加筋土挡土墙加高设计优化分析
建筑技术·应用2021年12月第18卷总第413期Urbanism and Architecture
152加筋土挡土墙加高设计优化分析
陈家春
（福建省建筑轻纺设计院有限公司，福建福州 350001）
摘要：本文以实际工程为例，探讨在已建加筋土挡土墙上再建挡土墙的设计方案。通过对重力式挡土墙、钢筋混凝土扶壁式挡土墙、加筋土挡土墙三种方案的经济性及可行性进行比较分析，发现重力式挡土墙造价最低，扶壁式挡土墙造价最高，但重力式挡土墙对下卧层的承载力要求较高，原有加筋土挡土墙属于填方地层，承载力存在不确定因素。而加筋土挡土墙为柔性结构，对沉降敏感性优于其他两种方案。同时，坡面可做绿化，与下挡土墙较为协调，景观效果好。因此，加筋土挡土墙为最优的设计方案。
关键词：挡土墙；加筋土；重力式挡土墙；扶壁式挡土墙；设计
［中图分类号］TU476.4    ［文献标识码］A    DOI：10.19892/jki.csjz.2021.36.44
Analysis on Optimal Heightening Design of Reinforced Earth Retaining Wall
Chen Jiachun
(Fujian Architecture & Light-Textile Design Institute Co., Ltd., Fuzhou Fujian 350001, China)
Abstract: Taking practical engineering as an example, the paper discussed the design plans of raising the original reinforced soil retaining wall. Through the comparative analysis on the economy and feasibility of gravity retaining wall, buttressed retaining wall and reinforced soil retaining wall, the paper found that the gravity retaining wall had the lowest cost while buttressed retaining wall had the highest cost, and the gravity retaining wall has higher requirements for the bearing capacity of the underlying layer. The original reinforced soil retaining wall was the filling stratum, and the bearing capacity was uncertain. The reinforced soil retaining wall was a flexible structure, and its sensitivity to subsidence was better than the other two plans. At the same time, the face of slope could be greening to be more coordinated with the lower retaining wall, and the landscape effect was good. Therefore, reinforced soil retaining wall was the optimal design.
Key words: retaining wall; reinforced earth; gravity retaining wall; buttressed retaining wall; design
