砌塊加筋土擋土墻中選用砌塊與加筋材料應(yīng)當(dāng)注意的匹配關(guān)系.doc

砌塊加筋土擋土墻選用砌塊和加筋材料應(yīng)當(dāng)注意的匹配關(guān)系江小輝1 朱賢良2 仇順有2 蘇紅來4 章曉樺5 陳青佳6摘 要：通過對榮勛擋排砌塊擋土墻和后垂式砌塊擋土墻的調(diào)研，分析了砌塊結(jié)構(gòu)特點和加筋材料的相互關(guān)系，依據(jù)加筋土擋土墻規(guī)范有關(guān)破裂面型式和土壓力計算的規(guī)定，闡述了誤用砌塊和加筋材料會導(dǎo)致的安全問題，指出了砌塊加筋土擋土墻設(shè)計和施工必須明確砌塊類型和加筋材料類型。關(guān)鍵詞：砌塊加筋土擋土墻 砌塊結(jié)構(gòu)特點 加筋材料特性 設(shè)計施工Matching relations between the block and reinforced material on Design of the reinforced earth retaining walls of blocksJiang Xiao-hui, Zhu xian-liang, Qiu Shun-you, Su Hong-lai, Zhang Xiao-hua, Chen Qin-jia(Zhejiang Investigation and Design Institute of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310002)(Architectural Design and Research Institute of Zhejiang University, Hangzhou 310002)(Zhejiang Chengjian Designing Insitute, Hangzhou 310005)Abstract: By investigating on “Rongxun blocks” retaining wall and vertical astern retaining wall, the relations between structure characteristics and reinforced material are researched. According to the regulations of the rupture surface and Calculation method of soil pressures in code for reinforced earth retaining wall, securities caused by misusing blocks and reinforced material is discussed. It is presents that the types of blocks and reinforced material must be established during the design and construction on the reinforced earth retaining walls of blocks.Key Words: the reinforced earth retaining walls of blocks; structure characteristics of blocks; behaviors of reinforced material; design and construction;1. 引言砌塊加筋土擋土墻已經(jīng)成為擋土墻中的主要類型，砌塊、加筋材料、填料是砌塊加筋土擋土墻中的主角，在分析砌塊加筋土擋土墻工程事故時，通常關(guān)注的是偷工減料，往往沒有注意到砌塊類型和加筋材料類型的互相匹配關(guān)系，更有一些設(shè)計圖紙沒有明確砌塊類型和加筋材料類型。