張素情,李愛國(guó),彭?xiàng)盍x,梁秋花,萬(wàn)紅霞

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518026)

生態(tài)環(huán)保加筋土擋土墻的應(yīng)用實(shí)例分析

張素情,李愛國(guó),彭?xiàng)盍x,梁秋花,萬(wàn)紅霞

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518026)

結(jié)合深圳市某高檔社區(qū)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(tài)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(yīng)用。具有生態(tài)環(huán)保,節(jié)能,節(jié)約工程造價(jià),縮短工期等優(yōu)點(diǎn),促進(jìn)了“十一五”節(jié)能、環(huán)保生態(tài)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

生態(tài)袋; 加筋土擋土墻; 環(huán)保; 節(jié)能; 穩(wěn)定性

生態(tài)加筋土擋土墻的工作原理[3]:生態(tài)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(tài)袋堆砌而成的承受土體側(cè)壓力的擋土墻。在土體中分層鋪設(shè)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(dāng)于改變土體的性質(zhì),增大土體的內(nèi)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(nèi)部穩(wěn)定;并利用筋帶、填料復(fù)合體結(jié)構(gòu)抵抗拉筋尾部填料所產(chǎn)生的土壓力,保證其整體穩(wěn)定性;面層分層堆砌填充種植土的生態(tài)袋,改變以往擋墻剛性面層的效果,采用生態(tài)護(hù)面。

1 工程概況

深圳市某高檔社區(qū)湖邊擋墻支護(hù)工程場(chǎng)地位于深圳市梅林關(guān)的東南方向,環(huán)依民樂水庫(kù)北側(cè)及西側(cè),擋墻工程大致環(huán)依民樂水庫(kù)北東側(cè)而建,長(zhǎng)約 650m,高度約 8～9m,水庫(kù)常水位為 87.10m。超過該水位時(shí)由泄洪渠排泄,即最高水位也為87.10m。

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

根據(jù)建設(shè)單位景觀要求,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境、地質(zhì)情況、施工工藝難易程度、工期、景觀效果、小區(qū)用戶居住舒適程度及工程造價(jià)等方面考慮,對(duì)在湖邊設(shè)多級(jí)臺(tái)階的加筋土擋土墻與傳統(tǒng)的多級(jí)臺(tái)階重力式漿砌毛石或鋼筋混凝土擋土墻進(jìn)行方案比選,詳見表 1湖邊擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選表。

根據(jù)表 1方案比選,可見加筋土擋土墻無(wú)論在施工工藝、技術(shù)要求,景觀效果、舒適度,工程造價(jià)等方面都有一定的優(yōu)越性。故選用生態(tài)加筋土擋土墻作為湖邊擋墻的支護(hù)型式。

2 湖邊加筋土擋土墻支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)景觀設(shè)計(jì)的要求及湖邊擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選的結(jié)果,此處擋土墻采用生態(tài)加筋土擋土墻,采用分級(jí)設(shè)置加筋材質(zhì)為HDPE的單向土工格柵(最小碳黑含量為2%,網(wǎng)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(zhì)控抗拉強(qiáng)度為64.5 kN/m),如圖3。

圖1 景觀設(shè)計(jì)擋墻工程平面

圖2 景觀設(shè)計(jì)多級(jí)擋墻斷面

圖3 單向土工格柵

根據(jù)擋墻的受力特點(diǎn)及高度,單向土工格柵的長(zhǎng)度從上到下分別為5m,6m,8m,10m,11m,9m,分層鋪設(shè),分層碾壓夯實(shí)回填土,每層的厚度不能超過 50 cm,每級(jí)墻頂設(shè)平臺(tái),平臺(tái)為人行通道和綠化地;面層采用生態(tài)袋護(hù)面〔充填后標(biāo)準(zhǔn)尺寸(cm)長(zhǎng)×寬×高為61×32×17〕,其特點(diǎn)是在紫外線強(qiáng)烈照射下 500 h,剩余強(qiáng)度不小于 70%。對(duì)普通的土壤化學(xué)物質(zhì)無(wú)活性,不會(huì)腐蝕或霉變。在生物上不降解,可抵抗昆蟲或嚙齒動(dòng)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(chǔ)采取水泥攪拌樁做地基處理,具體支護(hù)型式見下圖:湖邊擋土墻支護(hù)剖面圖(圖4)。

3 湖邊加筋土擋土墻穩(wěn)定性分析

3.1 加筋土擋土墻的穩(wěn)定性理論分析[2]

多層階梯狀加筋土擋土墻計(jì)算原則:對(duì)于疊合式加筋土擋土墻,錯(cuò)臺(tái)寬度對(duì)其受力分析影響非常重要,分析原則:

(1)臺(tái)階寬度D≤(h1+h2)/20時(shí),可以認(rèn)為錯(cuò)臺(tái)的臺(tái)階寬度對(duì)破裂面沒有根本性影響,設(shè)計(jì)時(shí)可作為高度為 h1+h2的一般加筋土擋土墻設(shè)計(jì),即筋帶斷面以及外部穩(wěn)定性分析按不設(shè)錯(cuò)臺(tái)計(jì)算,如圖5(a)。

圖4 湖邊擋土墻支護(hù)剖面

(2)臺(tái)階寬度D>h2×tan(45°-φ/2)時(shí),因?yàn)樯蠅w的自重?cái)U(kuò)散荷載在下墻體的活動(dòng)區(qū)以外,可不考慮加筋土擋土墻的多級(jí)形式,上下墻各自獨(dú)立計(jì)算,如圖5(b)。

(3)當(dāng)D處于兩者之間時(shí),由于其上部墻體的擴(kuò)散荷載對(duì)下部墻體的主動(dòng)區(qū)內(nèi)筋帶有影響,其破裂面必然與未設(shè)置錯(cuò)臺(tái)時(shí)有區(qū)別,錯(cuò)臺(tái)的作用相當(dāng)于加筋邊坡的作用,提高了擋墻的自身穩(wěn)定能力,此時(shí)破裂面可取頂寬為0.3Re(h1+h2),傾角為θ的破裂面,其下部?jī)A角保持π/4+φ/2不變,如圖 5(c)。

圖5 擋土墻錯(cuò)臺(tái)計(jì)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(nèi)摩擦角。

3.2 加筋土擋土墻的穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算原則,在標(biāo)高 88.40m以上右側(cè)的三級(jí)擋墻,每級(jí)平臺(tái)的寬度為1m,且(h1+h2)/20<1 m

3.2.1 加筋土擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算

筋帶的抗拉力驗(yàn)算公式:

筋帶的抗拔力驗(yàn)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(dāng)量的土層厚度為 h;σh為土體的側(cè)向水平壓力;p0為附加荷載;φ為填土的內(nèi)摩擦角;γ為加筋體范圍內(nèi)填料容重;f為拉筋與填土之間的似摩擦系數(shù);bi為第i層拉筋總寬度;Lei為第i層拉筋的有效錨固長(zhǎng)度。

3.2.2 外部穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆驗(yàn)算公式:

式中:∑My為穩(wěn)定力系對(duì)加筋體墻趾的力矩(kN· m);∑M0為傾覆力系對(duì)加筋體墻趾的力矩(kN·m);K0為容許抗傾覆穩(wěn)定系數(shù);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(yàn)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(wěn)定系數(shù)。

3.2.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

按條分法進(jìn)行計(jì)算,整個(gè)下滑體分成n條,整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式:

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

根據(jù)以上計(jì)算原則,取填料的計(jì)算內(nèi)摩擦角為 30°,填料與土工格柵之間的似摩擦系數(shù)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(duì)加筋土擋土墻的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表 2。

根據(jù)表 2的計(jì)算結(jié)果證明,加筋土擋土墻滿足穩(wěn)定性要求。

4 湖邊加筋土擋土墻水平位移與沉降監(jiān)測(cè)

為了保證加筋體擋土墻正常安全使用,施工完成后加強(qiáng)對(duì)擋土墻的水平變形監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置為沿?fù)鯄﹂L(zhǎng)度方向每 20m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面沿?fù)鯄Ω叨确较虿贾?3～4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),下圖為水平位移監(jiān)測(cè)期間累計(jì)位移量最大的一組監(jiān)測(cè)斷面位移量曲線圖。JC81、JC82、JC83監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置在標(biāo)高 88.35m以上,下、中、上每級(jí)擋墻的頂部(圖6)。

圖6 加筋土擋墻同一斷面不同標(biāo)高處水平位移

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)資料,在最上一級(jí)擋墻的頂部即標(biāo)高為95.50m處水平位移最大值為11.6mm;在中級(jí)擋墻頂部即標(biāo)高93.60m處的水平位移最大值為10.80mm;最下面一級(jí)擋墻頂部即標(biāo)高91.00m處的水平位移最大值為6.60mm;可見擋墻墻頂?shù)奈灰谱畲?墻腳的位移最小,且此擋墻的位移累計(jì)量均在允許位移范圍之內(nèi),且在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)位移趨于穩(wěn)定,滿足正常使用狀態(tài)的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,生態(tài)環(huán)境的惡化,追求生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能已經(jīng)成為大勢(shì)所趨,此湖邊生態(tài)加筋土擋土墻改變過去傳統(tǒng)的鋼筋混凝土的支護(hù)方式,采用完全生態(tài)環(huán)保的PP生態(tài)袋、HDPE土工格柵等材料,不但節(jié)能環(huán)保,而且施工方便,工期短,節(jié)約工程造價(jià),將成為建筑回填土邊坡的首選。

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U417.1+1

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2010-01-21