目前，城市用地日益紧张，建设用地向山地延伸，挡土墙大量使用。随着山地开发的日益深入，出现如何处理挡土墙加高等问题。许多学者对加筋土挡土墙的设计和施工进行了深入的研究和探讨，吴未杰对土工格栅加筋土挡土墙的设计和施工工艺进行了研究，并说明了生态袋与土工格栅的组合具有良好的生态效果[1]。刁万民分析了哈尔滨绕城高速公路某路段加筋土挡土墙发生病害的原因，并提出有效的加固方案[2]。还有一些学者也在不同的建筑领域对加筋土挡土墙的设计应用进行了研究[3-8]。综上所述，前人对挡土墙的研究较为全面和完整，但在原有加筋土挡土墙上再建设挡土墙的设计案例的研究还是较少。由于加筋土挡土墙自身的优点，其决定了学者还需要对该方面的设计进行探讨。
加筋土挡土墙主要是由填土材料、筋材、面层三部分组成，加筋土的内部稳定性主要靠筋材的拉力、填料与筋材间的摩擦力等相互平衡作用的内力。而整个加筋土结构可视为一道重力式挡土墙，可有效抵挡加筋土结构后侧的土压力，保证加筋土挡土墙的外部稳定性。加筋土挡土墙可靠、经济的特点，使其在我国很多建筑填方边坡中被广泛使用。
因此，本文结合闽南地区某个加筋土挡土墙加高的案例，对设计过程中存在的问题进行思考，探讨挡土墙加高设计的一些思路，总结挡土墙加高设计在工程中出现的问题及解决方案，为类似地区的相关支护工程提供新思路和工程经验，研究结果具有理论和实际意义。
1工程概况
拟建场地位于泉州晋江市紫帽镇，场地位于山麓斜坡堆积地段，属剥蚀残山地貌单元。场地东侧邻近已建市政路，市政路西侧（邻近本工程场地）建有一道填方加筋土挡土墙。该加筋土挡土墙高度约为22.0 m，坡顶标高约为54.5 m，本场地红线距离已建加筋土边坡距离约为7.0 m，挡土墙需回填至62.0 m，该已建加筋土挡土墙还需加高7.6 m（见图1）。
1.1已建挡土墙材料收集
该道路加筋土挡土墙于2016年6月完成施工，在接到本场地边坡设计时该道路加筋土挡土墙已完工约1年。已建道路加筋土挡土墙采用二级放坡，坡率约为1∶1.25，筋材选用单向土工格栅，垂直间距100 cm，筋材长度约为30 m，筋材极限抗拉强度≥170 kN。填料及场地填土采用
作者简介：陈家春（1978-），男，本科，高级工程师。研究方向：结构及岩土工程。
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
建筑技术·应用  2021年12月第18卷总第413期
Urbanism and Architecture
153
原地面线
土加于扶水沟用地红线8 500
5 3003 200
7  820
54.1862.0066.064.0
62.0
60.058.056.0
54.0
52.050.048.0
46.0
44.042.040.0
38.036.035.0
=8  m
=8  m
1：
0.25路面结构或200 cm 黏土封闭
8.5  m 型衡重式挡土墙
已有市政路加筋土挡土墙强风化
边沟
图2 采用重力式挡土墙剖面图（单位：mm）（图片来源：作者自绘）
已有加筋土挡土墙坡顶线
用地红线
已有挡土墙顶标高
54.50 m
6.
97 m 62.00 m
设计场地标高
36.12
35.6
本次场地坡顶线
图1 新增挡土墙与已建挡土墙平面示意图（图片来源：作者自绘）中低液限黏土、砂类土、砾碎石土，压实度为90  %~95  %。该加筋土挡土墙的持力层为砂土状强风化。该加筋土挡土墙竣工后经一年监测，沉降及位移值都在规范允许范围内。
1.2场地的地质情况
①素填土（Q 4ml ）：褐、灰、黄等，松散、局部稍密，稍湿—湿。属新近回填土，主要成分以黏性土为主。②全风化花岗岩（γ53）：灰、黄等。原岩矿物，主要由长石、石英等组成，原岩结构已基本破坏，岩芯呈砂土状。③砂土状强风化花岗岩（γ53）：灰、黄等。中粗粒花岗结构，散体状构造，岩芯呈砂土状，矿物成分主要为长石、石英，风化不均匀。④碎块状强风化花岗岩（γ53）：灰、黄。中粗粒花岗结构，岩芯呈碎块状，矿物成分主要为长石、石英等，风化不均匀。1.3场地地下水情况
经调查，场地及周围未见有污染源。场地地下水按其埋藏条件和性质划分主要为潜水。①本场地地下水主要为赋存于素填土层孔隙中的潜水，主要受大气降水垂向补给。②赋存于下部全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩层的孔隙、裂隙性潜水，主要接受大气降水的下渗和相邻含水层的渗透补给，并总体随地形由高向低渗流、排泄。拟建场地近3~5年最高水位相当于黄海高程约56  m，场地历史最高水位相当于黄海高程约57  m。
