1、土工格柵與錨桿結合加筋的自嵌式擋墻研究 1引言土工格柵加筋自嵌式擋墻被公認為比較經濟美觀的擋墻14，對于這種擋土墻系統擋墻大部分的穩定性主要由自嵌塊面板后的格柵來提供，另外自嵌塊作為擋墻的面板也可以提供一部分穩定。作為加筋的土工格柵必須有足夠的設計強度，格柵在回填土中有明確的加筋垂直間距而且在回填土中須有足夠的加筋長度，然而格柵的設計強度和垂直間距較容易實現，但在靠近擋土墻的位置處遇到大量的老土、軟巖和硬巖時，回填土中所需的加筋長度很難實現，即無法完全完成土工格柵的鋪設。在這種情況下開挖大量的土或巖石是不切實際的，因此需要一些特殊方法來抵抗格柵長度減少所帶來的拉應力。本文研究在回填區受限制的情

2、況下，采用土工格柵和錨桿結合加筋的設計理論，就是在加筋回填區的后部將錨桿打入固結土或巖體中，錨桿來抵抗因格柵長度不足所產生的拉應力，傳統的格柵加筋自嵌式擋墻和錨桿與格柵結合的自嵌式擋墻斷面如圖1。傳統的加筋自嵌式擋墻有足夠的回填區域來滿足局部、內部和外部穩定性，但在回填加筋區受限制的條件下，擋墻的內部穩定性不能得到保證。通過將錨桿與格柵連接然后將錨桿打入土層或巖層中來抵抗格柵長度不足所帶來的拉應力，從而實現所要求的穩定性。a)傳統加筋自嵌擋墻 b)格柵和錨桿結合加筋的自嵌擋墻圖1 傳統加筋自嵌擋墻和格柵與錨桿結合加筋的自嵌擋墻Fig1. Conventional geogrid reinfor

3、ced segmental block wall and one with a combination of geogrid and anchor reinforcements圖1b表明了一般情況下回填區受限制的加筋土自嵌擋墻斷面圖，加筋回填區中的格柵能轉移擋墻面板上的土壓力，將面板上的土壓力轉變為格柵本身的拉應力。加筋回填的面積受后面硬土區的限制，格柵的長度在鋪到硬土區時如果不能抵抗擋墻面板的土應力則采用錨桿與格柵連接的方式來共同承擔拉應力，錨桿嵌固到硬土區來提供足夠的拉應力。2、自嵌式擋墻面板后的土壓力加筋土區內的垂直應力由自身加筋土的重力和外部附加垂直荷載組成。回填土區后面的硬土區由于自

4、身的穩定性不會傳遞應力給回填土（這與傳統加筋自嵌擋墻被擋土區不同），因此回填土區的垂直應力不會受到影響。進一步來講，硬土區的表面可視為剛性界面，由于土工格柵與墻體自嵌塊的連接使得擋墻的面板界面可視為柔性界面，所以該柔性界面的存在會阻止回填土區內受限制區域發生拱起現象。因此，可認為加筋土中同一高度處的垂直應力大小是一樣的。加筋土自嵌擋墻底部的最大垂直應力等于加筋土的自重加上一些附加的或其它外部垂直荷載。在計算擋墻所受的總水平平衡力時，回填區受限制的因素須被考慮到，因為與加筋土后的硬土區的距離較近，所以在受限制回填土內主動破裂面可能不會完全發展。該問題的一般幾何形狀如圖2a，加筋土區的范圍用高度H

5、、頂部加筋土的寬度Lt來表示。圖2a中硬土區的邊界是垂直的，事實上，硬土區的邊界傾斜時分析方法也是一樣的?；靥顓^內的力系如圖2b，在潛在破裂面內回填土的自重W構成破壞力。為簡化期間假定作用在墻面后部的平衡力是水平的且墻面是垂直的。因此平衡方程如下：若 （1a）若 (1b) 以上的變量如圖2b，K是作用在墻面后部的水平力系數。圖2c中表明了當內摩擦角時K值隨Lt/H的變化值。當Lt/H的值大于0.5時，主動破裂面在回填區內會完全發展，因此，如方程1b；當Lt/H的值小于0.5時，主動破裂面在回填區內不會完全發展，因此K值會隨著Lt/H值的減少不斷減少。圖2c中對于不同的Lt/H值K保持一個固定的

6、破裂角，K值不是最大值但可通過具體的Lt/H獲得。原因是因為回填土區的受限制迫使臨界破裂面產生更大的角度，這將會比破裂角為時導致一個更大的K值。填土內摩擦角時這個最大的水平力系數Kmax如圖2c。圖2d表明了填土的內摩擦角時產生最大水平力系數Kmax的破裂角，在完全主動破裂面處Lt/H比值大于0.5時回填土破裂角，當Lt/H比值小于0.5時，破裂角也接近一致。但在擋墻頂部回填區與硬土區結合處，破裂角不一致。圖2e表明了回填土類型范圍時計算的最大水平力系數Kmax。圖2f表明了回填土類型范圍時用方程1a中來計算最大水平力系數Kmax的破裂角。圖3表明了作用在墻面板后總水平力Ph以及水平力隨著擋墻

