挡土墙发展现状

挡土墙的发展现状

1挡土墙的概念及其作用

1.1挡土墙的概念

挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物。在公路工程中，它被广泛应用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等[1]。

1.2挡土墙的概念

主要起到以下作用：

（1）收缩路堤坡脚，减少填方数量和占地面积，保证路堤稳定；

（2）避免沿河路基挤缩河床，防止水流冲刷路基；

（3）降低挖方边坡高度，减少挖方数量，避免山体失稳滑坍；

（4）防止山体覆盖层下滑和整治滑坡[2]；

（5）防止隧道洞口坍方；

（6）便于桥梁与路堤相接；

（7）保护古建筑或其他特殊需要[3]。

2挡土墙的发展史

在古代反复的实践中，人们总结出了关于挡土墙的丰富的经验并世代相传，从中国的古长城、古代观星台、古栈道的两侧、古墓及古墓周边的古驿道，均可以看到古人修筑的挡土墙的痕迹。在近代，挡土墙更是被广泛应用于各种土木及建筑中，特别是公路、铁道的路基工程，市政园林工程，建筑工程，水利水电工程，水土保持工程中。挡土墙可以说是随着现代工业、交通、建筑、市政、矿山、水利、环保工程发展而迅速发展起来的[4]。

重力式挡土墙是最古老的一种结构形式，因其料源丰富、形式简单、取材方便、施工简便，所以仍然是目前应用最广泛的结构形式。为了适应多变的地形条件和地基承载力要求，在重力式挡土墙的基础上，发展形成了衡重式与半重力式挡土墙。

为了适应不同地区的建筑条件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、稳定性等），研究开发了多种形式的挡土墙，如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚定板式、锚杆式、土钉式及卸荷板式等，这些形式都是钢筋混凝土结构。

悬臂式与扶壁式挡土墙在国外应用非常广泛，但在我国尚未普及，不过随着高等级公路向中西部地区的推进，其应用将越来越多。

加筋土式挡土墙利用了加筋土技术，上个世纪60年代法国工程师亨利一维达尔(Hneri一Vidal)在实验中发现，当土中掺有纤维材料时，其强度可以提高到原挡土墙强度的好几倍。他还根据三轴试验的结果提出了加筋土的概念，并发表了研究成果计算分析的方法，为现代加筋土技术开辟了广阔的应用前景，被认为是加筋土技术的创始人[5]。1965年法国于比利牛斯山的普拉聂耳斯修建了世界上第一座加筋土挡土墙，获得成功后，加筋土式挡土墙很快在欧洲范围内得到了普及，随后日本、美国、加拿大等国相继应用。我国的加筋土技术研究和应用开始于20世纪70年代的中期，1978年在云南田坝贮煤场修建了我国第一座试验性加筋土挡土墙，1980年在山西晋城—陵川公路上修建了第一座公路加筋土挡土墙。加筋土挡土墙已在公路、铁路、水利、建筑和煤矿等部门得到应用，特别是公路部门应用最为广泛。

锚杆技术应用于土木工程已有100多年的历史。早在1890年北威尔士的煤矿加固工程最先出现钢筋加固岩层，美国与1912年在阿伯施来辛德煤矿使用锚杆支护顶板。20世纪四、五十年代，德国、美国、法国等国家就开始利用锚杆加固建筑物边坡、隧道及其洞口边坡等20世纪50年代我国开始引进锚杆技术，最初在煤炭系统中使用。20世纪60年代以后，锚杆技术迅猛发展并广泛的应用于土木工程的许多领域中。作为轻型的支挡结构，锚杆式挡土墙现已逐渐取代笨重的重力式挡土墙，并广泛应用于公路、铁路、水利和煤矿等支挡工程中[6～9]。

锚定板挡土墙是我国铁路部门首创的，它发展于20世纪70年代的初期，1974年首次在太焦铁路上使用，目前在铁路部门应用比较广泛，公路、铁路、水利、煤矿等部门在立交桥台、边坡支撑、坡脚防护等多种工程中亦有应用[10]。

