自嵌加筋式挡墙在水利工程中的应用与实例

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(1.河海大学设计研究院有限公司， 南京 210024； 2.河海大学基建处， 南京 210024；3.句容市水利农机局， 镇江 212400)

自嵌加筋式挡墙在水利工程中的应用与实例

宋四海1，汪凌2，黄玉涛3

(1.河海大学设计研究院有限公司， 南京 210024； 2.河海大学基建处， 南京 210024；3.句容市水利农机局， 镇江 212400)

本文概述了自嵌加筋式挡土墙的构造、优点及在水利工程中的应用，并以句容河上段河道综合整治工程为实例介绍了自嵌加筋式挡墙的应用。

自嵌加筋式挡墙； 构造； 优点； 应用； 稳定计算

在水利工程中，挡土墙的应用已有很久的历史。传统的挡土墙结构只考虑了挡土功能的主要作用，而忽略了诸如柔性、美观、施工方便和更加经济等附加效果。随着国民素质的提高，环保意识的增强，人类对于人与自然的认识不断升华，对挡土结构在景观、环保等方面提出了更高的要求。近些年，一种新型的挡土墙结构——自嵌加筋式挡土结构逐渐受到人们的关注，逐渐改变了人们对于水工驳岸“厚、笨、贵”的传统观念。

1 自嵌加筋式挡墙的构造

自嵌加筋式挡土墙主要由基础、自嵌块、排水骨料、嵌固棒、土工布、拉筋、压顶和墙后回填土等组成，如图1所示。

图1 自嵌加筋式挡墙

a.基础：由浆砌块石或素混凝土组成，一般采用素混凝土底板，顶面可作一凹槽，以利于安装底层面板。其作用相当于扩大建筑物基础，将自嵌块的重量扩散到地基中较大区域，从而提高地基承载力。

b.自嵌块：自嵌块是具有特殊形状要求的混凝土制品，其作用是提供结构的稳定重量和花岗岩质的景观。

c.排水骨料：排水骨料是分布在墙后的可自由排水的粒状材料。一般采用级配碎石，宽度为30～40cm，与其相同的材料有时用来作为空心自嵌块的填充料以增加自嵌块的自重和抗剪能力。

d.嵌(锚)固棒：直线时插在块与块之间的小圆孔中，上面一块的前小圆孔与下一块的后小圆孔相连接，同时也嵌固了土工格栅，以免后面振动将土工格栅拉出；圆弧或曲线时上面一块的前小圆孔与下一块的椭圆孔相连接。

e.土工布；两层格栅之间设300g/m2反滤土工布，上下各宽40cm。

f.拉筋：拉筋对于自嵌加筋式挡墙至关重要，应有较高的抗拉强度，有韧性、变形小，有较好的柔性，抗腐蚀，与填土间有较大摩阻力。目前国内常用的有扁钢、聚丙烯土工带等。

g.压顶：挡墙顶面一般设置混凝土压顶，既可以约束面板，同时也是为保证人身安全设置栏杆所需。

h.回填土：回填土为加筋挡土墙的主体材料，必须易于填筑和压实，与拉筋有可靠的摩阻力，不应对拉筋有腐蚀性。通常，填料选择有一定级配渗水性能的砂类土、砾石类土，随铺设拉筋，逐层压实。条件困难时，也可采用黏性土或其他土，但必须有相应的措施以满足防水、压实度等要求，保证结构的安全。

2 自嵌加筋式挡墙的优点

自嵌加筋式挡墙与其他类型的挡墙(如：浆砌石、混凝土挡墙等)相比，有许多突出的优点：

2.1 结构新颖，造型美观

自嵌加筋式挡墙结构新颖，巧妙地利用了面板、筋带和填料。整个挡墙整齐、干净，富于艺术感染力。面板可根据要求设计成各种颜色或不同的外观形状。墙面可垂直、退缩及曲线交互使用，通过颜色、面层质感和块形的完美搭配，实现各种装饰效果和建筑风格。

