码： A
1 引言
山地建筑因场地较高的高差和坡度，需将建筑场地按不同标高划分成若干单元，各单元间需做挡墙。本文就加筋土挡土墙的设计和应用进行阐述。
加筋土挡土墙一般由基础、面板、拉筋带、填料四部分组成。加筋土挡土墙由这四部分形成的“墙体”起到了与重力式圬工结构、扶壁结构、沉箱结构等形式的墙体同样的作用。
1.1拉筋带
拉筋带目前应用的有五种，一是钢带，二是钢筋混凝土板带，三是聚丙烯条带，四是复合土工带，钢―塑复合土工带和玻璃纤维复合土工带，五是土工格栅、土工格网和复合土工布。
工程中经常使用的钢塑带（CAT带），可满足填土工程水平位移小、沉降量低的要求。以2%变形时的强度值为控制值，不超过其破断荷载的1/3。
1.2面板
面板大多数是钢筋混凝土板，混凝土标号不低于C20。
1.3填料
加筋土挡土墙填料一般要求为透水填料，近几年的实践表明，除膨胀土、软土、泥炭类土、白垩土、可溶盐类土等工程性质很差的土不宜作为填料外，大多数挡土墙附近的土都可作为填料。
1.4基础
基础主要承担面板荷重及填土土压力产生的基底压力。多数情况下设计为浅小基础即可，对地基土无特殊要求。即使遇到软土地基，也可用加筋土技术进行处理。
在工程中一般使用土压力盒量测基底压力和墙面土压力，钢筋计量测拉筋条应力，沉降杯量测填土沉降量，电阻应变片量测钢筋带的应力，经纬仪和墙面水平位移观测标尺量测墙面水平位移。
2 设计内容
加筋挡土墙的设计内容，包含整体稳定、外部稳定及内部稳定三部分。
2.1整体稳定就是边坡稳定，采用圆弧法计算墙整体的抗滑稳定性，根据已有的地质资料，采用总应力的瑞典条分法。在求滑弧上的下滑力时，与一般的边坡计算无异；当滑动弧把整个加筋体包含在内时，滑弧上的抗滑力，与一般的边坡计算无异；当滑动弧穿过加筋体时，须考虑圆弧之外的筋带所提供的抗滑力，抗滑力取筋带抗力及其所受锚固力的小者。在计算抗滑力时，若不考虑筋带对土的性质的改善，则不合理。现在一般认为圆弧的范围在坡脚以外。
2.2在规范中，外部稳定计算中，把筋体范围内的整个加筋土体视为一刚性“墙体”，但“墙”底实际上是柔性的，按刚性墙体的计算方法计算地基反力，计算的max值必将较实际的max偏大。
2.3内部稳定主要是筋带强度验算及筋带抗拔验算，按照规范[1]内部稳定采用应力分析法。一般而言，墙体上部的筋带数量及长度由抗拔控制，下部的筋带数量及长度由强度控制；筋带根数由强度控制，筋带长度由抗拔控制。恒载下，抗拉力由筋带强度控制。规范[1]规定在计算活载效应时，只考虑其产生的水平应力，而不考虑其产生的竖向应力，这使得上层筋带的抗拔总是在筋带长度很大时才能得到满足。
3 工程量及经济比较
加筋土挡土墙的费用一般为重力式挡土墙的50~80%。一般而言，墙越高，加筋土挡墙经济效益越明显。墙高10米时加筋土挡土墙约为重力式挡土墙的50%；墙高15米时加筋土挡土墙约为重力式挡土墙的40%；墙高20米时加筋土挡土墙约为重力式挡土墙的30%~35%。若有推土、运土、碾压机械配合，工期明显较重力式短。
4 后期观测
4.1基底压力
可由土压力盒测得基底土压力，一般埋设在最大墙高地段，间距10米。
4.2墙面的土压力
由不同高程的多个土压力盒测得墙面土压力。一般在墙高一半的位置，观测土压力较朗金土压力小一半，该点附近墙的位移最大，一般可达1%~2%墙高，即通常所说的“鼓肚”现象，导致土压力减小。该点附近墙高段受到面板自重竖向荷载及土压力合力作用点的联合作用，引起加筋土类柔性墙面产生明显水平位移。设计和施工中都可对该段采取一些有效的加强措施。
4.3钢塑带的拉力
依据拉筋的布设，各层设置土压力盒。每条拉筋拉力有两个峰值点，第一点在面板处，也可视为是面板的土压力；第二点离面板不同距离的填土中，主要由竖向填土自重和纵向拉力组成。拉筋最大拉力出现在第一层面板处。两个拉筋接力峰值点的连线为两个滑动面。第一滑动面在面板与填土交接处，第二滑动面离面板有不同的距离。第二滑动面的划分是确定滑动区及稳定区（或锚固区与非锚固区）及拉筋设计长度的依据。