作者通過對應(yīng)用最廣泛的榮勛擋排砌塊擋土墻和后垂式砌塊擋土墻的調(diào)查，研讀了砌塊加筋土擋土墻的規(guī)范和有關(guān)科研成果，發(fā)現(xiàn)砌塊類型與加筋材料類型之間存在關(guān)聯(lián)性，確定了某種技術(shù)特點的砌塊，就限定了適合該種砌塊結(jié)構(gòu)的加筋材料，進而就限定了該種加筋材料擋土墻的破裂面型式、土壓力計算公式；如果設(shè)計圖紙沒有注明砌塊技術(shù)類型、加筋材料類型，施工中誤用或隨意變更砌塊和加筋材料，那么破裂面型式、土壓力計算公式就可能與設(shè)計不符，工程質(zhì)量就難以保證。由于目前還沒有關(guān)于砌塊結(jié)構(gòu)與加筋材料的互相關(guān)系的專門研究資料；而關(guān)于加筋材料特性及其在加筋土擋土墻中所對應(yīng)的破裂面型式等技術(shù)闡釋，卻又是零星地、缺少邏輯聯(lián)系地分散在不同的規(guī)范中。本文對砌塊和加筋材料相互關(guān)系的分析、歸納、總結(jié)，未見有其它類似研究，可以作為指導(dǎo)砌塊加筋土擋土墻的設(shè)計和施工的參考資料，也是對規(guī)范的補充和完善。2. 榮勛擋排砌塊、后垂式砌塊與加筋材料的相互關(guān)系榮勛擋排砌塊及其形成的榮勛生態(tài)多功能擋土墻技術(shù)，是目前用于解決擋土墻生態(tài)化、人性化難題的國際領(lǐng)先技術(shù)，在業(yè)界已經(jīng)成為生態(tài)砌塊、生態(tài)擋土墻的代名詞。本文的榮勛擋排砌塊擋土墻、榮勛生態(tài)擋土墻或榮勛生態(tài)多功能擋土墻，意思相同。該技術(shù)系我國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會全國水泥制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會生態(tài)混凝土分委員會委員汪榮勛先生發(fā)明。榮勛擋排砌塊在形成擋土墻的截面形狀見圖1，砌塊的上斜面、下斜面與平面構(gòu)成115以上的角度，被卡壓在上下層砌塊之間加筋材料在轉(zhuǎn)彎處也115以上的角度，加筋材料在砌體中形成三處轉(zhuǎn)彎和端部的榮勛結(jié)，使得加筋材料被卡壓錨固于砌體中。圖1: 榮勛擋排砌塊砌筑示意圖 圖2 后垂型砌塊砌筑示意圖后垂型砌塊是作者給出的定義，該類砌塊的關(guān)鍵技術(shù)是：后下區(qū)設(shè)置了很小的下垂部，稱為后垂部，后垂部尺寸大致在20mm25mm，該后垂部的功能是便于砌筑，截面形狀見圖2。該砌塊美國Anchor公司的技術(shù)，稱為鉆石型砌塊，所形成的擋土墻稱為自嵌式擋土墻，該擋土墻還必須采用插桿把上下砌塊結(jié)合起來。中國砌塊協(xié)會把該砌塊技術(shù)介紹到國內(nèi)，現(xiàn)在我國有上百家企業(yè)生產(chǎn)，后垂部技術(shù)特征與Anchor相同，有自嵌式砌塊、植生型自嵌式砌塊等不同稱呼，有些施工企業(yè)偷工減料使用插桿，有些生產(chǎn)企業(yè)也不配套提供插桿。在后垂型砌塊加筋土擋土墻中，加筋材料在砌塊的后垂部形成兩處直角轉(zhuǎn)折。由于后垂部尺寸太小、容易破裂，不能考慮后垂部對于加筋材料的卡嵌作用。2. 砌塊加筋土擋土墻采用的主要加筋材料的特點土工格柵和土工織物是砌塊加筋土擋土墻中使用的主要加筋材料。 土工格柵從生產(chǎn)方式上或者結(jié)構(gòu)類型上，可以把土工格柵分為四大類：PP帶土工格柵：用PP帶縱橫焊接形成網(wǎng)格。特點是：PP帶較粗較硬、不夠柔軟，單根PP帶具有較大的抗拉強度，抗割破、抗頂破、抗撕破性能較好，變形較小，焊接點可承受30n的拉力。鋼塑土工格柵：鋼絲索包塑膜，縱橫焊接形成網(wǎng)格。特點是：鋼絲索較硬、不夠柔軟，單根鋼絲索具有較大的抗拉強度，不受割破、頂破、撕破影響，變形較小，焊接點可承受30n的拉力。拉伸土工格柵：直接通過預(yù)應(yīng)力拉伸為土工格柵，每一柵條也都較粗較硬、不夠柔軟，單根柵條具有較大的抗拉強度，抗割破、抗頂破、抗撕破性能較好，變形較小。雙向拉伸土工格柵的柵條節(jié)點可承受的拉力于柵條相同；單向拉伸土工格柵的次柵條可承受的拉力遠小于主柵條，但沒有具體標(biāo)準(zhǔn)?？