从20世纪70年代开始，法国、美国以及原德意志联邦共和国各自独立开发了用于土体开挖和边坡稳定的一种新技术称为土钉支护，并迅速在法、德两国获

得推广。特别是20世纪70年代及其稍后的时间内，先后在德国法兰克福和纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功，这一成功对土钉墙的技术出现产生了积极的影响。1972年法国首先在凡尔塞附近的一处铁路路堑的边坡开挖工程中应用了土钉墙。原德意志联邦共和国在1979年首先在Stuttgart建造了第一个永久性土钉工程（高14m），仅次法国。原德意志联邦共和国还进行了长达10年的工程观测，获得了许多有价值的数据。自1992年德国已建成500个土钉墙工程。美国最早应用土钉墙在1974年，其中一项有名的土钉墙工程是匹次堡PPG工业总部的深基开挖：由于与其紧挨的是既有建筑物，所以开挖时对土体用了注浆处理，并对土钉区内已有的建筑物用微型桩作了托换。

我国在1980年首次将土钉技术应用于山西柳湾煤矿的边坡稳定。近年来，一些高等学校、科研院和设计院等部门在土钉墙的研究及开发应用方面也做了不少工作。

卸荷板挡土结构在国外应用较早，前苏联、日本等国家在港工建筑物中对此种结构研究应用较多。印度在20世纪70年代曾对设置卸荷板的悬臂式挡土墙进行过研究，从理论上和实际上做了一些讨论。国内在港工建筑物中应用也较早，主要应用于重力式码头与岸壁结构[11]。

随着新型结构的研究发展，出现了一些复合式挡土墙，如竖向预应力锚杆挡土墙、重力式锚杆挡土墙等。

竖向预应力锚杆挡土墙是重力式挡土墙与竖向设置的预应力锚杆组合形成的一种新型支挡构造物，如图1所示。

重力式锚杆挡土墙是在重力式挡土墙的基础上，利用锚杆技术形成的另一种新型支挡构造物，如图2所示。

图1 竖向预应力锚杆挡土墙图2 重力式锚杆挡土墙

近年来，在传统挡土墙结构形式的基础上，还研究开发了新结构形式，如倒Y形挡土墙和U形挡土墙。倒Y形挡土墙是日本神户大学田中博士发明的，首先把混凝土预制成1～4m不同尺寸的砌块，再将预制砌块组合铺筑在碎石基础上，回填碎石构成挡土墙。倒Y形挡土墙在力学上具有抗滑动、抗倾覆性能的特点，另外还具有排水性好，防止地下水位侵蚀的优点。

U形挡土墙在结构上类似于悬臂式挡土墙，它把侧壁与底板连成整体，构成字母“U”形。在挖方地段需要将路面铺筑在地下水位以下时，可以采用U形挡土墙。设计时，与传统挡土墙不同之处在于应考虑水压力的影响，同时必须进行上浮稳定性分析。U形挡土墙底板比传统挡土墙宽，可看成弹性地基梁。当地下水位较高时，为保证上浮稳定性也可加厚底板或横向悬出。

在研究开发新的结构的同时，开发应用新材料、新工艺也是挡土墙发展的新趋势。

加筋土挡土墙常用的筋材是条带式，而网状加筋及土工合成材料平面加筋可有效提高填土和加筋之间的摩擦作用，从而提高挡土墙的稳定性。除此之外，由于填土的固结沉降，改变了加筋的受力条件，还使得加筋拉力与墙面板基础压力在增大，所以一些国家在墙面板和加筋连接部位安装了可上下滑动的机构来调整墙面板和填土之间的不均匀沉降。

锚杆挡土墙中使用锚索代替传统锚杆，形成锚索挡土墙。目前锚索在防护、加固工程中应用十分广泛。

为了满足上部荷载的支承力，可减轻墙后填料，因而墙后填料越轻越能减小墙基支承力和墙背土压力。对于软弱地基上的挡土墙，为防止滑移，可利用高炉炉渣等轻质填料，也可采用空心结构物（如箱、管等形式）。

伴随着聚合物的广泛的应用，泡沫聚苯乙烯和泡沫砂浆等轻质填料也已开始应用。挪威于1972年就已开始使用，日本也用它来处治滑坡等工程。

另外，也可通过添加水泥或石灰等稳定剂来改善土的性质，以降低含水量，从而提高填料的强度和稳定性。一般来说，改善后的填料性质普遍得到了提高，对减小墙后的土压力十分明显[2]。

3挡土墙的发展现状