生態環保加筋土擋土墻的應用實例分析

張素情,李愛國,彭楊義,梁秋花,萬紅霞

(深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518026)

生態環保加筋土擋土墻的應用實例分析

張素情,李愛國,彭楊義,梁秋花,萬紅霞

(深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518026)

結合深圳市某高檔社區湖邊回填土加筋土擋土墻工程,介紹了墻面層材料采用PP生態袋,拉筋帯采用HDPE土工帶的加筋土擋土墻在回填土邊坡中的應用。具有生態環保,節能,節約工程造價,縮短工期等優點,促進了“十一五”節能、環保生態目標的實現。

生態袋; 加筋土擋土墻; 環保; 節能; 穩定性

生態加筋土擋土墻的工作原理[3]:生態加筋土擋土墻指的是由填土、土工格柵拉帶和面層用填充種植土的生態袋堆砌而成的承受土體側壓力的擋土墻。在土體中分層鋪設土工格柵拉帶,分層碾壓回填土,使土工格柵與回填土共同作用,相當于改變土體的性質,增大土體的內摩擦角,利用土中筋帶與土體的摩擦力來平衡墻體受到的水平壓力,保證其內部穩定;并利用筋帶、填料復合體結構抵抗拉筋尾部填料所產生的土壓力,保證其整體穩定性;面層分層堆砌填充種植土的生態袋,改變以往擋墻剛性面層的效果,采用生態護面。

1 工程概況

深圳市某高檔社區湖邊擋墻支護工程場地位于深圳市梅林關的東南方向,環依民樂水庫北側及西側,擋墻工程大致環依民樂水庫北東側而建,長約 650m,高度約 8～9m,水庫常水位為 87.10m。超過該水位時由泄洪渠排泄,即最高水位也為87.10m。

由于景觀設計的要求,此擋墻要做成多級臺階狀擋墻,每級墻高約 1.5～4m,每級墻頂設1.0～1.5m寬的平臺,平臺為人行道或綠化帶,擋土墻建在湖邊,屬于長期浸水擋土墻,地基土在一定深度內為塘泥和新近填土,詳見景觀設計擋墻工程平面圖、景觀設計多級擋墻斷面圖(圖1、圖 2)。

根據建設單位景觀要求,結合現場周邊環境、地質情況、施工工藝難易程度、工期、景觀效果、小區用戶居住舒適程度及工程造價等方面考慮,對在湖邊設多級臺階的加筋土擋土墻與傳統的多級臺階重力式漿砌毛石或鋼筋混凝土擋土墻進行方案比選,詳見表 1湖邊擋墻支護結構方案比選表。

根據表 1方案比選,可見加筋土擋土墻無論在施工工藝、技術要求,景觀效果、舒適度,工程造價等方面都有一定的優越性。故選用生態加筋土擋土墻作為湖邊擋墻的支護型式。

2 湖邊加筋土擋土墻支護設計

根據景觀設計的要求及湖邊擋墻支護結構方案比選的結果,此處擋土墻采用生態加筋土擋土墻,采用分級設置加筋材質為HDPE的單向土工格柵(最小碳黑含量為2%,網孔大小為235mm×16mm,縱肋厚度0.9mm,橫肋寬度16mm,橫肋厚度為2.7mm,重為0.43 kg/m2,卷幅:50m×1.3m,單向土工格柵的質控抗拉強度為64.5 kN/m),如圖3。

圖1 景觀設計擋墻工程平面

圖2 景觀設計多級擋墻斷面

圖3 單向土工格柵

根據擋墻的受力特點及高度,單向土工格柵的長度從上到下分別為5m,6m,8m,10m,11m,9m,分層鋪設,分層碾壓夯實回填土,每層的厚度不能超過 50 cm,每級墻頂設平臺,平臺為人行通道和綠化地;面層采用生態袋護面〔充填后標準尺寸(cm)長×寬×高為61×32×17〕,其特點是在紫外線強烈照射下 500 h,剩余強度不小于 70%。對普通的土壤化學物質無活性,不會腐蝕或霉變。在生物上不降解,可抵抗昆蟲或嚙齒動物的破壞。在正常使用下至少可保證 70年的使用壽命);擋土墻基礎采取水泥攪拌樁做地基處理,具體支護型式見下圖:湖邊擋土墻支護剖面圖(圖4)。

3 湖邊加筋土擋土墻穩定性分析

3.1 加筋土擋土墻的穩定性理論分析[2]

多層階梯狀加筋土擋土墻計算原則:對于疊合式加筋土擋土墻,錯臺寬度對其受力分析影響非常重要,分析原則:

(1)臺階寬度D≤(h1+h2)/20時,可以認為錯臺的臺階寬度對破裂面沒有根本性影響,設計時可作為高度為 h1+h2的一般加筋土擋土墻設計,即筋帶斷面以及外部穩定性分析按不設錯臺計算,如圖5(a)。

圖4 湖邊擋土墻支護剖面

(2)臺階寬度D>h2×tan(45°-φ/2)時,因為上墻體的自重擴散荷載在下墻體的活動區以外,可不考慮加筋土擋土墻的多級形式,上下墻各自獨立計算,如圖5(b)。