4.4墙面水平位移
水平位移标尺在填土到顶以后才安装，并开始观测。
5 设计施工中的一些要点
5.1土工带或拉筋条是加筋土结构的主要构件，在进行局部稳定计算时，要考虑土工带的强度和摩阻力。前者取决于墙面土压力的大小，后者受锚固区的划分、填土性质、土工带的性质和尺寸等影响。
主动、被动、静止土压力的出现取决于墙背位移及方向。一般情况下，静止土压力比主动土压力大30%以上，被动土压力比主动土压力大4~5倍以上。当墙背离开填土的水平位移与墙高之比达到0.1%~0.5%时，就可能出现主动土压力。
5.2重力式挡土墙、桩板墙、锚定板、扶臂式挡土墙都有一定的刚度，限制墙后填土充分变形。因此，实测的土压力都大于主动土压力，多数介于主动和静止土压力之间。加筋土挡墙的面板是柔性结构，能适应和调整变形，但变形又受到拉筋的限制，因此，实测土压力等于或小于库仑或朗金主动土压力。设计中，对于砂性土，可采用库仑主动土压力；对于粘性土，可假定抗剪强度相等，将凝聚力c换算成c=0的等效内摩擦角D；也可令c=0，直接将提高5o~10o以后代入朗金公式计算。使用后一种方法时，可按c=4~6kPa将值提高1o。
5.3墙高10米左右时，滑动区与锚固区的划分可按0.3H法进行。高大加筋土挡墙的设计时，底部筋带与土体的摩擦力要进行折减，才能安全地确定筋带的长度。墙高大于10米以后，滑动区的宽度将小于0.3H。无论是何种情况，土工带的长度不应小于0.6H和3米。
锚固区的似摩擦系数包括了土工带与填土之间的摩擦、咬合、电化学吸力等。取值范围f=0.25~2.0，填土厚度H 越小，f值越大。H>5米以后，f值多数取0.3~0.5。但H>10米以后，摩阻力F并不随H值线性或明显增长。甚至H值大于某一数值后，F值不再增加。就象在H>20米或更深厚的土层中打一孔埋入土工带一样，摩阻力并不足够大或非常大。因此，摩阻力公式F=2・H・b・l・f 式中的f不是常量，h也不能无限制的使用。
墙高1/3处容易出现外凸，即“鼓肚”现象。设计时，该段适当加强。施工中，该段采用一些限位措施，并要确保施工质量。
5.4施工填土质量是工程关键。一是土料性质，粒径越粗，级配良好越好；二是碾压得越密实越好。
排水及反滤层的设计对重力式、扶臂式挡土墙来说至关重要，对整个墙面都可排水的加筋土挡土墙来说也很重要。这是因为，同墙高的水压力是土压力的三倍左右；水也可能绕渗基底，降低承载力、增加变形、减小抗滑力。一般高出墙外地面30厘米即设第一排排水孔，离墙顶填土1米左右设最后一排排水孔。加筋土施工主要是土方回填，施工排水尤为重要。一是降雨应采取常规措施予以遮盖或及时排走，二是如有地下水应采取盲沟或滤水管即时排走。施工排水不好而产生的严重后果有：土中含水量大而达不到设计要求的密实度；造成填料饱和（尤其是粘土），其值降低，侧压力成倍增加，承载力降低，引起过大的面板变形。
CAT带穿过面板刚环以后形成椭圆形环，在推土机及碾压的作用下，容易使面板产生较大的水平位移。施工时要用力压扁、并用白铁皮等锁紧。
6 结语
从近年加筋土挡土墙的实践来看，造价较圬工挡土墙降低20%~60%，墙高越高越经济；施工简便，工期短；少占地，造型美观；地基适应性强，结构抗震稳定性好；填料无特殊要求。
随着加筋材料的改善，玻纤土工带、钢筋混凝土拉筋条及CAT带的推广应用，克服了聚丙烯土工带延伸率较大的缺点，满足了高速公路变形限制严格的要求，必将在岩土工程的各方面进一步推广应用。
参考文献
1岩土工程勘察规范。GB50021-2009
2建筑地基处理技术规范．JGJ 79-2012
3 建筑地基及基础（第三版） 浙江大学编
4何光春编注．加筋土工程设计与施工
作者简介
1江 飞，毕业于河北工业大学，中级职称，一直从事结构设计工作
2付彦亭 ，毕业于河北工业大学，中级职称，一直从事结构设计工作