基于山区高速公路特点构建的高路堤加筋土挡土墙设计思路研究

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052）

基于山区高速公路特点构建的高路堤加筋土挡土墙设计思路研究

张 燎 徐贤昭

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052）

加筋土挡土墙是20多年来我国公路工程中广泛采用的挡土墙新技术，具有施工方便、节省材料、占地少等优点，在公路、水利等行业广泛应用。以设计方案比选、拉筋设计、拉筋抗拔稳定检算以及面板和其他构造的设计为重点， 本文主要针对加筋土挡墙技术在山区高等级公路上的应用进行简单分析。

高路堤； 加筋土； 挡土墙；土压力；设计

加筋土挡土墙是六十年代发展起来的一项土基加固技术，由法国工程师亨利·维达尔在进行了一系列实验研究后，提出了土的加筋方法与设计理论，于1963年修建了第一座加筋挡土墙。而后在全世界交通土建工程中得到广泛的应用，目前在山区高速公路路基结构设计中采用的最多，效果显著。加筋土挡土墙是用来支撑天然或人工斜坡、防止土坡坍塌、保持土体稳定性的建筑物，它承受的主要荷载是土压力。 在土木工程中， 重力式挡土墙是挡土墙的主要形式。 加筋土挡土墙由墙面板、拉筋组成，它是依靠填料与拉筋间的摩擦力拉住墙面板， 以承受墙面板后的土压力。为保证拉筋的摩擦力， 墙后的填料应采用粗粒土；钢筋混凝土墙面板的形状， 在平面上多为十字形、矩形、六角形等。

一、加筋土挡土墙基本构造

加筋土挡土墙是由填土、拉筋和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性，从而达到稳定土体的目的。加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；节约占地，造价比较低，具有良好的经济效益。

图1 加筋土挡墙各部位尺寸示意图（m）

二、加筋土挡土墙的设计及验算

1工程概况

根据某高速公路的资料进行研究，该高速公路途径云南昆明境内，设计双向四车道，路基设计根据地形差异略有不同，宽度设计山岭区21.5米，微丘陵区24.5米，重丘陵区23米。由于高速公路其中的一段穿越山区，因此，在路堤设计中采用加筋土挡土墙设计，主要的区段为K218+630-K219+290段，路堤最大填高为24米，因为该路段处于斜坡位置，山体滑披对路段的影响比较大，如果采用跨线桥，那么桩基础造价非常高，而且施工难度相当大，而该路段经过U型谷，如果采用填土路基的话，对弃渣问题也能解决，因此设计路基方案。

2设计方案的比选

在路面设计方案中，包含重力式挡墙、填筑路基、加筋土挡墙几种。

填筑路基。如果选择一般填筑路基，尽管在设计方面比较简单，而且施工也较为方便，但是由于坡脚的延伸比较大，实际工程量是非常大的，经过简单计算，填土可达24万m3，坡脚可延伸124.7米，投资较大，浪费较多，路基整体的稳定性也比较差。

重力式挡墙。采用重力式挡墙的话，墙高设计为27.75米，由于地基的承载力有限，对该高度的挡墙压力难以承受，需要将基础拓宽，工程量增加，难度增加，而且该类型挡墙必须要在墙体自身强度达到一定程度以后才能填土，比较耗费工时，增加了经济投入。

加筋土挡墙。此类挡墙结构比较简单，具有外形美观、施工方便、节省材料、节省时间的优势，而且墙体面板以及拉近都可以在工厂预制，施工现场进行拼装，对于机械化操作而言比较方便，同时也能够保证质量，墙体的稳定性较好，具有经济、合理的特点。

对几种方案进行对比以后，加筋土挡墙的优势比较明显，能够大幅度降低工程造价，而且具有较好的经济效益，进过综合考量，该工程确定采用加筋土挡墙设计方案，本方案中，采用了多级台阶式土挡墙结构，具体设计如图1所示。

