自嵌式挡土墙

     传统的挡土墙结构大多只考虑了挡土功能的主要效果，而忽略了诸如柔性、美观、施工方便和更加经济等附加效果。南京优凝舒布洛克公司博采众长，在工程技术迅猛发展的二十一世纪，积极倡导领跑先进的挡土墙技术，经过多年的不懈努力，参考国内外相关的先进技术和经验，开发出具有国内领先水平的自嵌式挡土块产品，研究出了独到的自嵌式挡土墙柔性结构技术，彻底改变了边坡治理的传统观念。 

     自嵌式挡土墙是由单排自嵌式挡土块一层层直接干垒组成，无需用砂浆砌筑和锚栓加固，对地基处理的要求也相当低。根据实际工程的具体情况，如墙体较高、墙顶坡度较大、有活荷载或现场土质较差等，可以考虑应用多层拉接网片（一般为编织的土工格栅）按设计的标高和长度在自嵌式挡土块间分层布置，与自嵌式挡土块牢固地连接在一起并延伸到土体中。这样，墙体与回填土之间经过拉接网片的作用成为一个整体，相当于一个重力式挡土墙。 

     构成自嵌式挡土墙的自嵌式挡土块，是采用高强度高密实度的干硬性混凝土，在世界领先的混凝土制品生产线上由机器压制成型，严格的质量控制下经过蒸汽养护，具有统一尺寸规格和美观大方外形的优凝舒布洛克专利产品。挡土块拥有独特的后缘结构；符合ASTM C90-90标准，抗压强度大于20MPa，最大吸水率为7.0％；抗冻融能力符合ASTM C666-90标准；外部尺寸可以变化，最小表面积为0.06m2；块体颜色可从标准色中任意选择；表面式样目前主要有曲面和平面两种类型，也可以根据客户自身要求生产出形状各异的块型。 

相对于传统挡土墙而言，自嵌式挡土墙具有以下优点： 

1. 柔性结构、安全可靠 

     挡土块之间无砂浆或其他固结措施，因此自嵌式挡土墙是柔性结构，可以承受较大的位移而不至于失稳破坏，对小规模基础沉陷或短暂的非常荷载组合（如地震、高地下水位等）具有高度的适应能力。 

墙体与回填土经过拉接网片形成整体来承担土压力的作用，相当于一个重力式挡土墙；挡土块后缘结构的存在提高了墙体的抗剪切能力，同时自然形成12°的挡土墙坡度，使得墙体重心朝回填土方向后移，又提高了其抗倾覆能力；拉接网片的布置以及挡土块体之间的摩擦也起到了提高墙体抗剪切能力的作用。因此，自嵌式挡土墙更加安全可靠。 

2. 美观 

     自嵌式挡土块作为高档的新型园林景观材料，为设计师们提供了更为广阔的想象空间。 

     拥有多达200种不同的色彩可供选择；特殊的造型、不同的尺寸大小以及其特有的柔性结构可以设计出灵活多变的各具特色的墙体样式；单元块体独具匠心的劈裂面产生的质感，块体之间上下错缝并前后退步偏移产生的美感，形成了独一无二的墙面，与单调的钢筋混凝土墙面或浆砌块石墙面相比更具生命力和新鲜感，能自然地融于周围建筑从而营造出和谐舒适的人居环境。 

3. 施工方便快捷 

     自嵌式挡土墙所具有的特殊的柔性结构，决定了它与传统的加筋支护结构相比施工更加方便快捷，可以成倍地提高施工速度和工程进度；挡土块独特的后缘结构以及尺寸、形状的统一确保工人能迅速调整好块体位置，保证整个墙体的齐整，而无须特别注意块体的摆放位置；对基础的要求低，基础开挖量比其他型式的挡土墙少并无须特别处理。三到四个比较熟练的工人一天能完成20到40平方米的墙面施工（包含所有的施工工序）。 

