新型自嵌式擋土墻在中國的運用前景

PAGEPAGE10新型自嵌式擋土墻在中國的運用前景摘要：自嵌式加筋土擋土墻是一門剛剛興起并迅速發(fā)展的新技術(shù)，由于其具有抗震性能好、施工簡單、環(huán)保、造價低廉等特點，而被廣泛應用于工程中。使用自嵌式加筋擋土墻有利于節(jié)省資金，有利于資源的可持續(xù)發(fā)展；在我國具有廣泛的應用前景。關(guān)鍵詞：自嵌式擋土墻環(huán)保節(jié)省可持續(xù)發(fā)展一、加筋擋土墻在我國運用歷史現(xiàn)代加筋土技術(shù)于20世紀60年代問世以來,即以其顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益受到國際土木工程界的青睞并迅速得到廣泛應用和發(fā)展。60年代初,法國的Herni.Vdial首先在試驗中發(fā)現(xiàn),當土中摻有纖維材料時土的強度會提高,而后發(fā)表了其加筋土研究成果并提出了設(shè)計理論,根據(jù)試驗結(jié)果提出了加筋土概念。加筋土技術(shù)在我國的發(fā)展和應用是在70年代末開始。云南煤礦設(shè)計院1978～1979年在田壩礦區(qū)建成的3座僅高2～4m的試驗性加筋土擋土墻是我國第一座加筋土擋土墻,該工程的成功引起了我國土木建筑行業(yè)工程技術(shù)人員的極大興趣,隨后這項技術(shù)便在公路、鐵路、水運、煤炭、林業(yè)、水利、城建等行業(yè)和部門迅速發(fā)展并得到推廣運用。迄今為止,全國已建成數(shù)千座加筋土工程,據(jù)統(tǒng)計:公路占85%,鐵路6%,林區(qū)、礦區(qū)占3%,其它行業(yè)占6%。重慶長江濱江路工程長約6km的護岸擋土墻和公路擋土墻均采用加筋土結(jié)構(gòu),其墻高最高達33m,加筋土擋土墻面積約110000m2,是目前世界上規(guī)模最大的加筋土工程。在總投資約155億元的長江口深水航道治理工程中,大量地采用了加筋、軟體排水墊層、濾層等土工織物新技術(shù)。三峽庫區(qū)已建成了總高度達55m的加筋土擋土墻,全國在高速公路及一般公路支擋建筑、特別是高速公路的軟基處理方面越來越倚重于加筋土結(jié)構(gòu)。二、自嵌式加筋擋土墻的基本特點1．施工方便快捷自嵌式擋土墻跟傳統(tǒng)的加筋支護結(jié)構(gòu)相比施工方面具有非常大的優(yōu)越性，可以成倍地提高施工進度以及工程質(zhì)量。三到四個比較熟練工人的隊伍一天能施工20到40平方米的墻（包含所有的施工工序）。這種施工上的方便快捷主要反映在以下幾個方面：（1）自嵌式擋土墻在施工時一層層擋土塊直接碼上去，無需用砂漿砌筑和錨栓；（2）擋土塊獨特的后緣結(jié)構(gòu)確保每塊位置準確，整個墻體齊整；（3）塊體尺寸、形狀同一，擺放時只要上下錯縫即可，無須特別注意塊體的擺放位置。對基礎(chǔ)的要求低，基礎(chǔ)開挖量一般比其他型式的擋土墻少并無須特別處理。正常情況下只要保證地基土有足夠的密實度并設(shè)置≥150毫米的夯實好的級配碎石或素混凝土墊層即可。2.美觀自嵌式擋土塊作為一種高檔的園林景觀材料，其主要優(yōu)越性反映在以下幾個方面：（1）自嵌式擋土塊可以有不同的色彩（200種以上）可供選擇，和不同的形狀（主要為曲面型和直面型兩種），給設(shè)計師和業(yè)主非常廣闊的想象空間。（2）新型的自嵌式塊粗糙的表面質(zhì)感提供自然典雅的景觀效果和令人舒服的視覺感。