自嵌式挡土墙结构原理及设计中应注意的问题

摘要：本文在“摩擦加筋”、“粘聚力”原理的基础上，概述了自嵌式挡土墙的性质和特点，并阐述了自嵌式挡土墙设计中应注意的问题。
关键词：自嵌式挡土墙；土工格栅；加筋复合土；设计

1、前言
自嵌式挡土墙是一种新型的支挡结构，它是由自嵌式挡土块、加筋材料和回填土料形成的“墙体”，起到了与重力式挡土结构、扶壁结构、沉箱结构等形成的墙体同样的作用，将重力式挡土结构、拄壁结构、沉箱结构等形成的墙体用加筋复合体代替，这是自嵌式挡土墙结构的显著特点。由于与传统的重力式挡土墙相比，自嵌式挡土墙结构新颖、适应性强、工程造价低廉、景观效果好、施工技术简单、速度快、工期短．并且由于干垒式柔性结构，对地基下沉有较强的适应性，抗震性能好，越来越广泛的应用于水利、城建、公路及地产开发等行业。迄今为止，南京优凝舒布洛克公司在全国已完成数百项自嵌式挡土墙工程，如辽河石佛寺水库建成了高达8米的自嵌式挡土墙；南水北调东线宿迁段工程长约10公里；福州恩顶水库采用的自嵌式挡土墙最高达18米。目前，在我国的挡土支挡工程方面，特别是软基处理方面，自嵌式挡土墙越来越被行业认可。

为适应自嵌式挡土墙技术的推广应用，水利部科技推广中心和南京优凝舒布洛克公司联合国内多家科研机构，在《公路加筋土工程设计规范》、《公路加筋土工程施工技术规范》、《铁路路基土工合成材料应用技术规范》等基础上，对自嵌式挡土墙技术在全国推广应用开展了广泛的交流和总结。

2、自嵌式挡土墙基本构造和基本工作原理
2.1 基本构造
自嵌式挡土墙主要由自嵌式挡土块、回填土、回填土中的土工格栅及基础四个部份组成。
2.2 基本工作原理
自嵌式挡土墙技术从广义上讲是一门加筋土技术，是以土工格栅为骨架，通过布置适量的土工格栅，使其与土结合成为一种复合结构，提高土体强度，抵抗墙后填土的侧压力。
加筋土相互作用的基本原理可归为：摩擦加筋原理和粘聚力原理，或准粘聚力原理。其作用机理是借助回填土中的土工格栅来提高回填土的抗剪强度，从而保障了土体平衡。当加筋体工作时，如果回填土与土工格栅产生摩擦力而不发生相对滑动，则回填土的颗粒将与土工格栅通过摩擦连接在一起共同作用。在土与土工格栅间的摩擦作用下，土中的应力传递给土工格栅，而土工格栅所产生的拉应力又抵抗了土体的水平位移，就好象在土体中增加了个内聚力，从而改善了土体的力学特性因此，回填土与土工格栅间的摩擦作用，是加筋土体能否稳定的一个重要因素，要保证摩擦力产生有效的作用而不使回填土体和土工格栅间产生滑移。则应满足：
?＞tgθ
式中 f――土与加筋带间的摩擦系数；
θ――土与加筋带问的滑动摩擦角。
同时，为保证回填土与土工格栅的摩擦作用，土工格栅应有足够的长度，且能承受土中应力，土工格栅还必须具有足够的强度。
当上述条件成立时，土工格栅的应力通过直接与土工格栅接触的土颗粒传递给外围的填土颗粒，使应力分散，从而土工格栅和回填土形成一个整体的结构物。为防止土工格栅端部土体从土工格栅脱出和坍塌，因此在自嵌式挡土块中设置锚固棒或其它的固结设施。
在保证自嵌式挡土墙内部稳定性的同时，须对地基和承载力或沿基底的抗糟动稳定性作必要的处理和加强。

