高速公路Tensar加筋土模块挡土墙的设计

　　摘要：土工格栅加筋土挡土墙在水利、交通及城建等领域的应用越来越广泛。本文结合京包高速公路工程的设计实践，介绍了加筋土挡土墙的工作机理，阐述土工格栅的质控强度、蠕变强度以及在应用过程中强度的折减等的试验方法，通过这些方法最后确定Tensar土工格栅的设计强度。
　　关键词：Tensar格栅，加筋土挡土墙，蠕变强度
　　加筋土挡土墙作为一种新型的支挡建筑物与一般圬工挡土墙相比具有造价低、构件制作简便、施工易行以及对地基具有较好的适应能力等优点，已广泛应用在国内外许多工程上。
　　1、工程概况
　　京包高速公路K26+550~K26+968段路基通过苗圃，两侧为居民住宅集区，地基为一般粘性土。为避免拆迁，降低造价，设计中采用了加筋土路肩挡土墙。
　　2、加筋土挡土墙加固机理
　　加筋土挡土墙一般由基础、面板、拉筋带（或土工格栅）、土体填料组成，其加筋土是由多层水平加筋材料与填料铺设而成的一种复合材料，在共同受力、协调变形中，由于拉筋带的作用对土体产生附加侧向约束，使土的抗剪强度得以提高，并使加筋土的承载力比无筋土高得多。加筋土挡土墙墙面板的作用是防止土在拉筋间松动，承受剩余侧压力、保持墙的设计形状及外观。
　　加筋土中拉筋的功能是通过拉筋抗拉强度及拉筋与填土间接触面的摩擦阻力来限制土体的应变，由于网格与土间的摩擦咬合作用，土中的垂直应力和水平应力沿土工格栅面层水平扩散，转化为土工格栅与土界面的剪应力，降低了土体中的垂直应力和水平应力。从而增加土的强度及加筋土结构的稳定性。
　　3、模块挡墙的设计
　　挡墙面板采用C25混凝土预制，尺寸为40cm×20cm×20cm，面板上下采用榫口和企口，模块外立面为麻面，具有很强的装饰效果。面板的重心处与筋带相连，每根筋带与一块墙面板相连。混凝土模块面板简单的干砌组合方式，可以轻松组合成内弯和外弯的曲线，施工易行。
　　4、土工格栅的设计与选择
　　从加固机理可知，土工格栅加筋的强度是施工成功的关键之一。土工格栅加筋设计强度的计算公式：
　　(1)
　　式中：Td—设计强度kN/m；Tc—蠕变强度kN/m；fm－生产稳定性可信度；fd－在不同填料里使用时的施工损伤；fe－环境-酸碱-微生物影响；fi－连接强度的影响。
　　在Tult的测试方法(标准)与Tc的测试方法(标准)及推导方法相一致时，对于“三同”产品，我们有如下公式：
　　(2)
　　式中：Tult—实测质控抗拉强度kN/m；fc—蠕变折减系数。
　　在采用标准对应的基础上，我们可得到公式(3)：
　　(3)
　　4．1质控抗拉强度的确定
　　质控抗拉强度就是土工格栅在生产制造时用于控制产品质量的强度指标，也就是材料试样在一定的温度环境下，快速拉伸时的屈服强度。该强度值一般用于生产制造、或选购材料时，判断产品是否合格。所以，生产厂家对每种产品一般会提供一个标准值(T标)，而产品在实际检验时，会有一个实测的最大(极限)抗拉强度(Tult)。目前国内厂家的标准要求是实测Tult必须≥T标。
　　4．2蠕变强度的确定
　　土工格栅在实际加筋应用中，所受到的作用力并不是逐渐加大的快速拉伸作用力，而是一个相对变化很小、近似恒定的长期作用力。那么土工格栅在这种力的作用下，随着时间的推移，其表现出的抗拉强度值，与我们在快速拉伸试验时所表现出的强度值(质控抗拉强度值)是不一致的。将土工格栅在某一特定温度下，在要求的变形量范围内，测试其承受某恒定荷载所能持续的时间；然后通过对三种以上荷载的试验结果，来推导在某一长期时间内，在要求的变形量范围内，其能承受的恒定荷载，这个荷载就是我们所说的蠕变强度。
　　4．3设计必须考虑的其它折减系数