一塊塊獨立的混凝土劈裂面單元上下錯縫并前后退步偏移而形成的自嵌式塊獨一無二的擋土墻面與單調(diào)的鋼筋混凝土擋土墻面或到處都能見到的塊石擋土墻表面相比更具生命力和新鮮感，而且能更好地融于周圍建筑中形成和諧優(yōu)凝舒適的人居環(huán)境。3.柔性結(jié)構(gòu)，安全可靠由于層與層之間無砂漿或其他固結(jié)措施，墻本身坐落在柔性骨料基礎(chǔ)上，所以自嵌式塊擋土墻是柔性結(jié)構(gòu)，塊體可以自由移動或調(diào)整相互位置，對小規(guī)?；A(chǔ)沉陷或遇到短暫的非常荷載組合（如地震、高地下水位等）時具有相當高的適應能力。除此之外自嵌式加筋擋土墻的高度的安全性可以由如下幾個方面來解釋：（1）自嵌式加筋擋土墻系統(tǒng)中自嵌式塊墻體與回填土經(jīng)過加筋網(wǎng)片（一般為編織的土工格柵）的作用成為一個整體來承擔外部土壓力，相當于一個重力式擋土墻。（2）加筋土體內(nèi)部對自嵌式塊墻體的壓力是由拉結(jié)網(wǎng)片的拉結(jié)能力（由網(wǎng)片與回填土之間的相互作用和壓載土體重量所提供的），擋土塊與拉結(jié)網(wǎng)片之間的連接力和塊體之間的抗剪切能力來承擔的。除塊體之間的摩擦力提供一定的抗剪切能力外，塊體之間獨特的機械錨固措施（上面一個塊用后緣槽口套在下面塊體上）幫助由上往下傳遞側(cè)向力以便增加墻體的抗剪能力。（3）自嵌式自嵌式塊墻體由于每塊后緣槽口的存在自然形成10.6°或12°的坡度，這使墻體重心偏內(nèi)，增加其在土壓力作用下的抗傾覆能力。自嵌式采用比較保守的設(shè)計方法為客戶提供安全可靠的擋土墻設(shè)計、施工方案保證墻體在設(shè)計荷載下不會發(fā)生滑移、傾覆失穩(wěn)或滑坡等任何型式的安全問題。4．耐久上述表明加筋土擋土塊墻體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，除了擋土墻墻結(jié)構(gòu)本身耐久外所使用的材料也非常持久耐用，這可以由以下幾點來說明：（1）優(yōu)凝舒布洛克擋土磚是由高強高密實度混凝土，在世界領(lǐng)先的混凝土制品生產(chǎn)線上，嚴格的質(zhì)量控制下經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護的高質(zhì)量混凝土塊體，具有極高的抗壓強度和抗沖擊能力（特別體現(xiàn)在水下使用情況），不會分裂或腐朽。（2）優(yōu)凝舒布洛克擋土磚的高強度和低吸水率使它具有非常高的抗凍融能力。（3）優(yōu)凝舒布洛克產(chǎn)品采用天然礦物制顏料并且同體材質(zhì)，在急劇惡劣的環(huán)境下也不褪色。（4）加筋土采用的拉結(jié)網(wǎng)片是特殊的聚合物纖維編織而成的土工格柵，具有非常高的抗蠕變、抗老化能力，并且設(shè)計時考慮了眾多影響系數(shù)后得出的拉結(jié)網(wǎng)片的強度設(shè)計值可以保留75至100年。5．高度的實用性能優(yōu)凝舒布洛克自嵌式塊擋土墻具有非常廣闊的使用領(lǐng)域，主要如下：（1）既然優(yōu)凝舒布洛克加筋土自嵌式塊擋土墻是個柔性結(jié)構(gòu)，它對地形地質(zhì)條件不提出特別的要求，任何需要擋土的地方，如園林、護坡、護堤、高速公路、立交橋等，都可以放心地使用。再說優(yōu)凝舒布洛克擋土塊相對小的尺寸和比較輕的重量允許在交通不便的地方進行施工，無須用起吊機械。（2）只要采用比較好的設(shè)計方案，過水道的護坡上可以照樣使用，同樣也可以在浪壓力、冰壓力作用場所使用。