njyn

2007年11月06日 08:55:59

2楼

3、自嵌式挡土墙工程设计中应注意的问题
在自嵌式挡土墙工程设计中，设计者对土工格栅的强度、抗拔性、抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性验算及基底应力计算是相当仔细和慎重的，但往往忽视一些既细微又很重要的设计环节和要求，这对自嵌式挡土墙的正常施工和长期使用极为不利，须引起设计者的高度重视。自嵌式挡土墙是一种复合结构，设计时在考虑充分发挥不同材料优点的同时，也应考虑克服不同材料的缺点，以此来保证自嵌式挡土墙工程的质量。
3.1 材料指标的选用
3.1.1 加筋复合土体
加筋复合土体填料应选用渗水性能好的土类：砾石类土、砂类土应优先选用，严禁采用腐质土、、软土及冻结土。其容重、内摩擦角、似摩擦系数等指标都应以实测值为准；对填料的内摩擦角计算时可采用等代类摩擦角。如无条件，可参考有关规范，设计时应考虑墙后反滤层及排除地表水的附属工程。
3.1.2土工格栅
土工格栅的设计取值，应注重两个重要指标：强度和变形。材料多采用玻璃纤维土工格栅，也可采用塑钢格栅、涤纶格栅及锦纶格栅，厚2～5 毫米的合成类材料，应以2％变形时的强度为控制值，还应注意材料的抗冻凌和防老化性能；对玻璃纤维土工格栅，由于变形比较小．材料的设计取值不应超过其破断荷载的三分之一。
3.2 土工格栅的腐蚀
自嵌式挡土墙中土工格栅使用玻璃纤维材料较为普遍，加筋带的腐蚀是设计加筋土挡土墙时必须考虑的问题。目前常规的工厂化处理方法有：浸PVC法和浸沥青法。现场处理方法有：控制填土质量法、柔性防腐层法。无论什么方法处理都要考虑到紫外线不能直接照射。
3.3 填土夯实密度
如果填土的夯实密度在设计中没有具体的要求，可能产生填土下沉，这会对土工格栅及自嵌式挡土块带来不必要的变形和受力状况的改变，影响结构的稳定性。同时，填土质量的好坏，将引起土壤的物理化学性能发生改变，直接影响设计的准确性和结构的稳定性。特别是对粘性土，应考虑其最佳含水量。当含水量适当时，夯实是不困难的。在自嵌式挡土墙后1.5米范围内不得使用大型设备碾压。
3.4 地基及填土边坡
当自嵌式挡土墙复合土体下的原状地基承载力不能满足要求时，就应进行地基处理和设计。常用方法有：换填、加大基础的高度和宽度、加筋地基、强夯处理、桩基等。设计自嵌式挡土墙时，不仅内部稳定性的计算必须得到保证外，还必须慎重考虑土体稳定、填土边坡和基础安全，以确保自嵌式挡土墙结构的正常使用。
3.5 路基及反滤层水
在自嵌式挡土墙工程中，应注意地表排水、地下排水系统和护脚的设计，使路基经常处于干燥、坚固和稳定的状态。自嵌式挡土墙的反滤层起到多种作用，不仅使复合土体中的水能及时排出，同时也加大块与块之间的摩擦力和适应水位骤降等变化。
3.6 沉降缝与伸缩缝
由于自嵌式挡土墙一般裸露于室外，温差的变化、地基的沉降、收缩和膨胀，将引起结构变形，从而影响工程的使用年限，设计中应注意基础沉降缝与压顶伸缩缝的设置。土质地基为10米设计一道，岩石地基可适当增大。同时，其缝宽度应控制为l-2厘米。可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞。自嵌式挡土墙是通过块体干垒而成，因此有利于地基沉降的应力释放。
3.7 冲刷与动水压力
对修建在江河湖海岸边的自嵌式挡土墙工程，设计必须考虑防止径流冲刷的措施：一要防止基础的淘空；二要防止水渗流至加筋土体内部。基础宜埋置在地下水位以上，水流冲刷线以下。具体基础埋置计算，可参照《建筑地基基础设计规范》。
3. 8 设计图纸和施工图说明
自嵌式挡土墙结构是一个比较完整的构筑物，应有相对独立的设计图说明。重点应对加筋土体的结构和特殊构造表述清楚、明白。应载明设计依据、标准施工执行规范、技术要求、特殊情况处理原则和注意事项。自嵌式挡土墙设计图应包括平面、立面结构断面图，自嵌式挡土墙结构锚固棒安置图，基础、压顶配筋图、土工格栅分布图、构造、排水图及其它细部构造图。

4 小结
自嵌式挡土墙结构作为一种新型的支挡结构，以其特有的性能被广泛应用。随着工程实践大量增多．室内外试验研究不断深入。在理论上和设计中，自嵌式挡土墙技术将会得到进一步的完善和广泛运用。