2挡土墙加高方案比较
根据本工程的周边条件及地质情况，本次加高设计进行了三个方案的比选。
2.1方案一：在已有的加筋土挡土墙上部采用重力式挡土墙
重力式挡土墙墙身采用浆砌块石砌筑，挡土墙高度为8.5  m，挡土墙基础埋深为1  m，挡土墙底宽为2.6  m。挡土墙墙后回填碎石土填料，墙身泄水孔间距2  m×2  m。
该方案的优点主要有：①传统工艺，施工技术比较成熟，施工便捷；②沿海地区花岗岩多，石材充分，成本上有一定的优势。主要的缺点为：重力式挡土墙基底应力较
为集中，对下卧层的承载力要求较高，本工程持力层为下挡土墙填方，其中填土的压实度、承载力等存在不确定因素（见图2）。
采用重力式挡土墙加高方案，估算挡土墙每延长1  m 的造价约为1.3万元。
2.2方案二：在已有的加筋土挡土墙上部采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙
设置9  m 高的扶壁式挡土墙，挡土墙埋深1.5m，扶壁式挡土墙采用C30混凝土浇筑，内置钢筋网。扶壁式挡土墙由立壁、扶壁、踵板三个构件连接起来，其中立壁的厚度为0.6  m，踵板的宽度为6.1  m，扶壁的厚度为0.4  m。墙后回填碎石土填料，墙身设置泄水孔，间距为2  m×2  m。
该方案的优点主要有：①工艺成熟，为常用钢筋混凝土构件，施工简单快捷；②底板宽度较宽，且配有钢筋网，基底的应力较为平均，对承载力不是很高的地层有一定的优势。主要的缺点为：采用扶壁式挡土墙造价较高（见图3）。
采用扶壁式挡土墙加高方案，估算挡土墙每延长1  m 的造价约为1.9万元。
2.3方案三：在已有的加筋土挡土墙上方采用加筋土挡土墙
加筋土采用单向塑料土工格栅，质控拉伸强度要求为170.0 kN/m，2  %应变时的抗拉强度要求为不小于50.0  kN/ m，5  %应变时的抗拉强度要求为不小于99.0  kN/ m，20 ℃下蠕变极限强度要求为不小于65.9 kN/m。填料采用碎石土填料，压实系数不小于0.95，格栅的纵向间距为0.5  m，底部设置0.5  m 厚度的碎石排水层，加筋土端头连接方式采用连接棒连接，坡面一端装土工袋，土工袋断裂强度为纵向横向强度≥6.0 kN。
该方案的主要优点为：①格栅为柔性结构，对沉降相较于其他两个方案较为不敏感，对承载力要求不高；②坡面可做绿化，与下挡土墙较为协调，景观效果好。该方案的主要缺点为：对施工工艺要求较高，对填料及压实度要求较高（见图4）。
采用加筋土方案，估算每延长1  m 的造价约为1.6 万元。
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
建筑技术·应用  2021年12月第18卷总第413期
Urbanism and Architecture
154
图例：
加筋土挡墙滑动圆弧面
表1 土层物理力学参数
土层重度固结快剪（天然状态）
地基承载力特征值
Γ/（kN/m 3
）
C /kPa φ/°F ak /kPa 场地填料18.0  5.028.0300* 墙后填土
18.018.030.0200*③砂土状强风化花岗岩
21.0*
35.0*
30.0*
450*
3计算结果
本工程整体稳定性验算采用圆弧稳定分析方法、简化Bishop 法。简化Bishop 法的根本原理是圆弧滑动面分析，是下滑力与抗滑力的关系比较，以库仑强度理论为基础，其分支刚体力的极限平衡和力矩的平衡比较。具体计算时采用先假定稳定系数K ，反算稳定系数计算值F ，然后再根据稳定系数计算值F 调整假定值K ，重复计算直到K 与F 之间的相对误差在规定范围内。
安全系数公式为：
图7 采用加筋土挡土墙计算结果图（图片来源：作者自绘）
④
①②
③
图5 采用重力式挡土墙计算结果图（图片来源：作者自绘）
④
⑤
①
②③
图6 采用扶臂式挡土墙计算结果图（图片来源：作者自绘）
原地面线用地红线桩位7  820
54.186001 100C30扶壁式挡土墙
泄水孔2  m x 2  m 4 40066.064.0
62.060.058.0
56.0
54.052.050.048.046.044.042.040.038.036.035.0= 8  m