（3）只要采用特定的施工方法，優(yōu)凝舒布洛克擋土塊可以壘筑成內(nèi)直角、外直角，內(nèi)圓弧、外圓弧，或其他景觀設(shè)計或地形條件所要求各種特殊造型。6．環(huán)保優(yōu)凝舒布洛克混凝土制品從原材料的選擇到生產(chǎn)，養(yǎng)護處處都講究環(huán)保，產(chǎn)品無任何對人體有害的輻射。對環(huán)境幾乎無白噪聲影響。三、自嵌式塊擋土墻與其它形式擋土墻簡單比較在公路建設(shè)中,支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計是不可避免的。支擋結(jié)構(gòu)不僅用作橋臺、翼墻,也可用于增加邊坡穩(wěn)定和減少道路用地。許多年來,支擋結(jié)構(gòu)大都采用鋼筋混凝土重力式或懸臂式擋土墻,這些剛性結(jié)構(gòu)不能適應不均勻沉降的情況。如果增加填土高度和進行軟基處理,則造價大大增加。加筋土擋土墻能夠經(jīng)受比鋼筋混凝土墻大得多的沉降量。在土中鋪設(shè)加筋材料,能提高土體的自立穩(wěn)定性,采用面板可阻止土的坍落并加大邊坡坡度。1．技術(shù)分析加筋土擋土墻與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土和圬工擋土墻相比有許多優(yōu)點,表現(xiàn)在:（1）施工過程簡便、快速,不需要大型的施工機械。（2）施工時不需要特殊技術(shù)人員。（3）與其他結(jié)構(gòu)相比,需要更少的現(xiàn)場準備工作。（4）施工時占用場地更少。（5）減少道路用地要求。（6）因為加筋土結(jié)構(gòu)能適應變形,故不需要堅固的地基。（7）高于25ｍ的墻體,技術(shù)可行。加筋土擋土墻最大的優(yōu)點在于它對軟弱地基的適應性和承受變形的能力。根據(jù)在地震活動地區(qū)的觀察,這種結(jié)構(gòu)證明了它具有比剛性混凝土結(jié)構(gòu)更高的抗震能力。2．費用分析自嵌式加筋土結(jié)構(gòu)的具體施工造價涉及許多因素,包括填挖要求、墻體尺寸和類型、原地質(zhì)類型、回填材料、面板形狀、工程使用壽命等。一般的認為：加筋土擋土墻與其他類型的擋土墻相比，可節(jié)省造價30％－50％以上，擋土墻越高，節(jié)省的費用就越多。由于自嵌式加筋擋土墻在我國起步比較晚，對有限工程實例的造價缺乏系統(tǒng)的比較。世界上對自嵌式擋土墻與其他類型的擋土墻造價有過系統(tǒng)的研究。研究成果如下表：表1：幾種形式擋土墻造價比較表（至1998年）（單位$/m2）類型強高（相對）Leeetal.（1973）VSL(公司))（1981）Yakoettal..(19888)Koernerretaal.(19988)重力式擋土墻高300570570760中190344344573低190344344455囚籠式擋土墻高245377377I/D中230280280390低225183183272其它形式加筋擋擋土墻高140300300385中100280280381低70172172341自嵌式加筋擋土土墻高N/AN/A250357中N/AN/A180279低N/AN/A130223注：（1）高墻（），中墻（），低墻（）；（2）I/D指數(shù)據(jù)不充分；N/A當時沒有相應的數(shù)據(jù)。由表1可以看出，自嵌式擋土墻是一種在20世紀70年代末發(fā)展起來的新型的施工工藝，它的工程造價僅為傳統(tǒng)重力式擋土墻的一半。