加筋挡土墙合理设计方法的探讨

周绪冬

（湖南城市学院规划建筑设计研究院　湖南　益阳　413000）

加筋挡土墙合理设计方法的探讨

周绪冬

（湖南城市学院规划建筑设计研究院湖南益阳413000）

以具体的工程为例，介绍了加筋挡土墙工程设计的方法等内容。同时探讨了高边坡加筋挡土墙设计的注意事项，并由此提出了加筋挡土墙施工时应该注意的具体事宜。最后也指出高边坡加筋挡土墙的优点，旨在推广这一施工技术手段。

土工合成材料；加筋挡土墙；设计；施工

引言

目前，加筋挡土墙正在广泛应用于各个工程领域中。合理的设计方法是保障其稳定安全的首要前提。现在国内外有关加筋挡土墙设计的技术规范主要是基于极限平衡方法进行结构内、外部稳定性分析。在加筋挡土墙的设计中可能会涉及到潜在破裂面形状等一系列问题，而各个设计技术规范是不一样的，它们彼此之间存在着比较大的差异。与此同时，大量的工程现场试验结果显示，极限平衡法设计的加筋挡土墙比较传统保守，尤其是对筋材的设计强度，往往高于其实际受力。正是由于这个原因，研究加筋挡土墙合理设计方法有着非常重要的意义。

1　工程概况

本工程是在北京市丰台区，此地位于北京的三环地区，是住宅小区与其北侧铁路干线间的噪声防护工程。该项目结合了小区的绿化带设计，全长380m，由下部的8m高加筋挡土墙和其上部6m高钢立柱轻质隔墙板声屏障构成。挡土墙部分下设钢筋混泥土的条形基础，其北侧采取预制混凝土面板，主要以砂砾土为主。高钢立柱轻质隔墙板声屏障的下部挡土墙部分顶宽6m，底宽主要是根据绿化坡地的实际宽度设计。本工程的土工材料主要采取的是高密度的材料。根据工程开始前的检查报告，打算建设在地形平坦的场地上。从下到上可以将这个地层分为第四纪沉积层和新近沉淀层以及人工填土层。隔音挡墙部分的基础持力层为最新沉积的砂质粉土和粘质粉土以及粉质粘土层等，其承载力标准值为110kPa。

2　加筋挡土墙工程设计步骤及内部稳定验算算例

2.1基本资料及参数

①要明确挡土墙的用途、高度及工程的断面图（加筋土挡墙见图1）。②根据填土材料以及采取的土工材料的基本性质，通过试验或者现有的条件确定填料的各个基本性质，如容重、内摩擦角以及粘聚力和土工格栅的容许应力等等。因为地基的性质和状态的基本情况，可以确定地基的上述参考量，如天然容重、内摩擦角和粘聚力以及地基的承载力等等。③对加筋体与地基间的摩擦系数进行确定[1]。

2.2设计步骤

图1　加筋挡土墙

①根据以往的实际操作中得知，要设计一个加筋土挡土墙的平面以及横截面的形式，要确定一个核算横断面。②确定各项作用在墙上的荷载。③根据土木格栅的一些基本情况如垂直间距以及荷载等等物理要素，从而计算土木格栅所受的拉力，并根据这个容许的拉力来计算土木格栅的抗拉性。如果计算出的抗拉性与其所受的拉力不相符时，或使用更多的土木格栅，或使用土木格栅强度大的，再或改变土木格栅的设计，直至其满足要求为止。根据土木格栅的长度宽度等等，计算土木格栅的抗拔稳定性。如果计算出的抗拔稳定性与其长宽不相符时，可以增加土木格栅的长度来解决，也可以通过使用摩擦力大的填料来解决，除此之外，当地形条件受到约束时，可以增加土木格栅的数量来解决问题，最终使其满足要求即可[2]。这就是内部稳定计算，最后也要进行外部稳定计算。外部稳定计算包括加筋体沿底面的水平滑动和整体滑动和稳定性以及承载力等等[3]。

2.3本工程加筋土内部稳定验算

填料容重为20kN/m3。其内摩擦角为40°。其与土木格栅间的摩擦系数为0.3。

前者的计算要使用传统的土压力计算公式，按照墙背垂直和光滑以及填土等等来选用。每增加一层土木格栅所受的拉力可以通过求图1中梯形面积来求得[4]。最后还要验算土工格栅的抗拔稳定性。计算时采用列表计算方式，结果如表1所示。

