软弱地基的新型加筋土墙 城市道路与防洪.pdf

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1、1 2 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 0 7 年9 月第 9 期 软弱地基 的新型加筋土墙 王 晓 红(深圳 市市政工 程设计 院，广东深 圳 5 1 8 0 3 5)摘 要：安 全可靠、经 济合理地 解决 软弱地 基上 的高填方 支挡 结构设 计 问题往往 是一 种挑 战，该 文结合 工程 实际介绍 了一 个在软 弱地基 上填土 高度 2 2 m 的新 型加 筋土墙 的设 计。软 弱地 基采用 桩承 加筋土 垫层处 理，新 型加 筋土墙 为组合 模块墙 面土 工格栅 加筋结构。组 合模块墙 面克 服了 传统拼 装薄墙 面“鼓 肚”变形 和墙背 结点 处因应 力集 中拉筋 容易断 裂的

2、缺 点，文中介 绍 了组 合模块 墙面 的稳定 计算及 计算实 例。关键词：地基 处理；挡土墙；加 筋土；土 lT格栅 中图分 类号：T U 4 7 6 4 文 献标识 码：A 文章 编号：1 0 0 9 7 7 1 6(2 0 0 7)0 9 0 0 1 2 0 4 0 前言 钻孔未达基岩。地下水埋深 2 0 m。填 方高度 2 0 m 以上 的土方工 程需要 较宽 阔 的场地、土方量也大，如再遇上较深厚的软弱地基 土，则工程难度显著增加。某工程一号挡土墙墙后 填方高达 2 2 m，墙前紧靠高速公路侧面的水渠，无充分放坡条件，填方 区部分地段有深 达 1 2 m的 软弱地基土。因此，修建高填

3、方挡土墙势在必行。问题是，针对这种情况，采用何种挡土墙 型式 既安 全可靠又经济合理，这是摆在工程人员面前 的难 题。经过多种方案 比较，工程实践表 明，桩 承加筋 土垫层复合地基上 的新型加筋 土路堤墙是解决 这 一难题 的出路。加筋土墙的确是一种对地基 承载 力要求不高、适应变形能力强 的轻型支挡结 构。但 是，多年的工程实践表明，传统的加筋土墙易产生 墙 面“鼓肚”变形乃 至墙 面局部坍塌，尤其 是软弱 地基上 的高大加筋 土墙更难逃“鼓 肚”变形 的厄 运。为此，作者提 出了一种软弱地基上的新 型加筋 土墙结构大厚度组合模块式墙 面土工格栅加 筋 土墙，并在工程 中得 到应 用。该工程

4、 已于 2 0 0 6 年 3月份完工，目前状况 良好。1 场地 工程地质 与水 文地 质简 况 场地 自上而下 的地层为：(1)人工填土：由含砾质粉土堆填而成，稍湿，松散，层厚 1 87 5 m。(2)砾砂：饱水，松散 稍密，层厚 0 66 m，承载力特征值 1 5 0 k P a。(3)砾质粘性土：稍湿，可塑 硬塑，为花 岗岩 风化残 积土，层厚 4 02 3 4 m，承 载力特 征值 2 2 0 k Pa。收稿 日期：2 0 0 7 0 6 2 1 作者简介：王 晓红(1 9 6 6 一)，女，重 庆人，高级 工程 师，市政审 查部部 长，从 事施 工图审 核工作。2 一号高填方挡土墙整

5、体设计方案 该高填方工程主要由下列三部分组成(见图 1)。图 1 某高填 方支 护断面 图(1)桩承加筋土垫层 复合地基。(2)组合模块式墙面土工格栅加筋土墙。(3)1：1 5边坡土堤。3 新 型加筋 土墙 设计 3 1传统加筋土墙的不足 之处(1)传 统加筋 土墙 的加 筋材料 大多采用 土工 带。土工带的布置方式是筋带与面板采用结点成 束栓接。结点为行列式布置，结点水平 间距一般为 0 50 7 5 m，竖 向间距 为 0 30 5 m。由于筋带 成束，这种行列式布置导致结 点之间的无筋 区上 下整个连通，形成所谓“无筋巷道”(见 图 2)。这种 无筋巷道有时可高达整个加 筋土体的 4 0