四、自嵌式塊擋土墻設(shè)計的基本原理自嵌式塊擋土墻是重力式結(jié)構(gòu)，主要依靠自嵌式擋土塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達到穩(wěn)定的作用。此結(jié)構(gòu)無須砂漿施工，依靠帶有后緣的塊與塊之間嵌鎖作用和重量來防止滑動傾覆。自嵌式塊也可同水平放置的拉接網(wǎng)片共同使用來增大墻體結(jié)構(gòu)的有效寬度和重量。無加筋重力式擋土墻（）可由單行或多行自嵌式塊組成，以墻體的自重抵抗墻體的滑移和傾覆失穩(wěn)。由于墻體是由自嵌式塊自嵌式形成，墻身的抗剪切能力是確保墻體作為一整體結(jié)構(gòu)承擔荷載的重要因素，墻體的抗剪切能力是通過各層塊之間傳遞側(cè)向力來形成。加筋土自嵌式擋土墻用于那些用一般重力式自嵌式塊擋土墻無法滿足設(shè)計要求的地方，如墻體較高、墻頂坡度較大、有活載或地基土質(zhì)較差等，應用多層拉接網(wǎng)片按設(shè)計的標高和長度在自嵌式塊間分層布置，與自嵌式塊牢固地連接在一起并延伸到土體中。分層布置在土體中的拉接網(wǎng)片使自嵌式擋土墻與土體成為一整體，從而加大了墻身寬度和重量。自嵌式塊和加筋土構(gòu)成整體抵抗土壓力和頂部荷載等的破壞作用。自嵌式塊擋土墻是柔性結(jié)構(gòu)，其墻底無須放置在冰凍線以下來滿足承載力的需要。五、中國發(fā)展自嵌式擋土墻的現(xiàn)實性和必要性1．有利于節(jié)省資金以長江江蘇段為例，20世紀80、90年代，幾乎每隔5年左右就要拿出20億左右的資金作為江堤加固、搶險費用，資金依然沒有有效的辦法解決上述問題。江蘇長江岸線1175公里，其中主江岸線861公里，岸線資源豐富。根據(jù)測算，為了支撐沿江地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，2003－2010年期間沿江地區(qū)全社會固定資產(chǎn)投資累計需要25000億元（現(xiàn)價）左右。假如拿出其中的1％（也就是250億）用于江堤加固，如果采用自嵌式加筋擋土墻施工，可以為國家節(jié)省125億人民幣。假如用混凝土擋土墻施工，隨著時間的推移，將會出現(xiàn)混凝土老化、開裂、小孔蟻化而成為險堤病堤，不得不重新加固。與混凝土擋土墻不同的是，結(jié)合植被的自嵌式擋土墻隨著時間的推移，植被的根系將會進一步發(fā)展，更加牢固的吸護著土壤，使擋土墻的穩(wěn)定性進一步提高；在擋土墻的表面形成牢固而致密的綠籬帶；使之成為綠色大堤、生態(tài)大堤。同樣舉世聞名的南水北調(diào)水利工程，按水利的初步計劃，總投資為5000億人民幣；東線一期和中線一期主體工程靜態(tài)總投資1240億元，如所流經(jīng)渠道的護堤所需投資占總投資的10％；假如采用自嵌式擋土墻將會為國家節(jié)約62億人民幣。2．有利于可持續(xù)發(fā)展世界發(fā)生事故加筋擋土墻多半是由于墻后回填土或透水層排水不暢而引起的。自嵌式擋土塊是透水的，這就緩解了墻后排水裝置外的水荷載對墻面板的壓力；增加墻體的安全性。幾乎各類土體均可以作為回填土和被擋土。所以在中國的西北、華北等水土流失比較嚴重的地區(qū)，合理的利用自嵌式擋土墻可以流水固土，防止水土流失。僅僅是長江和黃河每年都有10500億立方米的淡水入海變成咸水；而安徽、蘇北、河南、河北、魯南等好多地區(qū)嚴重缺水。假如長江和黃河水入海量能被利用1％的話，即可以解決以上大部分地區(qū)的缺水問題。筑壩、修渠只是一個方面，而真正巨大的蓄水池是大地；在豐水期河流