装配式波纹钢板挡土墙工程应用技术

韩馨

正平路桥建设股份有限公司

关键词：装配式;波纹钢板;挡土墙;工程应用;

引言

在青海省高海拔、高寒冻土地区的公路建设中，边坡防护工程采用传统的混凝土或砌体结构挡土墙，由于气温低、温差大、冻土及其他因素等影响，施工困难，易造成构筑物强度低、裂缝、冻胀、变形、破坏等诸多质量问题，另外，大量开采砂石材料、环境恢复、维护量大等不利于绿色交通建设问题。针对特殊气候环境和地质条件下传统挡土墙的诸多问题，采用波纹钢板作为挡土墙面板，利用加筋土结构受力的原理，经过近几年来在高海拔、高寒冻土地区多项公路波纹钢板挡土墙实际工程中应用实践，克服了传统挡土墙难以克服的质量通病及运营安全等问题，取得了良好效果。

1 基本结构及截面

1.1 结构组成

波纹钢板挡土墙由基础或地基、波纹钢面板、筋带、面板与筋带连接螺栓、加筋体、排水系统、压顶帽石等组成。

1.2 基础

1.2.1 基础形式

一般采用混凝土不等边槽钢连接形基础、混凝土“L”形基础。一般采用明挖基础，波纹钢面板(墙身)地基为基岩(岩石)或稳定密实地基、波纹钢面板高度小于3.0m且地基稳定密实、位于砌体结构或混凝土结构之上时，不设混凝土基础。

1.2.2 基底纵坡

地基及基础、波纹钢面板(墙脚)底设置成水平或结合地形设置成台阶形的水平分段。设置台阶式地基时，地基顶面分段长度错台部位应与底层波纹钢板面板的竖向接缝位置一致。

1.2.3 基础埋深及基底承载力

基础埋深核基底承载力应符合现行行业标准《公路路基设计规范》JTG D30的有关规定。

1.3 截面形式

波纹钢板挡土墙加筋体的横截面型式一般采用矩形，如图1(a)所示。当受地形、地质条件等限制，如图1(b)所示，当墙体较低等条件如图1(c)所示的截面型式。

1.4 多级坡结构截面

两级或多级坡面墙的上、下级墙体之间设置宽度不小于2m、厚度不小于15cm的C20混凝土平台及压顶如图2所示。平台外缘压顶伸出波纹钢面板(波峰)不小于5.0cm, 平台及压顶的顶面应设置不小于2% 的排水横坡。混凝土平台及混凝土压顶以10～20m设置一道与波纹钢板接缝连接一致位置的伸缩缝，缝宽一般为2～3cm, 采用沥青麻絮或其他新型填缝材料等填塞伸缩缝。

图1 波纹钢板挡土墙截面形式示意图

1—波纹钢面板墙体;2—筋带;3—加筋体填料

图2 二级或多级坡结构截面示意图

1—一级坡;2—二级坡;3—砼平台;4—地面

1.5 波纹钢面板厚度与墙高

波纹钢面板厚度和分级坡高度，以单块波纹钢面板单独受力、土压力均匀分布并由加筋体内的筋带平均承担。根据波纹钢面板内侧土压力强度、断面内弯矩、波纹钢面板容许弯拉应力、筋带容许应力及提高系数等因素计算波纹钢面板最小厚度和分级坡高度，当处于腐蚀环境时，其耐久性因素应适当增加波纹钢面板厚度，确保满足承载能力、稳定性、耐久性等要求。波纹钢面板壁厚、墙高如表1所示，但计算的波纹钢面板厚度小于表1所示最小厚度时应采用表1所示厚度。

表1 波纹钢面板壁厚、墙高推荐值

2 主要材料(构件)及技术要求

2.1 波纹钢面板

2.1.1 波纹钢面板钢材的选用

采用符合规定厚度和性能的热轧钢板为板材，按照规定的尺寸和波形参数轧制及冷弯成型、增加结构刚度的波纹钢板作为挡土墙面板。

波纹钢面板采用碳素结构钢时，一般宜选用Q235 钢牌号的钢材。采用低合金高强度结构钢时，宜选用Q355牌号的钢材。对耐腐蚀有特殊要求或处于侵蚀性介质环境中的波纹钢板挡土墙，波纹钢面板应采用耐候结构钢，宜选用Q235NH、Q355NH牌号的钢材。