6、 以上。维普资讯 http:/ 2 0 0 7 年9 月第 9 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 1 3 图 2条带拉 筋布 置平面 示意 图 致使薄薄的墙面板承受很大的素土侧压力，从而 导致墙面产生“鼓肚”变形。也就是说，这种筋带布置方式不能充分发挥 加筋效 应。在加筋土构筑物 的设计 中，筋一土之 间 要有足够的接触面积，接触面积愈多，则筋一土之 间的相互作用就发挥得愈充分，加筋土体所受侧 向约束就愈大，加筋土体的自立稳定性也就愈高。而传统的筋带布置方式忽视了筋土接触面积的考 量。(2)在现行公路加筋土工程设计规范 中，墙的 内部稳定计算只按(1)、(2)式计算筋带的横断面 积和锚 固长度

7、：4 (1)A L J L i=2)赢 式 中：A 一个结点所需筋带 断面积；一个结点筋带所受拉力；筋 带容许应力；厶 筋带锚 固长度；产一视摩擦系数；b i筋带总宽度；Z 一一计算深度。显然，(I)式只着眼于筋带的强度。筋带 的断 面积(即筋带 的数 量)由筋带 的容许应力 确定，容 许应力高，则筋带数量少，不考虑加筋效应。(2)式反映抗拔稳定，强调筋带的锚 固长度，主要体 现 后拉锚原理，而不是考虑加筋效应。3 2 新型加筋土墙 3 2 1 构造措施(1)加筋材料采用土工格栅或土工布。呈席垫 式满铺，以消除“无筋巷道”，极大地增加筋 一土接 触面积，充分发挥加筋效应，提高加筋土体的自立 稳

8、定性。(2)墙 面采用 混凝 土组合模块 构成 的大厚度 墙面，以适应 拉筋席 垫式满铺、实现土工格栅与墙 面无结点刚性连接方式。所谓大厚度是相对传统 的薄墙面而言。组合模块由混凝土预制，模块尺寸 为：长 5 01 5 0 c m，高 3 06 0 c m，厚 5 0 c m；模块 之间座浆，竖缝干砌。所谓 刚性连接是指拉筋从模 块之间绕过，其破坏方式为拉断，而不是拔出，图 3为连接示意 图。插筋：厂 填土 I 倒 l滤 王 J 层 填 土 图 3拉筋与 组合 模块 连接 图 3 2 2 计算 新型加筋土墙 的计算 内容包括：(1)加筋土体沿地基 的滑移；(2)加筋土体 的倾覆；(3)地基承载

9、力验算；(4)拉筋 的抗拔和断裂验算；(5)墙面模块 的滑脱与整 体稳定。上述计算内容中，前四项与现行加筋土墙的 计算方法相同，现就第五项内容分述如下：3 2 2 1 墙面模块的滑脱 模块 在水平 土压 力 P i 的作用 下能 否从 墙 面 滑 脱，取决于模块上、下面所产生 的摩擦 力 r i(见 图 4)。(1)单个模块所受水平土压力 P i：Js (3)(2)单个模块所产生的摩擦力 F i=(+。)厂 (4)式中：第 i 层水平土压力强度，k P a；孙l 第 i+l 层水平土压力强度，k P a；第 i 层 以上墙面模块重力，k N；+一第 i+l层 以上墙面模块重力，k N；维普资讯