椩焱凉じ駯牛夯蚍Q為纖維土工格柵，采用化學(xué)纖維或玻璃纖維通過編織形成的土工格柵，其中的每一柵條都由數(shù)條纖維絲捆扎組成，柵條之間通過編織形成網(wǎng)狀，所以也稱為纖維土工格柵或編織土工格柵，也屬于土工織物類。織造土工格柵很柔軟，容易被割破、頂破、撕破，變形很大，縱橫柵條的交節(jié)點可承受的拉力與相應(yīng)的柵條相同、但交節(jié)點容易變位。 土工織物從結(jié)構(gòu)類型上，可以把土工織物分為兩大類：土工布：采用化纖、玻纖，眾多纖維絲通過紡織或無紡形式生產(chǎn)為土工布、土工毯，很柔軟，容易被割破、頂破、撕破，變形很大?？椩焱凉じ駯牛阂娚鲜?。根據(jù)土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50290-98、水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范SL/T225-98等有關(guān)規(guī)范的闡釋，以抗拉模量高、延伸率低的土工格柵或加筋土工帶等作為筋材，加筋土內(nèi)的潛在破裂面采用剛性筋式簡化破裂面；以織造土工織物等中等拉伸模量材料作為筋材的，加筋土內(nèi)的潛在破裂面采用柔性筋式簡化破裂面。對照規(guī)范分析，PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵，屬于抗拉模量高、延伸率低的土工格柵；織造土工格柵、土工織物屬于織造土工材料，應(yīng)歸類于中等拉伸模量材料。3. 砌塊結(jié)構(gòu)類型對加筋材料的選用限制 加筋材料在砌體中的轉(zhuǎn)折要求限制了對加筋材料的選用后垂型砌塊擋土墻必須使用柔軟的織造類加筋材料：在砌筑上下相臨的兩層砌塊時，必須使上層砌塊的后垂部貼緊下層砌塊的背面，才能砌筑到位和保證砌體平整。由于加筋材料必須要形成兩個直角轉(zhuǎn)折，又因為該類砌塊重量一般是1520kg、比較輕，為了加筋材料能夠貼緊下層砌塊、從而使上層砌塊的后垂部能夠緊貼下層砌塊的背面，從而保證砌體平整、保證砌筑質(zhì)量，必須選用土工布、織造土工格柵這類柔軟的加筋材料。而PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵，由于比較硬，難以被直角轉(zhuǎn)折，上層砌塊的后垂部就不能緊貼下層砌塊的背面。因此，后垂型砌塊加筋土擋土墻的加筋材料，只能采用土工布、織造土工格柵等柔軟材料，不能采用PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵等較硬的材料。 榮勛擋排砌塊擋土墻便于使用各種加筋材料：加筋材料在榮勛擋排砌塊砌體中被轉(zhuǎn)折為120以上的角度，而且榮勛擋排砌塊重量一般為40kg、比較重，加筋材料無論是柔軟的土工布、織造土工格柵，還是較硬的PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵，都能很容易被轉(zhuǎn)彎成120以上的角度，從而使上層砌塊的下斜面都能夠貼緊下層砌塊的上斜面。因此，從砌筑要求來說，用于榮勛生態(tài)多功能擋土墻的加筋材料不受限制，可以是土工布、織造土工格柵、PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵等。 加筋材料在砌塊之間連接關(guān)系也決定加筋材料類型和數(shù)量砌塊加筋土擋土墻中，必須使砌塊所砌筑的砌體、回填土和加筋材料共同形成整體。砌體與加筋材料的連接是：加筋材料壓在上下疊置的砌塊之間，依靠加筋材料上部的砌塊重量所提供的摩擦力，或者是砌塊之間卡鎖來提供抗拔力、或者是通過插桿等構(gòu)件來提供抗拔力。后垂型砌塊砌體需要較多數(shù)量的加筋材料：后垂型砌塊砌體與加筋材料的連接能力由兩部分組成：一是加筋材料上部的砌塊重量所提供的摩擦力，二是塑料插桿提供抗拔力，這是美國Anchor的標(biāo)準(zhǔn)做法。由于砌塊之間的摩擦力較小，砌體與加筋材料的連接能力較小，因此，需要布置較多層數(shù)的加筋材料，上下層加筋材料之間的間距通常為300450mm，使得有較多的加筋材料與砌塊的接觸面積來提供較大的摩擦力，同時，還需要增設(shè)塑料插桿來提供連接能力。