Q235B级沸腾钢轧制的钢板(钢号：Q235AF-U12350、Q235BF-U12353)不宜用于环境温度低于-20℃的波纹钢板挡土墙结构。

2.1.2 波纹钢面板波形与尺寸

常用波形[1]及尺寸如表2所示。

表2 波纹钢面板波形结构参数

表2 波纹钢面板波形结构参数

2.1.3 波纹钢面板螺栓孔布置

波纹钢面板与筋带连接结点(螺栓孔)布置，应充分考虑面板厚度、墙体高度、波纹钢面板容许弯拉应力等因素，水平和垂直结点间距如表3所示。筋带结点的螺栓孔径不大于螺栓公称直径3.0mm。

表3 波纹钢面板筋带结点间距推荐值

波纹钢面板搭接接缝(板侧边和板端头)处连接螺栓孔除利用筋带结点螺栓连接外，搭接连接螺栓孔的孔距应满足连接强度要求，孔径不大于螺栓公称直径3.0m。

2.2 筋带

2.2.1 筋带一般要求

筋带拉力及加筋体填料与筋带间的摩擦力，是保证波纹钢板挡土墙复合结构内部稳定的重要前提条件。筋带采用具有较高的强度、受力后变形小、能与加筋体填料产生足够的摩擦力，且抗蚀性能强，并便于接长与连接的拉筋带。常用的筋带为表面经热挤压而成的粗糙花纹和肋条的钢塑复合筋带。

2.2.2 筋带技术指标

筋带宽度大于或等于30mm、厚度大于或等于2.0mm、标准拉力大于或等于9.3kN、容许应力大于或等于100MPa、伸长率小于1%。

2.2.3 筋带长度

筋带总长度包括筋带在加筋体活动区的长度和在加筋体稳定区的有效锚固长度，非垂直(斜向)布置的筋带长度以垂直于波纹钢面板的距离为标准长度。波纹钢面板(墙体)高大于或等于3.0m时，筋带长度大于或等于0.8倍墙体高，且不小于5.0m; 当采用不等长拉筋带时，同长度拉筋带的墙段高度不应小于3.0m; 波纹钢面板(墙体)高小于3.0m时，采用长度不小于3.0m的等长拉筋带；筋带长度根据加筋体高度、筋带结点至加筋体顶面的垂直距离、简化破裂面的上段高度、填料内摩擦角、筋带在加筋体活动区和稳定区的长度等计算确定。筋带的计算长度大于规定长度时，采用计算长度；小于规定长度时，采用规定长度。

2.2.4 筋带宽度与根数

一个结点的筋带总宽度和筋带根数应根据结构重要性系数、筋带所承受的水平拉力、筋带有效长度所提供的抗拔力、土压力分项系数、填料与筋带间的似摩擦系数、作用于筋带上的竖直压应力、有效锚固长度、波纹钢面板上的水平土压应力、筋带容许应力和不同作用组合工况下的提高系数、筋带结点水平间距和垂直间距等计算，采用满足内部稳定性要求总宽度和根数的筋带。

2.2.5 筋带平面布置

筋带按结点分层水平布设于加筋体填料中。当加筋体填料采用粗粒土时或一个结点(螺栓)为1根筋带时，筋带布设垂直于波纹钢面板；当加筋体填料采用细粒土需提高抗拔稳定性或一个结点(螺栓)为2根及以上根数筋带时，筋带与波纹钢面板呈75°角度布置；当一个结点(螺栓)为多根及以上筋带时，筋带按扇形分开布置；当相邻波纹钢面板的夹角小于90°时，将不能垂直布设的筋带逐渐斜向布置，必要时在角隅处增设加强筋带。

