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挡土墙的发展现状近年来，随着社会经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高及对环境保护意识的日益加强，人们越来越重视挡土墙的艺术美化，将大面积的挡土墙设计的更加具备生态效益、景观效益和文化艺术效益。目前人们对挡土墙进行设计的常见方法有以下三种类型：第一种：生态性挡土墙这种类型的挡土墙是用活的植物或植物与土木工程相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，途径及手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制如图3所示。图3生态性挡土墙生态挡土墙是在人们环保意识日益加强的环境下诞生的，它不仅要满足挡土墙的使用功能，更重要是考虑到与周围环境的协调，需在墙面景观和绿化砌块上采取措施。这方面的发展和研究工作在发达国家尤为重视。近年来，在我国南方及东南沿海的一些地区，也开始兴建这种环保挡土墙。第二种：景观性挡土墙在现代园林设计中，挡土墙及护坡的设计强调立面，注重设计手法的创新，将种植设计与其融为一体，充分发挥造景与生态的协调。这类挡土墙在表现上大致有两种方式，一种类似于地景艺术，在面积较大、简单、高差变化明显的地块上，对挡土墙的平面走向及立面造型进行精心细致的设计，使不同高度的台地成为主要的欣赏对象，挡土墙也就自然成为了景观的核心。第二种设计不单纯考虑防护功能，而是注重在满足使用功能的条件下将挡土墙及护坡的平面线性、立面造型纳入到总体设计中考虑，使之周围环境及设计的其他组成部分融为一体，可观可用，成为整体设计中不可或缺组成部分。景观类挡土墙设计常用的手法：（1）“化高为低”:土质好、高差在1米以内的台地，设计的挡土墙要降低高度，上面部分放成斜坡，用花草、灌木进行绿化。既美观、保持生态平衡，同时也省工、省时、省工程投资，如图4所示。图4“化高为低”的挡土墙设计形式图5“化整为零”的挡土墙设计形式图6“化陡为缓”的挡土墙设计形式图7“化大为小”的挡土墙设计形式（2）“化整为零”:高差较大的台地，在2米以上，做成一次性挡土墙，会产生压抑感，应化整为零，分成多阶的挡墙修筑，中间跌落处平台用观赏性较强的灌木或藤木进行绿化。这种设计形式解除了墙体视觉上的庞大笨重感，美感与工程经济得到统一，如图5所示。（3）“化陡为缓”：把直立式的挡土墙设计成斜面式，同样高度的挡墙由于挡墙界面到人眼的距离产生变化，原来看不见的内容现在能看到，视野空间变得开敞了，环境也显得更明快了，如图6所示。（4）“化大为小”:高差在2.5m地形上，将一个整体的挡土墙设计成两部分，在挡土墙的下部加宽。下宽部分设计分为两种:设计种植池进行绿化或设计水池进行景观处理。这种表现手法可以通过与植物、水景的结合，从而形成观赏性很强的空间效果，如图7所示。（5）“化直为曲”:利用曲线来突出挡土墙的动态感，更加能够吸引人们的眼球，给人以舒美的感觉，流畅的曲线可以使整个空间造成明显的视觉效果，更加有利于突出主要的景观，如图8所示。图8“化直为曲”的挡土墙设计形式第三种：文化艺术性挡土墙这种类型的挡土墙是在满足了挡土墙功能的前提下，对挡墙进行艺术形象的塑造，满足观赏者的视觉享受，提升了该挡土墙的艺术性，如图9所示。图9文化艺术性挡土墙文化艺术性挡土墙的处理手法有很多种，常用的手法如下所示：（1）彩绘法：采用耐久性颜色在挡墙护坡上绘制，这类方法制作简单方便，工序少，成本低。由于材料制作特点，图案不仅可以绘制得细致入微，而且也可以绘制的简洁大方，可以根据具体的场地情况决定，在弘扬地区文化方面，这方法可以表现的内容自由度大。不足之处是颜色在室外时间久了会褪色，保养麻烦。这种类型的挡墙护坡在高速公路比较常见，在漫长的高速公路上出现一这种类型的挡墙护坡，是人们的旅途中一道亮丽的风景线。(2)浮雕法：采用浮雕的表现手法，通过对各种材料，石材、铜材、不锈钢的加工成型，然后将制作好的艺术图案造型连接在挡土墙的预埋件上，使之和挡土墙成为一个整体。这种类型的挡土墙由于是采用的浮雕手法，有时还可浮雕和圆雕、透雕手法相结合设计，通过图案的高低层次、肌理效果对比以及光线投射产生的阴影效果，对欣赏者的视觉冲击最为强烈，是艺术家喜欢采用的处理手法。由于这类挡土墙使用的是永久性材料，随着时间的流逝，这种类型的土墙的文物价值也是无法估量的。(3)马赛克拼贴法：采用将各种颜色的马赛克根据设计图案的造型，进行切割、粘贴、表面处理等加工制作而成。这种类型的挡土墙由于材料的特点，图易于表现装饰的造型，肌理感强。但是，不易于表现过于抽象的复杂造型，制作过程烦琐复杂[12～15]。挡土墙工程应尽可能做到与自然环境协调，在设计与施工中也应采取墙面的质感、色彩，改变造型单调的墙面构造或类型设计，做到统一中寓有变化，防止产生视觉疲劳；利用泄水管或预制墙体的合理搭配，变墙面的平面构成为立体构成，增强墙体的空间感；利用植物工程使墙体掩