　　土工格栅在实际加筋应用过程中，除了考虑蠕变的衰减以外，不同生产过程的影响、不同的环境、填料、施工过程中的机械损伤、连接件引起的连接强度衰减等都要考虑，一般用折减系数来表达。目前，设计必须考虑的折减系数有四个，生产稳定性可信度(fm)、在不同填料里使用时的施工损伤(fd)、环境-酸碱-微生物影响(fe)、连接强度的影响(fi)。fm—与生产厂家的技术水平和对产品质量控制的能力有关，一般如果生产厂家对其产品的质控抗拉强度符合性的控制，能达到30kN/m以上水平，同时有实实在在的完善的ISO9000质量保证体系，则fm可取1.0；否则取1.05～1.10。
　　fd—主要与填料的颗粒大小有关，不同的填料在压实过程中，对土工格栅的伤害不一样，而同种填料用不同的格栅，格栅的强度损失也不一样。具体每种格栅对应不同填料的折减系数，一般要通过试验得出。
　　从表中可以看出，格栅的强度越大(越厚)，在施工过程中，填料对其强度的破坏影响越小，所以低强度的薄格栅在大粒径的填料中使用，强度衰减非常明显，这也是为什么在有些应用时，对填料有严格要求的原因之一。而对于纤维经编型格栅，由于纤维比板、条带更易受到伤害，所以其折减系数更大，更应避免在有大粒径填料的场合使用。
　　fe—主要与格栅产品的材质有关，从目前土工格栅所用的三种主要材料来说，HDPE、PP对任何土体中的酸、碱、微生物呈惰性，此折减系数可取1.0。
　　fi—主要是针对加筋挡土墙而言，因为加筋陡坡一般没有连接问题，而有面板和反包裹覆式无面板加筋挡土墙都有一个连接问题。对于无面板挡墙而言，其反包连接件处的强度必须大于90%的质控抗拉强度；而对有面板加筋挡土墙而言，格栅预制在面板里或嵌固在拼装面板里，其与混凝土结合处强度会在施工过程中受到一定影响，由于预制和拼装面板的形式很多，所以一般都是在现场进行简单试验后得出具体折减系数，另外格栅与格栅的连接与无面板加筋挡土墙一样有1.1折减。因此，综合考虑，一般无面板挡墙的fi取1.10～1.15，有面板挡墙的fi取1.15～1.25。
　　4．4土工格栅加筋设计强度计算
　　经过对各家格栅材料厂商的考察与材料试验取得了多种格栅的试验数据，
　　根据S.H.chew(新加坡)和J.K.Mitcheu(美国)的研究成果，加筋土挡土墙的变形与加筋系数的相对刚度Sr密切相关，Sr定义为Sr=ErAr/Sv，式中Er、Ar分别表示加筋材料的弹性模量和截面积，Sv为均匀分布的加筋垂直间距。墙越高，墙的侧向变形则越大；当相对刚度Sr较小时，墙高对变形的影响更显著。本工程挡土墙长380m，最高处墙高达12.6m，经力学计算，随不同墙高设置不同型号单向土工格栅。
　　经验算，加筋土挡土墙的内部及外部稳定检算均已满足要求，检算过程从略。
　　5．结论
　　加筋土挡墙因其施工方便、节省材料、节省占地、对地基基础要求较低、价格经济等特点在公路、水运等各行业应用越来越普遍，加筋带的种类也越来越多，设计中对各种加筋带的材料指标要经过实验测定取用，设计计算一定要满足内部稳定性(筋带不被拉断、不被拔出)和外部稳定性(筋土共同体抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、整体稳定性、基底应力及沉降)等要求。加筋土挡土墙较之其他类型的挡土墙，具有强度及柔性大，质量易控制，建造方法简单外表美观，工地整洁，美化环境，可以发挥其挡土墙高度低、施工方便快捷、造价相对低廉等特点，因而在本工程中较其他类型的挡土墙使用得多。然而，要使加筋土挡土墙得到更为广泛的应用，除了进行墙体结构优化设计外，还必须降低其对地基的要求，减少地基加固处理费用，以期降低其整体造价。
　　参考文献：
　　[1]李慧兰加筋土挡土墙在城市道路设计中的应用长春工程学院学报(自然科学版)2006年第7卷第4期
　　[2]邵国强高路堤加筋土挡土墙的设计铁道建筑2005年第3期
　　[3]胡勇软土地基上新型加筋土挡土墙的应用安徽建筑2008年第2期(总第159期)