公路立交引道加筋土挡土墙的设计与应用

2013-07-16袁报

山西建筑 2013年6期

关键词：拉筋格栅挡土墙

袁报

(中铁二院工程集团有限责任公司，山东济南 250012)

0 引言

加筋土挡土墙结构具有占地少，施工简便，地基承载力要求低，抗震性能好，造型美观没有环境污染，经济效益好等诸多优点。下面仅以蓝烟线K15+655即墨市太祉庄公路平交改立交引道工程为例，浅谈土工格栅加筋挡土墙结构在路基工程的设计与应用。

1 工程概况

本工程位于即墨市移风店镇太祉庄附近。既有即墨至移风店镇公路，与蓝烟铁路在铁路里程K15+655处平交叉，平交道口宽5 m，为监护道口，现已拆除，改为公路立交上跨铁路。本工程为公路立交桥两侧的引道收坡而设。

段内上覆第四系人工填筑土，厚度为0.4 m～3.2 m，以粉质黏土为主;含姜石粉质黏土;下伏基岩为全风化砂质泥岩(W4)、强风化砂质泥岩(W3)。表层人工填筑土物理力学指标较低:C=10 kPa，φ =25°，［σ］=150 kPa。

因为加筋土具有竖直边坡，比一般填土地基承载力要大一点，相比刚性挡土墙要低，一般要求［σ］=150 kPa，下沉量与挡墙高度之比小于1%，对于软土、不稳定边坡、盐渍土和变电所附近，因其沉陷量、滑移量过大，或是对筋带、钢条有电化学腐蚀作用，均不宜使用加筋土。有水流冲刷的基础也必须有防护。注意防止面板与填方不均匀沉陷。基础用浆砌片石，每10 m～15 m留一沉降缝。

综合考虑，太祉庄公路立交桥两侧引道设加筋土挡土墙，以适应两侧无放坡条件和收坡少占地的状况。

2 设计依据

1)设计依据为GB 50290-98土工合成材料应用技术规范、JTJ/T 019-98公路土工合成材料应用技术规范、JT/T 480-2002交通工程土工合成材料——土工格栅。2)填料的重度和综合内摩擦角分别按γ=19 kN/m3，φ=30°考虑;设计使用年限按50年考虑;坡顶附加荷载按30 kPa考虑。拉筋拉力峰值安全系数K=2.0、材料强度安全系数Kc=4。

3 土工格栅加筋挡土墙设计［1-3］

3.1 墙面板

墙面板的作用是阻挡填土被挤出、坍塌，迫使拉筋、填料、面板三者构成一个整体。国内均用C20混凝土或加筋的预制板，其形状主要有矩形、十字形、六边形等几种。墙面板应预留泄水孔，当墙后填筑细粒土时，应设置反滤层。板的面积通常小于1.5 m×1.5 m。在城市附近的铺面板还可以加上花盆或其他艺术上的处理，与周围的环境协调。路肩墙上加帽石及栏杆。

3.2 填料

填料一般宜采用渗水性的砂石、碎石土(卵石土、碎石土、砾石土)作填料，随铺设拉筋层压实。条件困难时采取相应的工程措施，保证结构的安全。基床以下细粒土填料的压实系数应达到0.9，细粒土含量不大于25%，粒径宜小于6 cm、大于10 cm应除去，以免压坏筋带。最上层拉筋的填土厚最少40 cm，保证有足够的正压力。

3.3 拉筋

拉筋在加筋土挡土墙中起着控制作用，必须具有足够的抗拉强度、较好的柔性和韧性;拉筋与填土之间有较大的摩阻力;拉筋要便于加工制作、造价低廉，与面板连接必须牢固可靠，且有较好的耐腐性能。

3.4 帽石

帽石起固定和约束面板的作用，同时用以安装栏杆。

3.5 基础

基础用混凝土灌注或浆砌片石砌筑。一般为矩形，高0.25 m～0.4 m，宽0.3 m ～0.5 m，顶面可作一凹槽，以利于安装底层墙面板。对于软弱地基除需处理外，基础尺寸宜适当加大。基础的埋置深度尚应考虑冻结深度、水流冲刷等情况。

3.6 沉降缝与伸缩缝

沉降缝与伸缩缝沿长度方向，结合地质条件和墙高变化，每隔10 m～15 m设置一道沉降缝，兼作伸缩缝。

3.7 计算

根据法国学者Juran博士和F.Schosser(1978)教授的实验和推论，加筋区内的破裂面在下半部为通过墙踵的对数螺线，上半部分与墙平行，和墙面板的距离约0.3H。挡墙上半部正负剪力正在此处变更。

为简化计算，视上半部破裂面为平行于墙面的直线，下半部用破裂角为45°－0.5φ的破裂角代替。土压力的计算按照《铁路路基支挡结构设计规范》规定:上半部0.5H墙高采用静止土压力，下半部均用墙高0.5H处的静止土压力，由荷载产生的压力另计。