10、 http:/ 1 4 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 0 7 年 9 月第 9 期 产 _ 模块 间摩擦 系数。其他符号意义见图4。显然，F i P i 模块不会 出现滑脱破坏。设计时，可采取增大模块 尺寸、改善模块连接方式(榫接或 异形模块扣接)等措施 以满 足该条件。一 图 4墙面稳 定计算 简图 3 2 2 2 墙面整体 稳定 墙面整体 稳定是指在墙 面基础地基承载力满 足要求的前题下，墙面在水平土压力 E a 作用下不 至于倾倒。而维持墙面稳定 的力有拉筋 的抗拉力 和墙面的 自重，这些力系在墙底产生 的力矩分别 是：(1)倾覆力矩 M。MQ=0 7 5 E o h。(5)(2

11、)稳定力矩 M ：+()(6)厶0 式 中：卜拉筋抗拉强度设计值，k N；7、墙面砌块 总重力，k N。其他符号意义见图 4。设计时，可调整 d和 T以满足 M M。的要 求。3 2 3 工程算例 兹以前述一号高填方挡土墙为例，将墙面稳 定计算列于表 1。表 1 的计算表明，若墙后每层拉 筋的抗拉力取 3 2 k N m(设计极限值为 8 0 k N m)，则 高度为 1 1 FI1，宽度为 0 5 F I1 的组合模块墙面的稳 定 系数为 1 9 3，完全满足工程要求。4 地 基处 理 4 1桩承加筋土垫层复合地基 4 1 1 结构 组成(1)钢 筋混凝土桩：采用打入管桩。打入管桩 外 径

12、3 0 0 n l n l，桩间距 2 5 F I 1 2 5 F I 1，方形布置，桩 长 91 4 F I 1。(2)帽板：打入管桩 的直径小，桩 间距也较大，对加 固土的影响范围也很有 限。为增大其影响范 围，同时也为 了增 大与加筋土垫层的接触面积，打 入管桩的顶端设有长宽各 1 F I 1、厚 3 5 e m的钢 筋 混凝土 帽板，截桩后嵌入桩顶(见 图 5)。u 4 7 u l 6 0 图 5桩帽 连接 图(3)加筋土垫层：加筋土垫层 由三层塑料土工 格栅及粗粒土填料组成，垫层厚 8 0 C F I 1。4 1 2 计算 计算 内容包括：(1)单桩承载力的验算；(2)帽板 的受冲切

13、承载力验算；(3)桩 间土承载力验算；(4)复合地基承载力计算。具体计算方法本 文不赘，请参 阅参考文献 3】。5 结论(1)传统的薄墙面及拉筋与面板结点成束栓 接 的方式是导致加筋土墙变形和局部坍塌的重要 原 因，必须加以改进。(2)大 厚度组合 模块墙 面和席垫式 满铺拉筋 是 消除加 筋土墙“鼓肚”变形 的重要措施，也是今 后加筋土墙发展的新途径。(3)本 文提 出的新型加 筋土墙是 解决软 土地 基上高填方支挡结构 的一种行之有 效的方法。参考 文献 1 y r j 0 1 5 9 1，公路加筋土工程设计规范 s 2 欧阳仲春，李莉 条带式加筋土墙设计原理探讨第五届全 国土工合成材料学

14、术会议论文集 c 2 0 0 0 3 赵 刚，欧 阳仲 春 桩承加 筋土 垫层复 合地基 的原 理与计算 J】城 市道桥 与 防洪，2 0 0 4(5)维普资讯 http:/ 2 0 0 7 年 9 月第 9 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 1 5 土压合力E 5 6 77 3 力臂 h a 4 4 4 倾覆力矩 MQ 2 5 1 9 O 9 表中：Z i 6m时 K i=K 0(1-Z i 6)+K a r Z i 6 Z i 6 m时K i=K a r 水平应力 h=r(Z i+h r)K i 拉力T i=t r h S y 全墙重 N 1 2 96 墙重弯矩 3 2 4 稳定 力矩 地 稳定 系数 4 8 7 0 8 1 9 3 维普资讯 http:/