2.2 施工造价低

加筋挡墙在块石原料紧缺的情况下，用加筋复合体代替原来的传统结构，是很有现实意义的。由于其基础小、面板薄，因此材料用量少。根据笔者最近的几个工程的设计，在2.5m以内加筋土挡墙的造价与同等条件下的重力式挡墙造价相差不大，但2.5m以上造价相差越来越大，随着挡墙高度的增高，造价降低幅度变大，一般降低15%～30%左右。

2.3 对地基要求低，抗震性能好

自嵌式挡土墙是柔性结构，且自重较轻，其结构的抗剪切能力是通过各层块之间传递侧向力来形成的，能够适应地基较大的变形，并能很好地吸收地震的能量，故其抗震性好，适用于地震地区及软弱地基。

2.4 施工方便快捷

自嵌加筋式挡墙结构决定了挡墙的施工方便快捷，主要体现在以下几点：

a.挡土墙砖在施工时一层层挡土块直接码上去，无需用砂浆砌筑和锚栓。

b.挡土块独特的后缘结构能确保单位土块位置准确，整个墙体齐整。

c.块体尺寸、形状完全相同，摆放时只要上下错缝即可，无须特别注意块体的摆放位置。

d.对基础的要求低，基础开挖量一般比其他型式的挡墙少，并无须特别处理。

e.经过多个工地的实地观察及对各种挡墙定额的比较，与传统挡土墙相比，自嵌加筋式挡墙施工速度可以提高15%～25%。

2.5 生态环保

自嵌加筋式挡墙可根据需要设置鱼巢、植栽等设施，有利于水生动植物的存活及景观绿化；透水性良好，墙体后有碎石排水层，这保证了整个墙体排水的通畅性，使水能透过墙体与土壤进行自由交换，通过水体不断的循环交流，使水体达到自身净化的目的，改善水质环境。

3 自嵌加筋式挡墙在水利工程中的应用

自嵌加筋式挡墙目前应用较广泛，但是在近几年才应用于水利工程，主要应用于以下方面：

3.1 在水位骤变河道中的应用

自嵌加筋式挡墙的碎石反滤层自我排水能力极强，在水位骤变时能有效抑制挡墙的鼓胀和倒塌；反滤土工布使回填土不被水流带走又能使墙身及墙后的水自然排出，有效降低墙后水压力，提高抗洪能力。

3.2 在航道防撞抗冲刷中的应用

自嵌块锚固棒具有一定的弹性，在受到水流冲刷时向后倾斜，在一定时间后可自动调整结构回复到初始状态，同时在冲击力的作用下级配碎石对自嵌块起到缓冲作用，能释放部分荷载，提高防高速水流冲刷和消浪能力。

在自嵌块自动化生产过程中可以加入柔性纤维和韧性添加剂，纤维混凝土吸收动能的能力较好，能够明显改善混凝土的抗冲击性能，有利于提高混凝土结构的耐久性能。同时也可以加入废旧轮胎来提高自嵌块的高强、耐磨指标。

3.3 在地震活动带中的应用

自嵌加筋式挡墙并非只有少数的几个关键连接点，能够为地震力提供附加的转力路径。地震时块体、碎石反滤层和加筋土的运动会吸取较大的能量，造成振动时多部分的微碰撞，相互制约、互相吸能，从而降低整个结构的地震反应。一旦某连接点超载，其超载部分可由相邻的连接点分担。可见，自嵌加筋式挡墙在地震活动带中应用是较适合的。

3.4 在鱼类保护中的应用

传统河道采用混凝土固化，鱼类直接产卵在混凝土边坡上，很容易被水流冲散或被混凝土的碱性杀死，甚至成为天敌的食物。自嵌式挡墙在水下形成鱼巢，鱼巢中的碎石和泥土是鱼类产卵的最佳环境，为鱼类自然生长提供了栖息、繁殖场所。