拉筋长度分为两段，在主动区即最大拉力面以内l0称为无效长度，由下式计之:

在上半部:

在下半部:

其中，H为墙全高;zi为自路面至计算点的深度。

在弹性区内的长度le(m)称为有效长度，在此区内起锚固作用，其计算公式按抗拔安全要求计算得:

其中，Fs为安全系数(Fs=2);n，b为筋带的条数即宽度，m;f为填料和拉筋的摩擦系数(由实验决定，一般f=0.3～0.4);σn为法向应力(包括自重应力和附加应力，kPa);Ti为在zi处拉筋所受的拉力，kN。

σn和Ti由下式计算:

筋带抗拉安全系数:

式中:q——超载，kPa;

i——层数;

Rt——拉筋抗拉强度，kPa;

Sy——拉筋竖向间距，m;

Sx——拉筋横向间距，m;

γ——土的体力，kN/m3;

K0——静止土压力系数，K0=1 － sinφ。

筋带全长:l=l0+le。

当墙顶为水平填土时，拉筋的最小长度应为:

自顶端至0.5H 高处，lmin=0.7H。

自底端至0.3H 高处，lmin=0.4H。

上式中包括拉筋的无效长度在内。在0.4H～0.7H间筋带的最小长度可取平均值。

加筋挡土墙整体稳定性，是将墙身作为一个刚体，同重力式挡墙一样，计算其抗滑动和倾覆稳定性、地基承载力、地基沉降量和深层滑动稳定性。

4 工程措施

1)GK0+036.95 ～ GK0+187.10 长 150.15 m，GK0+258.94 ～GK0+399.08长140.14 m，两侧设塑料格栅加筋土挡土墙。筋材采用EG65R，EG130R，EG170R聚乙烯单向土工格栅，其有效幅宽为1.0 m。抗老化指标:碳黑含量应不小于2%，粒径为20 nm，分散均匀。

2)GK0+258.94～GK0+306.94 段，长 48 m，加筋土挡土墙基础处为人工开挖坑槽，施工时应先抽干积水，然后底层1 m厚范围采用渗水土分层填筑，并采用重型机械碾压，其余采用合格C类土分层填筑，换填土层的承载力必须达到［σ］=200 kPa。

3)挡墙墙顶设置现浇C20混凝土帽石，帽石飞檐宽度0.1 m，分段长度为2块～4块板面。为与其上防撞墩相连，帽石内应预埋钢筋。帽石底面水平，顶面高程与路肩高程相同。

4)墙面板下设现浇C15混凝土条形基础，基础的顶面、底面水平。

5)墙面板内侧设0.3 m厚的砂卵石反滤层，下设0.3 m高粘土隔水层。

6)墙身纵向每隔10 m设1 cm宽的伸缩(沉降)缝，并满塞沥青木板。

5 施工注意事项

1)墙面板采用C20混凝土预制块，其内预埋连接土工格栅，细部结构详见墙面板结构设计图。挡墙墙面设1∶0.05的胸坡坡率，为确保墙面平顺整齐，面板挂线安装，其仰角应在挡墙设计胸坡坡率的基础上再预留2%的后仰度，施工过程中应对墙面位移进行适时监测(每100 m设2个以上测点)，根据监测结果调整施工工艺，以确保竣工后墙面坡率保持在设计范围内。预制时应标明预制块的上下，安装时不能将上下方向倒置，严禁因安放方向错误使墙面前倾。

2)拉筋与面板预埋格栅连接(HDPE连接棒交叉穿入格栅档条)时，拉筋应完整连续无破损和接头。拉筋铺设前，应先填土碾压至拉筋所在高程，形成自墙面板向路基中心方向有1%～3%仰坡的平整压实平面。铺设格栅时，应充分拉直、展平、张紧。

3)加筋土体内的填料必须分层填筑，分层碾压。当采用砂类土(细砂、粉砂、黏砂除外)、砾石类土及碎石类土时，其相对密实度Dr不应小于0.7;若采用细粒土，其压实系数Kh不小于0.89。加筋土体填料粒径不应大于0.1 m，与土工格栅接触部分的填料中不应含有尖锐棱角的块体，填料最大粒径不宜大于单层填料压实厚度的1/3，填料的含水量应控制在最佳含水量的－3% ～+2%以内。重型的碾压机械距面板距离不得小于1.5 m，板后1.5 m范围内宜用小型机械压实或人工夯实，禁止采用羊角碾。

4)条形基础和帽石为现场浇筑，面板严格按设计尺寸进行预制。需要25 cm×25 cm尺寸的面板时，可以采用Ⅲ型面板切割制作。

5)基底换填应分层铺填、分层压实。垫层的质量检验必须分层进行，每碾压完一层，应检验该层的平均压实系数。压实系数不应小于 0.94。

6)尽量避免在雨季和冬季施工。