塑料插桿這類構(gòu)造，適合于采用織造土工格柵、雙向拉伸土工格柵，因為織造土工格柵、雙向拉伸土工格柵的節(jié)點可承受的拉力與柵條相同；但不適合于采用PP帶土工格柵、鋼塑PP帶土工格柵、單向拉伸土工格柵，因為PP帶土工格柵、鋼塑PP帶土工格柵、單向拉伸土工格柵的節(jié)點可承受的拉力遠小于柵條。近幾年我國許多后垂型砌塊生產(chǎn)企業(yè)低價競爭而取消了塑料插桿，導(dǎo)致砌體與加筋材料的連接能力不足，工程應(yīng)用中存在安全隱患或已經(jīng)出現(xiàn)質(zhì)量事故。榮勛擋排砌塊砌體只需要較少的加筋材料：榮勛擋排砌塊砌體與加筋材料的連接能力由三部分組成：一是加筋材料上部的砌塊重量所提供的摩擦力，二是三處轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)提供較大的卡鎖抗拔力，三是榮勛結(jié)提供錨固抗拔力，卡鎖和錨固抗拔力遠大于摩擦力。所以，加筋材料與榮勛擋排砌塊砌體之間有足夠的連接能力，當(dāng)選用榮勛擋排砌塊后，前述各種加筋材料均可以使用。 砌塊結(jié)構(gòu)決定了加筋材料在連接部位的強度折減問題河海大學(xué)王保田教授在“自嵌式園林擋墻研究”中， 對后垂型砌塊砌體中加筋材料與砌塊的摩擦連接強度試驗表明，加筋材料在直角拐彎處很容易因為應(yīng)力集中而拉斷。國外的有關(guān)研究也說明，加筋材料在小于100的轉(zhuǎn)折處，很容易應(yīng)力集中而拉斷和受到砌塊的割破影響。榮勛擋排砌塊擋土墻中，加筋材料的轉(zhuǎn)折角度大于115以上，不必考慮強度折減。綜合現(xiàn)有國內(nèi)外研究成果，作者建議：當(dāng)加筋材料的轉(zhuǎn)折角度小于100時，加筋材料強度必須予以折減；可以考慮加筋材料的轉(zhuǎn)折角度在80100之間的，加筋材料強度予以折減30% 。當(dāng)轉(zhuǎn)折角度在100110時，加筋材料強度受應(yīng)力集中影響較小，可以酌情予以適當(dāng)折減；當(dāng)轉(zhuǎn)折角度大于110、或者轉(zhuǎn)折角度為弧形時，加筋材料強度受應(yīng)力集中影響更小，加筋材料強度可以不需要折減。4. 與加筋材料相對應(yīng)的破裂面和土壓力根據(jù)土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50290-98對加筋材料的分類分析，和加筋土擋土墻的規(guī)范規(guī)定，采用PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵這類抗拉模量高、延伸率低的土工格柵作為加筋材料時，加筋土擋土墻的的破裂面屬于剛性筋式破裂面；采用織造土工格柵、土工織物這類中等拉伸模量的土工材料作為加筋材料時，加筋土擋土墻的的破裂面屬于柔性筋式破裂面。以單位長度的榮勛擋排砌塊和后垂型砌塊的擋墻為例，榮勛擋排砌塊擋土墻采用抗拉模量高、延伸率低的土工格柵，屬于剛性筋式；后垂型砌塊擋土墻只能采用織造土工格柵、土工織物這類中等拉伸模量材料，屬于柔性筋式。依據(jù)加筋土擋土墻規(guī)范的破裂面、計算公式進行分析說明，列為表一。對于柔性筋式，土壓力系數(shù)；對于剛性筋式，6m時，土壓力系數(shù)；6m時，。，；，靜止土壓力系數(shù)，土壓力系數(shù)，第層筋材的深度，筋材所受拉力，第層筋材所受的土的垂直自重壓力，超載引起的垂直附加壓力 ，水平附加荷載，筋材垂直間距，筋材面積（這里取=1），筋材設(shè)計容許拉力，筋材抗拔力，筋材在穩(wěn)定區(qū)的長度，穩(wěn)定區(qū)的筋材與土的摩擦系數(shù)，安全系數(shù)，筋材總長度，筋材在滑動區(qū)的長度，筋材與砌體的連接長度。圖4、榮勛擋排砌塊擋墻剛性筋式破裂面 圖5、后垂型砌塊擋墻柔性筋式破裂面這里以擋墻3/4高度處，簡明分析榮勛生態(tài)擋墻和后垂型砌塊擋墻的各自的滑動區(qū)的加筋材料長度L榮和L后：L榮0.3H ，L后3Htan（45+/2）/43H/4，L榮/ L后0.4。