2.3 连接件

2.3.1 筋带与波纹钢面板结点连接件

筋带与波纹钢面板结点连接，一般采用性能等级为8.8S或10.9S的高强度螺栓，规格应根据波纹钢面板波形参数、厚度和面板墙高等综合确定，如表4所示。螺栓尾端为三角形构造，筋带可自由穿入三角构造内，三角形内底边长应大于或等于筋带宽度。螺栓用钢垫圈，其外形设计应根据螺栓所连接的波纹钢面板的波缝或波谷处圆弧半径(弧度)一致的凸凹形。钢垫圈的孔径不大于螺栓公称直径3.0mm。

表4 筋带与波纹钢面板结点连接螺栓规格

表4 筋带与波纹钢面板结点连接螺栓规格

2.3.2 波纹钢面板搭接连接件

波纹钢面板接缝(板侧边和板端头)搭接连接除了兼作筋带结点(筋带连接螺栓)一体化连接外，在筋带结点连接点之间采用的高强度螺栓性能等级和连接件规格(表4)与筋带连接件相同。高强度螺栓连接副组合和机械性能应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231的有关规定。

2.3.3 波纹钢面板与混凝土基础的连接件

当混凝土基础为非“L”形，波纹钢面板底端与混凝土基础采用预埋不等边槽钢和高强度螺栓连接时，槽钢底面焊接钢筋预埋与混凝土基础上。不等边槽钢内净宽应满足波纹钢面板的厚度和波高或波深要求，截面尺寸如表5所示。不等边槽钢力学性能应符合现行国家标准《冷弯型钢通用技术要求》GB/T 6725的有关规定。不等边槽钢螺栓孔布置与波纹钢面板上的螺栓孔一致，高强度螺栓性能等级和规格(表4)与筋带连接件相同，连接副组合和机械性能与波纹钢面板搭接连相同，凸凹型钢垫圈与筋带连接波纹钢面板结点连接件相同。

表5 不等边槽钢截面尺寸

2.4 加劲肋

当波纹钢板挡土墙面板较高采用不等边角钢或槽钢横向布置于波纹钢面板外侧和墙顶控制墙体线形和大面平整度时，其截面尺寸如表6所示，力学性能应符合现行国家标准《冷弯型钢通用技术要求》GB/T 6725的有关规定。

螺栓孔布置与波纹钢面板上的螺栓孔一致。

表6 加劲肋截面尺寸

2.5 排水渗滤管

当加筋体背后有地下水渗入或加筋体填料为细粒土时，波纹钢板挡土墙的墙背排水采用渗滤排水管代替滤水层时，采用镀锌螺旋波纹钢管，其波形和尺寸如表7所示。渗滤排水管的接长连接采用一段式波纹钢管箍连接，管箍长度不少于6个波距(≥408mm),管箍扣件采用3个M12高强度螺栓连接。管箍的波形应与渗滤排水管的波形一致。

表7 渗滤排水管波形和尺寸

2.6 防腐材料及镀锌防腐

2.6.1 金属材料及构件镀锌防腐材料

波纹钢面板、金属连接件(螺栓、螺母、钢垫圈)、角钢、槽钢、渗滤排水管及管箍等，均采用热浸镀锌防腐，镀锌防腐层采用的锌应符合现行国家标准《锌锭》GB/T 470规定的0 号锌或1号锌技术指标要求。镀锌防腐层厚度及质量按现行国家标准《冷弯波纹钢管》GB/T34567的有关规定执行。

2.6.2 隐蔽部位现场二次喷涂防腐材料

当土体腐蚀性等级(表8)为中腐蚀性或弱腐蚀性时，为确保耐久性或延长使用寿命，在镀锌层表面采用环氧沥青或改性沥青二次喷涂防腐处理。采用环氧沥青时，其技术指标应符合现行国家标准《环氧沥青防腐涂料》GB/T 27806的有关规定，采用改性沥青时，其技术指标应符合现行国家标准《防水用弹性体(SBS)改性沥青》GB/T 26528的有关规定。

表8 土体腐蚀性等级指标

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