2.4本工程加筋土外部稳定性分析

本工程加筋土外部稳定性分析需要满足几点要求：①Fs不小于1.3；②土质地基e不大于B/6，岩石地基e不大于B/4；③基底压力不大于地基承载力；④沉降满足结构的工后沉降要求。

表1　加筋土挡土墙内部稳定计算成果表

3　设计要点

根据施工时的检查报告，挡墙基础要进行换填操作，因为设计采取的是双向土木格栅，而且有三层，每层厚度为0.5m，两侧都用包着砂砾石。有可能这三层不能达到基础持力层，这就必须进行换填操作，目的是为了使其达到持力层。在设计的过程中要按照砂砾石来对土木格栅的长度以及厚度进行计算。假如主体结构在开挖的时候，砂砾石级配比较好时，这才可以作为加筋土挡墙的填料。L型的挡墙填料必须在一定深度内采取种植土，这些种植土是为了挡墙顶部的植被准备的，使其可以在其上生长[5]。墙面板全长40cm，厚度为25cm，高度为20cm。这样的墙面板组合装块然后使用。

4　施工注意事项

4.1挡墙面板制作

在模板设计的时候首先要保障模板块的凹凸位置的准确性以及外观的质量，将墙体的外露部分向下，与此同时要考虑脱模的方便性。除此之外，要在模板的尾部设计预留一个位置，作为格栅的安装槽。这样做的目的是为了可以将格栅准确的埋入混凝土构件中。格栅裁剪的宽度要根据模块的宽度来确定。混凝土配合比要符合实际的情况。一般来讲有两种配比的混凝土。下部最大粒径为20mm，在经过处理之后最大粒径为5mm。两种设计配比强度必须达到规定的要求。进场的格栅必须进行检查，这样做的目的是为了满足相应的质量标准。在进行换填前，要将地基进行碾压，可以碾压5遍左右。换填的砂砾石必须每层都很夯实，密度达到90%以上[6]。

4.2挡墙施工方法

这个施工有一套成熟完整的施工方案。本文在此就介绍一种，具体的操作过程见以下几点：①格栅的剪裁，这个剪裁要经过严格科学的设计后再操作。②将剪裁好的格栅与预留的格栅用连接棒连接起来，并确保拉紧。③将格栅自由的一端固定在回填土上。用装载机将砂石料倒在格栅上，并夯实。④要重复操作第①至第④步，直至墙顶。

5　结束语

高边坡加筋挡土墙可以利用其优势来使之成为复合体承载结构，这与传统的重力式挡墙相比较，它对地质的要求不高，这样其就可以广泛应用。除此之外，它的工程造价也比较低，在几种常用的挡墙中操作最方便，成本也最低。加筋挡土墙在实际的应用中并不是很常见，大多数被用作传统设计的验证方法。在当前，我国的加筋挡土墙的设计方法全部都是使用安全系数法，这主要是在确定的参数情况下来进行，但在实际的工程中并没有这么的理想，主要是存在了许多不可抗拒的因素在其中，单一的安全系数并不能真正的反应加筋土结构的实际情况。这样的设计方法存在着很多的局限性，设计的结果并不是很准。随着我国经济的不断发展，越来越多对加筋挡土墙的设计如雨后春笋般出现，加紧挡土墙的设计理念也越来越先进。在全面考虑各种因素的实际情况之后，不同状态下的各种材料之间存在着兼容性，与此同时还可以考虑外界和内部环境对材料的影响，从而使得首先从理论上更接近实际的情况，能够真实有效的反应这个结构的特点和使用的要求，这符合国际岩土工程结构设计的发展潮流，这也可以使得我国在这个领域更与世界先进水平接近，最终使得设计是经济合理的。

[1]《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）[S].北京：中国计划出版社，1998，24（3）：32～33.

[2]《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）[S].北京：中国水利水电出版社，1998，22（5）：76～79.

[3]李广信.关于土工合成材料加筋设计的若干问题[J].岩土工程学报，2013，35（4）：605～610.

[4]包承纲.土工合成材料应用原理与工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2008，12（3）：165～166.

[5]杨广庆.土工格栅加筋土结构理论及工程应用[M].北京：科学出版社，2010，23（4）：45～46.

[6]郑鸿，刘伟，裴建军.塑料土工格栅的现场破坏实验[J].工程塑料应用，2005，33（6）：49～51.

TU43

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1673-0038（2015）30-0036-02

2015-7-8