生態加筋擋土高墻結構安全探析

彭 武

(深圳市水務科技發展有限公司，廣東 深圳 518001)

常規擋土墻型式多種多樣，其中生態加筋擋土墻生態景觀效果較好且施工方便，工程運用也十分廣泛，但高度多為5m以下，而現實工程運用過程之中常常需要面對高差較大的擋土地形選用，對高于5m情況之下的生態加筋擋土墻運用是否能妥善布置格柵結構以滿足擋土墻結構安全。本文采用6.5m高擋土墻作為控制分析計算模型，通過優化擋土墻的格柵布置，利用對應的規范算法，計算分析筋帶抗拉強度、抗拔長度及擋土墻的結構安全，從而得出生態加筋擋土高墻結構安全性及適用性要求的結論，為工程提供有益參考。

1 模型建立

本次研究選取高于常規生態加筋擋土墻高度的生態加筋擋土高墻進行研究。傳統重力式擋土墻結構依照規范要求不宜超出6.0m，因此本次分析計算采用6.5m高擋土墻作為控制分析計算模型，模型其他數值選取采用以下數值。

(1)墻頂路面設計荷載取汽車-10級。

(2)墻體采用C25混凝土生態砌塊砌筑，單塊尺寸寬300mm，高150mm。

(3)筋帶采用單向拉伸塑料土工格柵抗拉力Ts=100kN/m，土工格柵與加筋回填土的界面摩擦系數取0.3，土工格柵在砌塊中的總長度取常數0.4m。

(4)筋帶節點的水平間距SX=1m。

(5)加筋土填料為亞黏土，其力學性能指標為：容重取19kN/m3，黏聚力取15kPa，計算綜合內摩擦角取28°。

(6)基礎為砂卵石，其力學性能指標為：容重取19kN/m3，內摩擦角取28°，承載力特征值取180kPa，基底摩擦系數取0.4。

(7)墻體均采用梯形斷面計算，筋帶長5.0m，如圖1所示。

(8)墻后回填土與加筋體填料相同。

圖1 擋土墻斷面結構形式

2 分析計算

2.1 安全穩定系數的選取

根據相關規范，擋墻安全穩定系數按以下數據進行計算和校核：基底抗滑穩定系數1.4，抗傾穩定系數1.5，整體抗滑穩定系數1.25。

根據JTGD30—2015《公路路基設計規范》：筋帶抗拔穩定性及筋帶抗拉強度驗算時其結構重要性系數γ0、荷載分項系數γQ1、抗拔力計算調整系數γR1、抗拉性能的分項系數γf、抗拉材料抗拉計算的分項系數γR2(擬用單向拉伸塑料土工格柵)取值分別為1.0、1.4、1.4、1.25、2.0。

2.2 墻頂汽車荷載

汽車-10級(單車道)荷載作用下的等代土層厚度計算按車帶均攤法，設計布置一輛汽車-10級重車(150kN)，一輛汽車分布寬度2.3m，墻高H=6.5m，墻后填土高a=0m。

2.3 擋墻受力圖繪制

根據JTGD30—2015《公路路基設計規范》繪制破裂面如圖2所示。

圖2 擋土墻內力計算簡圖

2.4 筋帶抗拉強度驗算

根據以上模型的確定分別計算不同深度的土壓力系數、土壓力及筋帶拉力等參數，生態加筋擋土墻不分逢，筋帶平鋪，故計算按每延長米受力計算，公式如下：

JTGD30—2015公式H.0.7-8，Ti0=γQ1Ti，Ti=(∑σEi)SxSy;

JTGD30—2015公式H.0.7-5，∑σEi=σzi+σai+σbi;

Sx=1m，Sy為土工格柵之間距。

計算結果見表1。

表1 擋土墻底層筋帶所受拉力計算表

由表1結果可知，在不同工況條件下底層筋帶所受拉力最大，其筋帶材料強度標準值fk為99.19kN/m，而選用的單向拉伸塑料土工格柵抗拉力Ts=100kN/m，滿足設計要求。

2.5 抗拔穩定性驗算

根據模型的構造尺寸和受力，初擬筋帶長度，根據圖2確定筋帶活動長度和錨固長度，通過土工格柵所受壓力和其與填土的摩擦系數計算筋帶可產生的抗拔力及筋帶有效錨固長度，驗算設計筋帶長度是否滿足要求。公式如下：

計算結果見表2。

表2擋土墻頂層筋帶在不同工況下的抗拔力及長度計算表

計算工況抗拔力/kN筋帶總長度計算值/m設計筋帶總長度/m施工期無活荷載28.684.885洪水期無活荷載24.834.965

由表2結果可知，在不同工況條件下擋墻頂層筋帶抗拔力最小，有效錨固長度最長，其設計筋帶總長度均大于計算值，滿足規范要求。

2.6 建筑物穩定復核

土壓力采用庫侖主動土壓力公式，利用《理正擋土墻計算程序》進行相關穩定計算；計算參數按表2中選取；安全穩定系數按照表3執行。計算結果見表3。

由表3結果可知，在不同工況條件下，擋土墻的抗滑、抗傾、整體穩定及地基承載力均可滿足規范要求。

3 結果分析

采用6.5m高擋土墻作為控制分析計算模型，通過對擋土墻筋帶的抗拉強度、抗拔長度及擋土墻的結構安全驗算分析，在各種工況條件下，筋帶材料強度標準值為53.75～99.19kN/m，滿足選用的單向拉伸塑料土工格柵抗拉力100kN/m的要求；筋帶抗拔長度計算值為4.88～4.96m，滿足設計長度5m的要求；擋土墻抗滑穩定系數為1.98～2.42，滿足規范要求的1.4，抗傾穩定系數為1.66～7.18，滿足規范要求的1.5，整體抗滑穩定系數為1.33～1.78，滿足規范要求的1.25。因此，說明6.5m高生態加筋擋土高墻結構安全，方案可行。

表3 擋土墻穩定計算表

4 結語

本文對生態加筋擋土高墻從安全性及適用性兩個方面進行了分析，得出以下結論：

(1)從擋墻計算結果顯示，通過優化布置生態加筋擋土高墻的格柵結構，6.5m高生態加筋擋土高墻的結構安全在各種工況下均可滿足要求，方案可行。

(2)從適用性角度分析，生態加筋擋土高墻可以用于地形高差為5.0～6.5m間的擋土結構，其生態、景觀效果及施工便捷均優于傳統重力式擋墻；而對于地形高差為6.5m以上的擋土結構選用，生態加筋擋土高墻所需筋帶強度及長度均較大，是否適用需結合工程情況做進一步研究與分析。