4 自嵌式挡墙应用实例

4.1 工程概况

该工程为句容河上段河道综合整治，全长3450m，整治后河道中心线基本与现状河道重合，驳岸采用自嵌加筋式挡墙结构(见图2)。挡墙顶高程2.50m，底高程为-1.10m，底板为C15埋石混凝土，厚0.5m。挡墙后设40cm级配碎石，拉筋采用土工格栅，抗拉能力双向50kN。

图2 自嵌加筋式挡墙标准断面

根据钻探资料，结合岩土体的成因类型及其物理力学性质，自上而下分为四个工程地质层：①-1耕填土、①-2淤泥质粉质黏土、②重粉质壤土、③ 含细粒土砾、④-1全～强风化粉砂质泥岩、④-2弱风化粉砂质泥岩。河岸挡土墙以②层为基础持力层。地基承载力特征值为110kPa。

4.2 采用的技术标准

《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)中4.2.19规定“加筋式挡土墙的墙体及其基础的断面以及筋材及其长度，应根据作用于墙上的各项荷载分别按墙体外部稳定性和筋材内部稳定性试算确定”[1]。

《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)中9.2.1规定“堤防工程设计应根据不同堤段的防洪任务、工程级别、地形地质条件，结合堤身的结构形式、高度和填筑材料等因素，选择有代表性的断面进行抗滑和抗倾稳定计算”[2]。

《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)中3.2.11规定“对于加筋式挡土墙，不论其级别，基本荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于1.40，特殊荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于1.30”[3]。

从以上规范可知，水工结构的自嵌加筋式挡墙主要计算内容为外部稳定、内部稳定、整体稳定，局部稳定计算主要由厂家控制。计算外部稳定时的抗滑稳定安全系数按《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)中3.2.11取值。筋带抗拔安全系数、抗倾覆稳定系数允许值查《公路加筋土工程设计规范》。

计算整体稳定时按《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)中取值。因该段堤防等级为3等，按瑞典圆弧法计算，正常运用条件下抗滑安全系数不小于1.20，非常运用条件Ⅰ下抗滑安全系数不小于1.15，非常运用条件Ⅱ下抗滑安全系数不小于1.05。

4.3 稳定计算

本次设计以完建期为控制工况，计算参数如下：挡土最大墙高3.60m，单个筋带厚3mm，筋带水平方向间距为0.20m，筋带垂直方向间距为0.45m，加筋带长度为2.50～3.50m。计算成果见下表。

自嵌加筋式挡墙稳定计算成果表

经计算，墙趾处地基压应力为89.90kPa，墙踵处地基承载力压应力为55.23kPa，平均地基承载力为72.57kPa，满足地基承载力要求。

5 结 语

近年来，我国水利工程建设中“生态水工学”的理念逐渐被广大的工程技术人员接受，且十八大提出了“美丽中国”这一新的观念。“以人为本”的人性化设计、生态化设计思想得到了越来越多的重视。改变过去随处可见的灰色单调、千篇一律的呼声越来越高。自嵌式加筋挡土墙施工简单易行、技术先进、安全可靠、生态景观效果好，必将成为未来水工驳岸设计的一种新趋势。

[1] SL 379—2007 水工挡土墙设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[2] GB 50286—2013 堤防工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

[3] SL 379—2007 水工挡土墙设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

Application and Example of Self-embedded Reinforced Retaining Wall in Water Conservancy Project

SONG Si-hai1, WANG Ling2, HUANG Yu-tao3

(1. Hohai University Design Institute Co., Ltd., Nanjing 210024, China; 2. Infrastructure ManagementDepartment of Hohai University, Nanjing 210024, China; 3. Jurong Water Conservancy Agricultural

Machine Bureau, Zhenjiang 212400, China)

The structure, advantages and applications in water conservancy projects of self-embedded reinforced retaining wall are introduced in the paper. Jurong River upper section river comprehensive improvement project is adopted as an example for introducing the application of self-embedded reinforced retaining wall.

self-embedded reinforced retaining wall; structure; advantages; application; stability calculation

TV64

A

1005-4774(2014)08-0001-04