= 8  m
1：
0.25黏土厚度500封闭
墙后回填碎石挡土墙基槽开挖面1：0.75已有市政路加筋土挡土墙强风化
边沟
图3 采用扶壁式挡土墙加高的断面（单位：mm）
（图片来源：作者自绘）原地面线
用地红线
截水沟
坡面植草绿化反包式加筋土挡土墙采用C 型筋材50 cm 厚度的碎石垫层
7  820
500
54.18
7 642
62.0015 000
C30扶壁式挡土墙
泄水孔2  m x 2  m
66.0
64.062.060.058.056.054.052.050.048.046.044.042.040.038.036.035.034.0
= 8  m
= 8  m
1：
0.25压实碎石土，压实系数不小于0.95
已有市政路加筋土挡土墙
强风化边沟
图4 采用加筋土挡土墙剖面图（单位：mm）
（图片来源：作者自绘）
∑∑∑+++=
R
e Q
w tg b u w b c m
i
i
i
i
i
i i i i i ai
s sin )(1
F ϕϕ其中Q i 为水平地震力，Q i 到圆滑圆心的竖向距离为 e i ，
w i 为土条自重，
c i 为土力学黏聚力，φ1为内摩擦角，R 为滑动半径，m ai 为土体质量，b i 为土条宽度，u i 为孔隙水压力。
土层物理力学参数如表1所示，采用方案一进行重力式挡土墙的整体稳定验算（见图5）。
整体稳定验算满足：最小安全系数=1.378≥1.350。采用方案二进行扶壁式挡土墙的整体稳定性验算（见图6）。整体稳定验算满足：最小安全系数=1.556≥1.350。采用方案三进行加筋土挡土墙的整体稳定性验算（见图7）。
滑动安全系数=1.679。
4结语
由以上综合比较可以看出，采用加筋土挡土墙进行加高，新加的格栅对现状边坡整体稳定性验算有帮助，整体稳定性安全系数最高。而方案一采用重力式挡土墙存在旧
①挡土墙后填土；②挡土墙；③加筋土挡土墙；④⑤场地原状土。①挡土墙后填土；②挡土墙；③加筋土挡土墙；④场地原状土。
  注：*表示采用的经验值。
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
建筑技术·应用  2021年12月第18卷总第413期
Urbanism and Architecture
155
加筋土挡土墙填方压实施工质量低等不确定等因素，且重力式挡土墙重量较大，对下挡土墙也会产生不利影响。综合安全、经济方面考虑，最终本工程采用加筋土挡土墙进行旧挡土墙加高处理。
目前该工程已竣工三年，从监测的数据情况看，坡顶水平位移及竖向沉降均小于20  mm，且已在竣工半年后趋于稳定。故本次旧挡土墙加高设计取得完好的效果。
对本工程一些思考如下：①旧挡土墙加高设计时，一定要先取得旧挡土墙的基础数据，如有不确定的应进行试验确定，加高的均依据基础数据进行；②加高设计因充分考虑新旧挡土墙的匹配问题，如旧挡土墙为柔性结构，新挡土墙尽量采用刚度相符的柔性结构，以免刚度差异太大造成挡土墙沉降差。
参考文献
[1] 吴未杰．土工格栅加筋土挡土墙在煤矿边坡治理中的应
用[J]．内蒙古煤炭经济，2019（19）：168，170．
[2] 刁万民．加筋土挡土墙加固设计方案应用研究[J]．山西
建筑，2021，47（01）：60-61．
[3] 曹冰．加筋土挡土墙在市政道路施工中的应用研究[J]．
智能城市，2020，6（09）：178-179．
[4] 覃柏钧，王志，陈家焕．加筋土挡土墙在某电站公路工程
中的应用[J]．红水河，2021，40（03）：20-23．
[5] 姚继龙，陈海．加筋土挡土墙与桥梁衔接处的设计要点分
析[J]．山东交通科技，2019（03）：63-65．
[6] 吴颖峰．新型加筋格宾型挡土墙在路基生态支挡工程中
的应用研究[J]．城市道桥与防洪，2021（09）：193-195，198，23．
[7] 闫俊．复合式加筋土挡墙在道路工程中的应用[J]．江西
建材，2020（07）：152，154．
[8] 熊凯．土工格栅加筋土挡墙的动力性能及施工工艺研究
[J]．科学技术创新，2021（20）：
134-136．
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。