表一：榮勛擋排砌塊加筋土擋土墻和后垂型砌塊加筋土擋土墻對比砌塊擋墻類型筋材種類破裂面形式滑動區(qū)域土壓力筋材長度上、下層筋材間距筋材數(shù)量筋材強度開挖面開挖方量榮勛生態(tài)擋墻PP帶、或鋼塑、或拉伸的土工格柵剛性筋式破裂面小小短大少小小少后垂型砌塊擋墻織造土工格柵、土工布柔性筋式破裂面大大長小多大大多從破裂面、計算公式、表一可以知道：榮勛生態(tài)擋墻采用PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵作為加筋材料，按剛性筋式破裂面計算，所需要的土工格柵較短和較少、強度也較??；而后垂型砌塊必須采用織造土工格柵、土工布作為加筋材料，屬于柔性筋式，所需要的土工格柵較長和較多、強度也較大。5. 砌塊加筋土擋土墻對加筋材料拉伸性能要求國內(nèi)外的研究說明，當(dāng)砌塊加筋土擋土墻的填料為砂、石類材料時，砂、石類材料與加筋材料不是均勻接觸，接觸緊的部位的加筋材料應(yīng)力集中，因此，柵條越粗，應(yīng)力集中對加筋材料造成的損害越??；柵條越細，應(yīng)力集中對加筋材料造成的損害越大。PP帶土工格柵、鋼塑土工格柵、拉伸土工格柵的柵條都較粗，受應(yīng)力集中的影響很小，可以不予單獨考慮。土工織物類的土工格柵和土工布，采用化學(xué)纖維或玻璃纖維通過編織或粘合形成，其中的纖維絲相對獨立，單一纖維絲的抗拉強度極小，在砂、石類填料中，材料應(yīng)力集中會逐一拉斷、或割斷纖維絲，對加筋材料造成的損害很大。尤其是玻璃纖維類的土工格柵或土工布，由于玻璃纖維的拉伸變形量很小，一般小于3%，顯示剛性，不適合應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)中，在回填土中極易因拉伸變形而拉斷。因此，纖維類土工材料不是加筋土擋土墻中的較合適的加筋材料，應(yīng)當(dāng)予以限制使用，而尤其是應(yīng)當(dāng)禁止將玻璃纖維織造土工格柵或土工布用作加筋土擋土墻中的加筋材料，這是國內(nèi)外的研究結(jié)論。榮勛生態(tài)擋墻的企業(yè)技術(shù)導(dǎo)則已經(jīng)規(guī)定，不允許將纖維織造土工格柵用作榮勛擋排砌塊加筋土擋土墻中的加筋材料。6. 結(jié)語 砌塊加筋土擋土墻中,加筋材料選用受制于砌塊的結(jié)構(gòu)，土力學(xué)計算受制于加筋材料。為了避免誤用砌塊和加筋材料, 在設(shè)計時，需要先選定砌塊類型、分析該砌塊結(jié)構(gòu)特點，再選擇匹配的加筋材料，然后根據(jù)加筋材料的特點確定破裂面型式和土力學(xué)計算公式，最后確定加筋材料的層數(shù)、間距和各層加筋材料的長度。 設(shè)計圖紙必須明確表示砌塊類型、加筋材料類型，從設(shè)計環(huán)節(jié)保證砌塊和加筋材料的正確匹配，避免施工中誤用砌塊與加筋材料而造成的安全問題。 砌塊結(jié)構(gòu)和加筋材料互相關(guān)聯(lián)。按照為柔性筋式設(shè)計的砌塊加筋土擋土墻，可以變更砌塊類型。按剛性筋式設(shè)計的砌塊加筋土擋土墻，如果必須變更砌塊，不允許變更為適合柔性筋式加筋材料的砌塊；如果必須要變更為適合柔性筋式加筋材料的砌塊，則必須重新計算和布置加筋材料，并對變更前后進行經(jīng)濟性、合理性等綜合分析，最后確定是否值得變更。例如，后垂式砌塊加筋土擋土墻，施工時可以變更為榮勛擋排砌塊；設(shè)計為剛性筋式加筋材料的榮勛生態(tài)擋墻，施工時不允許變更為后垂式砌塊，如果必須變更為后垂式砌塊砌塊，那么必須要根據(jù)柔性筋式的公式重新計算設(shè)計加筋材料、加筋材料的強度、間距和長度。 砌塊加筋土擋土墻的加筋材料，應(yīng)當(dāng)慎重使用織造土工格柵，應(yīng)當(dāng)禁止使用玻纖土工格柵。參考文獻：、汪榮勛，榮勛擋排砌塊（RXP）及其擋土墻，建筑砌塊與砌塊建筑，2005年，（5）：p5155。、章曉樺，孫從炎等，生態(tài)柔性擋墻現(xiàn)場檢測及其結(jié)果分析，新