4. 经济 

     自嵌式挡土墙体积小，材料用量少，挡墙一次成型无须任何表面处理或装修；施工方便快捷，可以节省大量的人工费用；较高的使用寿命，无须后期维护，长期经济效应比其它任何形式的挡土墙都要好。由于挡土墙形成12°坡度，因此占地少开挖面也小。比传统浆砌块石挡土墙可节省20%_50%的工程造价。 

5. 高度实用性 

     特殊的柔性结构使得它对地形地质条件无特别要求，可以广泛应用于房屋建筑、水利工程和道路桥梁等；挡土块相对小的尺寸和比较轻的重量方便在交通不便的地方施工，无须起吊机械；墙体可以垒筑成景观设计或地形条件所要求的各种特殊造型。 

6.占地少综合成本低 

     此外，自嵌式挡土墙结构还拥有许多其他优点，如耐久、环保等，其先进的技术使得它拥有非常广阔的应用前景。 

     该文章由美国舒布洛克集团南京优凝舒布洛克公司提供。南京优凝舒布洛克公司是美国舒布洛克集团投资企业，一家专业从事水利产品生产、研究和销售的综合企业。主要产品有：自嵌式景观挡土块；生态护坡等系列数百种优质产品，能满足跨地区、大规模的客户需求。公司拥有中国一流的生产线，以服务景观建设为己任，通过一条宗旨：即为用户提供个性化产品和问题系统解决方案，是最受推崇的以景观产品为主体的水利建材品牌之一。优凝舒布洛克旨在通过景观建设，以提供个性化产品和解决问题方案服务为宗旨，向用户提供高质量、高技术和新理念的产品。

1　基本情况  

　　近年来，沿海地区修建，复建了较多的排水、防潮闸及橡胶坝等挡水建筑物。在运用过程中，出现质量问题较多的是建筑物两岸及上下游的挡土墙。在对22座建筑物的统计中，有20％的挡土墙出现不同程度的沉降、滑坡、断裂、倾斜现象。其主要原因是：1地质条件差，地震及其余震时常出现，地基沉降比较严重。海陆交互相地质经2000年复测沉降值达0．11m。2设计断面不合理，安全系数偏低。3设计阶段对施工质量及关键环节规范不足。因此，选择合理的设计方案和严格的稳定计算是保证挡土墙安全运用的关键。

2　挡土墙设计  

　　（1）挡土墙的形式  

　　工程中基本采用重力式挡土墙，它具有墙背粗糙地基牢，稳定斜坡推力小的特点。墙背倾斜又分为3种形式：直立、前倾、后倾。如图1中的（a）、（b）、（c）所示。  

　　（2）挡土墙设计特点  

　　沿海地区地基大部分呈流塑状态，以上3种结构型式很难满足设计规范要求。经过实践，我们选择了薄壁变异式挡土墙，如图1中的（d）所示，即在原重力式挡土墙的基础上，减小壁厚，加大基础面积。这样不仅减小了自身重量，还具有安全稳定减少工程投资的特点。   