2拉筋结构设计

对加筋土挡土墙稳定性计算过程不予详述。依据计算结果， 路肩式加筋土挡土墙横断面结构。填料尽量采用粗粒土， 不含粒径大于1/3填土厚度的尖棱状碎石。填料压实度应满足规范要求。拉筋结合山区气候和高烈度地震的特征，采用高密度聚乙烯土工格栅和双向经编高强土工格栅作为拉筋材料， 要求有效面积系数为0.4， 与填料间摩擦系数为0.4， 当最大拉伸应变达10%时， 对应的抗拉强度不小于120kN/m， 在20%时的蠕变极限强度为44kN/m； 在-45℃低温下冻融循环200次抗拉强度不小于设计标准值， 且具有长期的抗老化性能。拉筋分为受力拉筋、回裹拉筋及构造拉筋等，受力拉筋长度由内、外部稳定性计算得到； 回裹拉筋长度2-3m （包括回裹弧形部分）， 用以包裹土体， 与受力拉筋形成自稳体系； 构造拉筋将模块与加筋体连为一体， 长度2-3m， 自模块外侧算起。拉筋重叠时， 除构造拉筋与受力主筋可直接重叠外， 其它拉筋之间用不小于5cm 厚填料隔开。回裹填料厚度为0.120m （构造拉筋与受力主筋不重叠时）或0.125m （构造拉筋与受力主筋重叠时）。合地形做成台阶形， 台阶高度（相邻基础顶面高差）应为模块厚度的整数倍， 路基两侧挡墙基顶高差应为模块厚度的整数倍。帽石采用C20混凝土现场灌注， 根据需要设计成台阶式或裙带式。路肩式加筋墙墙顶设防护杆栏。

3 拉筋抗拔稳定检算

3.1 计算拉筋的计算拉力

3.2 拉筋摩擦力的计算

3.3 拉筋抗拔稳定检算

全墙抗拔稳定系数≮2.0， 按下式计算：

经计算，其值为1.6。

4墙面板及其它结构设计

在对墙面板进行设计的时候，确定结构计算模型，然后选取所在位置的土体压力作为最大荷载值，根据两端悬出的简支板进行计算，其中面板土的压力均匀分布，包含厚度设计、配筋设计等。在对其它结构进行设计时，包含帽石设计、联结件设计、伸缩缝设计、沉降设计及基础设计等，其中基础设计包括挡墙基础与面板基础设计。

结语

从拉筋的抗拔稳定计算结果可知，拉筋与填料之间的摩擦力，是挡墙稳定性的关键因素，摩擦力越大，挡土墙越稳定，根据摩擦力计算可知，其大小和填料与拉筋间的摩擦系数、拉筋长度、拉筋上的压应力、拉筋宽度等有直接关系。拉筋与土体之间的摩擦机理非常复杂，对摩擦系数的影响包含计算方法、填土与拉筋间的摩擦力等等，这些都需要在实际施工现场进行抗拔试验来确定，如果现场没有试验条件，系数可选择0.3-0.4之间，在本设计中，选择0.35，当然这个值实际上是偏小的。除此以外，对于梯形拉筋块埋在土中，具有锚固的作用，其阻力在计算中忽略，因此本设计的取值是保守的，也是安全的。

经过在本该高速公路中采用高路堤加筋土挡土墙的设计思路，提高了路堤的稳定性，确保了工程的质量。加筋土挡土墙施工技术虽然是一项已经比较成熟的技术，但世界上没有两个完全相同的工程项目，因此在采用该施工技术时，应根据各个工程的特殊性，如工程所处地理位置，工程现场条件以及其它特殊情况，制定出不同的符合现场实际的施工措施。

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[2]何哲亮．浅谈某高速公路挡土墙设计[J]．城市建设与商业网点，2009（23）．

[3]荀家正，王永，昝成忠．加筋土挡土墙在山区高速公路中的应用[J]．云南交通科技，2012（5）．

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