7、深度的分布。當時 （2a）當時 (2b) 圖2 回填土的自重作用在擋墻后的水平力系數Fig2. Horizontal force coefficient acting on rear of wall facing due to weight of reinforced fill圖3回填土自重和附加荷載作用在擋墻面板后的水平應力分布Fig3. Horizontal stress distribution acting on rear of wall facing due to self weight and surcharge and the gross horizontal force總水平力

8、Ph： （2c）從圖2f中獲得的適當臨界角3、加筋格柵和錨桿的拉力加筋土擋墻的內部穩定性是通過加筋和錨桿產生的拉力來實現，圖4表明截面j的應力示意，垂直應力是由回填土的重量、附加荷載和其它的外部荷載產生的。在墻面板的后部該垂直應力能分配相應的水平應力，墻面板通過加筋的拉力來抵抗面板所受的水平應力，從而避免面板的移動，如果硬土區邊界內格柵不能完全抵抗該力的話，則剩余的拉力被轉移到錨桿中。在加筋土墻內每一層格柵最大拉力均發生在回填土中主動區與被動區的分界點處，該分界面通過圖5邊界角來劃分。加筋土中產生的最大拉力在線j處表示為5：擋墻面板后截面線j處水平應力，截面線j處加筋垂直間距圖5假定了在截面j

9、處拉應力沿著格柵長度的應力分布，拉筋最大值位于中間部位附近，向墻面方向和拉筋末端方向逐漸減少6。為了保守設計假定墻面板后的拉力等于產生的最大拉力，即 圖4 自重和附加荷載產生的內部應力 圖5 沿著格柵層拉應力的分布Fig4. Internal stresses due to self Fig5. Distribution of tensionweight and surcharge along a layer of reinforcement如果最大拉力線距離硬土區邊界有一定的距離，如圖5，則加筋的拉力可以在回填土的被動區被消散掉。被動區拉力減少比率如圖6，通過過多應力來控制，加筋與填土的摩擦

10、力為在加筋被動區的后部，擋墻截面j處的表示為： （4）截面j 處主動區與被動區結合點的最大拉力回填土的單位自重 截面j以上擋墻的高度 擋墻頂部的附加荷載 加筋與土之間的摩擦系數加筋土的內摩擦角 擋墻截面j處被動區的加筋長度圖6 加筋回填土的被動區假定的線性剖面拉力分布圖Fig6. Assumed linear profile of reinforcement tension dissipation in the passive zone of the reinforced fill如果加筋拉力在到達硬土區邊界時不能完全被消散掉，則需硬土區的錨桿來消散剩余的拉應力。在每一個錨桿中工作荷載的大小表

11、示為：截面j處錨桿的工作荷載 截面j處被動區后部拉筋的拉力在截面j處錨桿之間的水平間距 截面j處錨桿的傾角4、錨桿與格柵結合的某自嵌擋墻工程實例某工程需要建高度2m到5m不等的加筋擋墻，要建擋墻的地方有一部分由風化巖組成，為了保證周圍建筑物的安全，決定不開挖來建造土工格柵加筋自嵌式擋墻，由于回填區受限制決定采用錨桿和格柵結合使用來建造自嵌擋墻。 a)受限制的加筋土擋墻設計參數 b)加筋擋墻斷面圖c)格柵、錨桿連接大樣圖圖7 加筋自嵌式擋墻圖Fig7. Profile of reinforced segmental block retaining wall圖7a表明了加筋擋墻與后面石英巖的位置關

12、系及設計參數，石英巖表面傾角大約60°，擋墻頂面的水平寬度Lt為3.1m。，給出了一個臨界角（圖2f），最大的加筋拉力線如圖7a所示。回填土內的被動區受限制而且大約與硬土區的邊界一致。因此在設計時可以假定最大拉力線即為硬土區的邊界。自嵌擋墻的面板由自嵌塊體組成，作用在擋墻面板后的水平應力分配由方程2來計算，格柵的垂直間距是基于格柵的設計強度和格柵與自嵌擋墻面板的連接強度而定。為了節省錨桿的數量，每兩層格柵設置一排錨桿，如圖7b和7c，錨桿的受力，將錨桿的受力代入到以下錨桿截面積和錨固長度公式中 根據計算所需錨桿的長度L=5.0m和直徑25mm2.5m。錨桿與圓管的連接采用焊接或彎鉤連接，錨桿布置方式為梅花狀，錨桿施工嚴格按照施工規范執行。 錨桿和加筋格柵的連接是通過一根75mm直徑的鍍鋅鋼管來完成的，如圖7c。所選用的土工格柵需要長期的設計強度和自由靈活的彎曲來使得格柵本身能較容易的圍繞鍍鋅鋼管而不需要施加額外的附加拉力。該擋墻工程施工完畢后，經過近一年時間的考驗，擋墻的工作性能表現良好，未發生任何的破壞形式，說明通過用錨桿和土工格柵