3　薄壁变异式挡土墙的结构及稳定计算  

　　（1）墙体自重  

　　计算简图如图2所示。  

其中W——墙体自重  

　　W——墙体自重加上墙后土的重量  

　　（2）墙侧向土压力 

　　水平地震作用下的总土压力P′： 

　　P′=（1±KhCuCatgφ）P′　（1） 

式中“＋”和“ ”号分别对应于主、被动土压力 

　　Cu——综合影响系数，取1／4  

　　Ca——地震动土压力系数，查系数表得4．75  

　　Kh——水平向地震系数，与设计烈度有关，7°以下取0．1，8、9度分 另取0．2和0．4 

　　P——静力土压力 

　　P=1／2rH2Ka　（2） 

式中r ——土的容重 

　　H ——挡土墙的总高度 

　　Ka——静土压力系数。通过试验求得松砂土为0．4密砂土为0．7， 粘土为0．5，也可用近似公式计算　　Ka=1 sinφ′　（3） 

式中φ′——填土的内摩擦角 

　　P′作用在基底以上1／2H（矩形）或1／3H（三角形），作用方向与水平方向夹角为β： 

　　β=ε＋φO　（4） 

式中ε——挡土墙背连线与竖直墙的夹角 

　　φO——墙背面与土之间的内摩擦角，竖直混凝土墙背面 φO=1／3φ′～1／2φ′  

　　（3）挡土墙抗倾覆抗滑动计算 

　　采用规范公式： 

式中b ——基底倾覆与墙体形心水平距离 

　　a ——基底倾覆点与土压力作用点距离 

　　Ex、Ey ——土压力的水平、竖直分力 

　　h ——土压力形心作用点与基底垂直距离 

　　μ ——挡土墙基底摩擦系数 

　　采用上述公式要考虑设计、施工、使用阶段分别计算，取最不利阶段值。 

　　（4）挡土墙基底应力计算 

式中A——墙底面积； 

　　W——墙底面积对墙底垂直方向轴的面积矩W=bL2／b　（8） 

　　MO——最大变矩 

　　MO=1／2qL2　（9） 

式中q——荷载 

　　L——集中荷载作用点与转动点之距 

　　（5）挡土墙最薄弱断面强度计算 

　　取墙趾最不利断面，按《钢筋混凝土结构设计规范》（TJ10—74）公式Mmax=1／2qL2　AO=KM／bh2O•RW进行强度配筋计算（强度计算略）。

4　挡土墙的稳定计算实例 

　　（1）基本参数，见图2。 

　　墙后无粘性土的容重γ=1．8t／m3，内摩擦角φO=30°，粉土地基取摩擦系数μ=0．28，Ka=0．7。 

　　（2）墙侧向土压力大小、方向、作用点1静土压力P=17．035t／m；2侧向土压力P1=18．203t／m（主动土压力）；作用点高度h=1／2×5．2=2．6m；a=1．34＋tg44°×3．47=4．69m；β=44°＋1／3 φ1=54°（与水平面夹角）。 

　　（3）抗倾覆、稳定计算 

　　由以上公式求得：Ex=10．7t／m，Ey=14．73t／m，W=12．98t（取单位长度），W1=57．05t。挡土墙面积F=5．193m2，重心距b为2．087m。 

　　Kq=3．45>1．5满足规范要求。 

　　Kh=1．88>1．35满足设计要求。  

5　计算过程中应注意的问题及处理方法 

　　（1）薄壁变异式挡土墙抗滑稳定计算时，会出现小于允许值的现象，此时应检查是否加上了墙背契形土的重量。 

　　（2）当地基应力值偏大时，也可采取拉锚锁定的方式，减小水平推力。具体做法是：在墙体H／2高度处设拉锚筋与填土侧的锚块连接，锚块尺寸为1．5×0．75×0．2m，取上下两个摩擦面，摩擦系数为0．2，锚块上填土厚度为2．0m，则每个锚块可增加2．0t的摩擦阻力，有效地改善了地基应力值和抗滑的问题。 

　　（3）设计阶段对施工阶段的工程质量提出具体要求：1基础开挖后要及时填筑，以免因地基回弹产生负面影响。2墙背侧反滤层及排水口要保证其体积及粒径要求，防止土、料混合使用。3混凝土钢筋保护层和混凝土标号应满足抗冻、抗渗的要求，以免因断面较小、受冻融影响腐蚀损坏。 

6　结语 

　　薄壁变异式挡土墙结构是在重力式挡土墙的基础上因地制宜发展而来的，实际工程中，可采取联合的结构形式，其计算方法基本相同。对于多地震带的地区，只要在地基应力允许的条件下，应尽量扩大抗滑计算值。唐山市黑沿子防潮闸挡土墙采用薄壁变异式结构，经过5年的运用未出现任何问题。实践证明，薄壁变异式挡土墙具有抗倾、抗滑、平衡地基应力值、降低工程造价的特点，值得在沿海地区推广应用。