(3)當D處于兩者之間時,由于其上部墻體的擴散荷載對下部墻體的主動區內筋帶有影響,其破裂面必然與未設置錯臺時有區別,錯臺的作用相當于加筋邊坡的作用,提高了擋墻的自身穩定能力,此時破裂面可取頂寬為0.3Re(h1+h2),傾角為θ的破裂面,其下部傾角保持π/4+φ/2不變,如圖 5(c)。

圖5 擋土墻錯臺計算

式中:h1、h2分別為上下加筋土擋土墻的高度;φr為填料的內摩擦角。

3.2 加筋土擋土墻的穩定性計算

根據以上計算原則,在標高 88.40m以上右側的三級擋墻,每級平臺的寬度為1m,且(h1+h2)/20<1 m

3.2.1 加筋土擋土墻內部穩定性計算

筋帶的抗拉力驗算公式:

筋帶的抗拔力驗算公式:

式中:T為單根筋帶抗拉力;Sv為筋帶的豎直間距;Sh為筋帶的水平間距;z為筋帶的埋置深度;h為用假想的土重代替均布荷載,當量的土層厚度為 h;σh為土體的側向水平壓力;p0為附加荷載;φ為填土的內摩擦角;γ為加筋體范圍內填料容重;f為拉筋與填土之間的似摩擦系數;bi為第i層拉筋總寬度;Lei為第i層拉筋的有效錨固長度。

3.2.2 外部穩定性驗算

抗傾覆驗算公式:

式中:∑My為穩定力系對加筋體墻趾的力矩(kN· m);∑M0為傾覆力系對加筋體墻趾的力矩(kN·m);K0為容許抗傾覆穩定系數;G1、G2為加筋土體自重;ZG1、ZGn為加筋體重心至加筋體墻趾的垂直距離。

抗滑移驗算公式:

式中:T1為加筋土與地基之間的摩擦力;T2為加筋土與地基之間粘聚力;Kc為容許抗滑穩定系數。

3.2.3 整體穩定性驗算

按條分法進行計算,整個下滑體分成n條,整體穩定性驗算公式:

式中:ci、Li為第i條塊滑動面上的粘聚力(kPa)與弧長(m);Wi為第i條塊自重及其荷載重(kN);φi為第i條塊滑動面上的內摩擦角;ai為第i條塊滑動圓弧的法線與豎直線的夾角。

根據以上計算原則,取填料的計算內摩擦角為 30°,填料與土工格柵之間的似摩擦系數為0.30,在距擋墻 1.5m處分布寬4.5m均布附加荷載為25 kPa,對加筋土擋土墻的穩定性進行計算,結果見表 2。

根據表 2的計算結果證明,加筋土擋土墻滿足穩定性要求。

4 湖邊加筋土擋土墻水平位移與沉降監測

為了保證加筋體擋土墻正常安全使用,施工完成后加強對擋土墻的水平變形監測,監測點的布置為沿擋墻長度方向每 20m布置一個監測斷面,每一個監測斷面沿擋墻高度方向布置 3～4個監測點,下圖為水平位移監測期間累計位移量最大的一組監測斷面位移量曲線圖。JC81、JC82、JC83監測點分別布置在標高 88.35m以上,下、中、上每級擋墻的頂部(圖6)。

圖6 加筋土擋墻同一斷面不同標高處水平位移

根據以上監測資料,在最上一級擋墻的頂部即標高為95.50m處水平位移最大值為11.6mm;在中級擋墻頂部即標高93.60m處的水平位移最大值為10.80mm;最下面一級擋墻頂部即標高91.00m處的水平位移最大值為6.60mm;可見擋墻墻頂的位移最大,墻腳的位移最小,且此擋墻的位移累計量均在允許位移范圍之內,且在監測時間內位移趨于穩定,滿足正常使用狀態的要求。

5 結束語

近年來,隨著經濟的高速發展,生態環境的惡化,追求生態、環保、節能已經成為大勢所趨,此湖邊生態加筋土擋土墻改變過去傳統的鋼筋混凝土的支護方式,采用完全生態環保的PP生態袋、HDPE土工格柵等材料,不但節能環保,而且施工方便,工期短,節約工程造價,將成為建筑回填土邊坡的首選。

[1] 徐國新,洪議學,董建軍,等.土工合成材料法[M].北京:中國水利水電出版社,2006

[2] 陳忠達,王海林.公路擋土墻施工[M].北京:人民交通出版社,2004

[3] 張師德,吳邦穎.加筋土結構原理及應用[M].北京:中國鐵道出版社,1986

[4] 楊廣慶,蔡英.多級臺階式加筋土擋土墻試驗研究[J].巖土工程學報,2000,22(2)

[5] 雷勝友,鄭健龍.現代加筋土理論與技術[M].北京:人民交通出版社,2006

[6] JTJ 015-91公路加筋土工程設計規范[S]

[7] JTJ 035-91公路加筋土工程施工技術規范[S]

[8] 張建良,焦二中,車志強.土工格柵在高填方擋土墻中的應用[J].山西建筑,2005,31(14)

[9] 林柏樹.土工格柵在某圍岸擋土墻工程中的應用[J].山西建筑,2005,31(14)

U417.1+1

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2010-01-21