公路路堤工程中的土工格栅加筋挡土墙技术

公路路堤工程中的土工格栅加筋挡土墙技术

摘 要 土工格栅加筋挡土墙的构成部分有三种：筋带、面板和填料，工作原理是沿平行主应力加入一定数量的筋带来改变填料的某些性质，填料与拉筋所产生的摩擦阻力能够和侧向土方产生的压力达到一个平衡状态。本文举出具体的工程案例对该挡土墙技术在公路路堤建造过程中的应用进行研究。

关键词 公路；路堤工程；土工格栅加筋挡土墙

1 该挡土墙的工作原理

在工程建筑材料中有两种聚合物板：聚丙烯板和聚乙烯板，先在板上打孔，加热后再进行不同形式的拉伸，增加高分子键在某个方向的排列性，这时候的聚丙烯或聚乙烯板就有了高强和低延伸的特点。因为土工格栅抗拉强度高和结构为连续开口，它可以固定墙面和加固墙面内部，阻止填料发生下陷。另外加筋土对地基变形现象有较好的适应性，加筋土的弹性特点就减小了它对地基承载力的要求。同时土工格栅与泥土会产生摩擦力，对墙面有一个阻碍的作用，如果是较为科学的结构设计，它的安全性是很高的，不论是动态还是静态的荷载它能承受的程度是较大的。有荷载力作用时，对填料层产生的和应力能起到有效的扩散作用，使路基增加自身的抗剪能力，阻止路基产生损坏性较大的沉降和侧向位移。

2 该挡土墙的设计过程及各部位的分析

现在对土工格栅加筋挡土墙的设计方法有极限平衡分析法，需要验算加筋挡土墙的稳定性，这种方法概念清楚，操作简单，对于工程技术人员来说较容易接受和使用。该种挡土墙的破坏方式有3种：一个是外部的稳定性，一个是内部稳定性，设计该挡土墙时是根据这两方面来验算稳定性的；还有一种破坏是结构变形。

设计前最先要做的是确定设计因素，例如地质与地形条件、环境、尺寸限制，建造材料和造价等其他因素，对于该种挡土墙确定好形式与尺寸。接下来就是设计方法的选用，大多方法都是根据极限平衡理论来分析结构的内外部稳定性。土工格栅当做加筋用时，它的拉伸强度会因为不同的因素而降低，这时要采取强度折减的措施，这样做的目的是使加筋在承受施工应力和埋在土中达到设计寿命70-95年后，它的拉伸强度不会有较大的降低。所以很多技术人员不断研究折减系数，对那些分项的安全系数规定了定量指标，这就避免了一个问题：以往折减系数太大使筋材费用不断增高。在该种挡土墙的建造和运输过程中，每一层加筋都有一个的拉力值是最大的，这个值主要是用来对抗拔稳定性 进行验算的。极限平衡分析是假设产生滑裂面，土体分成主动和被动两个区，作用在加筋上的最大拉力一般是在破裂面处。实际的加筋挡土墙结构是，面板是混凝土材质的，刚度大跟加筋的配合是很牢固的。

对于该种挡土墙变形的研究是一个重要的方面，尤其是墙面发生侧向变形，

这根以往的重力方式挡土墙不同，它具有柔性的特点，对于挡墙结构有较大的变形范围，但是这个变形范围必须在规定范围内，变形太大会影响正常使用，还会降低整体结构的稳定性，所以对结构变形进行研究具有较大的理论与实际意义。土工合成材料的一类挡土墙是新型支挡结构，它的工作原理、变形、破坏和以往的挡土墙结构不同。不同种类的面板对侧向变形有较大影响，混凝土面板可以承受弯矩，它的变形特点是围绕基础发生旋转运动；柔性面板无法承受较大的弯矩，变形特点是围着墙顶旋转；如果结构有比较大的整体刚度，则会沿着挡墙基础发生整体位移。还有一个是墙土压力，它的大小与分布不仅和土质有关，还跟墙体发生的位移有关，对于不同的边形，后土压力的大小不同分布也不同。所以在设计与研究变形时，根据实际情况对压力分布进行假定：对变形分析时压力分布可以由把分析模型结合变形模式来获得，以往的试验显示，破坏面跟对数螺旋面比较接近，实际情况中一般用圆弧面或双折线模型来计算土压力了的分布情况。

各种土工结构中采用的有限元分析方法，是用单元体构成的离散化结构替换连续体结构，来分析应力与变形，单元体在节点处时才和力有关联。现在该种挡土墙的有限元分析模型主要有两类：一个是整体式的计算模型，把土工格栅与土体复合起来进行计算；另一个是分离式的计算模型，把土工格栅与土体分层计算利用界面单元把格栅和土体结合起来。整体式模型中土工格栅分散在整个单元范围，把单元看作均匀材料，这种方法要求准确计算复合土体的强度与变形特点，要达到这个目的可以分析宏观加筋原理与三轴试验。现在已研制出技术先进的三轴仪，利用它能够对加筋土推出本构关系模型。该模型也有一些问题不能从微观上说明格栅与土体之间的作用原理、复合土体的计算范围较难确定，所以计算结果和实际情况偏差是很大的。分离模型中把土体、格栅、墙面板分成小单元，按照它们的力学性能，选择合适的单元形式。实际上在承受外力时格栅和土体、土体和面板它们之间会发生相对位移，要对这种粘结约束与相对滑动进行模拟，可以选择接触面单元。分离式模型能够说明刚才所说的相对位移。

3 该挡土墙技术在某工程中的运用实例

某地一个天桥长220m，宽48m，该工程在施工中运用了好几种新材料和新工艺，土工格栅加筋挡土墙在高填方挡土墙结构中的运用增加了不少创新，效果和经济效益很明显，该种挡土墙技术不但在土木工程领域应用广泛，在水利工程领域也是如此。拱圈内缘挡土墙可以解决墙背需要高填土的情况，设计过程中对几种方案进行比较例如重力式的、连拱空箱式的等，所需要的挡土墙高度较大，前面所说的两种挡土墙方案中的断面尺寸也必须跟着增大，这样挡土墙的自重就增加了，它们的基础承载力达不到要求而且成本较高；如果是悬臂式或板桩式的挡土墙设计方案，需要增加一些基础部位或灌注桩、悬臂板厚度、增加的钢筋数量，还要考虑到场地与工期的限制，成本较高所以不行。最后选定了土工格栅加筋挡土墙这种方案，考虑和选择的条件与标准是挡土高度、地基、施工方便、工期和投资。该天桥设计中挡土墙的最小高是5.7m，最大高是12m，该种挡土墙可以顺利解决12m墙背需要高填土的情况，施工方便，技术上也能达到施工标准。