生态环保加筋土挡土墙的应用实例分析

2010-01-15张素情李爱国彭杨义梁秋花万红霞

四川建筑 2010年6期

关键词：错台格栅挡土墙

张素情,李爱国,彭杨义,梁秋花,万红霞

(深圳市勘察测绘院有限公司,广东深圳 518026)

生态环保加筋土挡土墙的应用实例分析

张素情,李爱国,彭杨义,梁秋花,万红霞

(深圳市勘察测绘院有限公司,广东深圳 518026)

结合深圳市某高档社区湖边回填土加筋土挡土墙工程,介绍了墙面层材料采用PP生态袋,拉筋帯采用HDPE土工带的加筋土挡土墙在回填土边坡中的应用。具有生态环保,节能,节约工程造价,缩短工期等优点,促进了“十一五”节能、环保生态目标的实现。

生态袋; 加筋土挡土墙; 环保; 节能; 稳定性

生态加筋土挡土墙的工作原理[3]:生态加筋土挡土墙指的是由填土、土工格栅拉带和面层用填充种植土的生态袋堆砌而成的承受土体侧压力的挡土墙。在土体中分层铺设土工格栅拉带,分层碾压回填土,使土工格栅与回填土共同作用,相当于改变土体的性质,增大土体的内摩擦角,利用土中筋带与土体的摩擦力来平衡墙体受到的水平压力,保证其内部稳定;并利用筋带、填料复合体结构抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力,保证其整体稳定性;面层分层堆砌填充种植土的生态袋,改变以往挡墙刚性面层的效果,采用生态护面。

1 工程概况

深圳市某高档社区湖边挡墙支护工程场地位于深圳市梅林关的东南方向,环依民乐水库北侧及西侧,挡墙工程大致环依民乐水库北东侧而建,长约 650m,高度约 8～9m,水库常水位为 87.10m。超过该水位时由泄洪渠排泄,即最高水位也为87.10m。

由于景观设计的要求,此挡墙要做成多级台阶状挡墙,每级墙高约 1.5～4m,每级墙顶设1.0～1.5m宽的平台,平台为人行道或绿化带,挡土墙建在湖边,属于长期浸水挡土墙,地基土在一定深度内为塘泥和新近填土,详见景观设计挡墙工程平面图、景观设计多级挡墙断面图(图1、图 2)。

根据建设单位景观要求,结合现场周边环境、地质情况、施工工艺难易程度、工期、景观效果、小区用户居住舒适程度及工程造价等方面考虑,对在湖边设多级台阶的加筋土挡土墙与传统的多级台阶重力式浆砌毛石或钢筋混凝土挡土墙进行方案比选,详见表 1湖边挡墙支护结构方案比选表。

根据表 1方案比选,可见加筋土挡土墙无论在施工工艺、技术要求,景观效果、舒适度,工程造价等方面都有一定的优越性。故选用生态加筋土挡土墙作为湖边挡墙的支护型式。

2 湖边加筋土挡土墙支护设计

根据景观设计的要求及湖边挡墙支护结构方案比选的结果,此处挡土墙采用生态加筋土挡土墙,采用分级设置加筋材质为HDPE的单向土工格栅(最小碳黑含量为2%,网孔大小为235mm×16mm,纵肋厚度0.9mm,横肋宽度16mm,横肋厚度为2.7mm,重为0.43 kg/m2,卷幅:50m×1.3m,单向土工格栅的质控抗拉强度为64.5 kN/m),如图3。

图1 景观设计挡墙工程平面

图2 景观设计多级挡墙断面

图3 单向土工格栅

根据挡墙的受力特点及高度,单向土工格栅的长度从上到下分别为5m,6m,8m,10m,11m,9m,分层铺设,分层碾压夯实回填土,每层的厚度不能超过 50 cm,每级墙顶设平台,平台为人行通道和绿化地;面层采用生态袋护面〔充填后标准尺寸(cm)长×宽×高为61×32×17〕,其特点是在紫外线强烈照射下 500 h,剩余强度不小于 70%。对普通的土壤化学物质无活性,不会腐蚀或霉变。在生物上不降解,可抵抗昆虫或啮齿动物的破坏。在正常使用下至少可保证 70年的使用寿命);挡土墙基础采取水泥搅拌桩做地基处理,具体支护型式见下图:湖边挡土墙支护剖面图(图4)。

3 湖边加筋土挡土墙稳定性分析

3.1 加筋土挡土墙的稳定性理论分析[2]

多层阶梯状加筋土挡土墙计算原则:对于叠合式加筋土挡土墙,错台宽度对其受力分析影响非常重要,分析原则:

(1)台阶宽度D≤(h1+h2)/20时,可以认为错台的台阶宽度对破裂面没有根本性影响,设计时可作为高度为 h1+h2的一般加筋土挡土墙设计,即筋带断面以及外部稳定性分析按不设错台计算,如图5(a)。

图4 湖边挡土墙支护剖面

(2)台阶宽度D>h2×tan(45°-φ/2)时,因为上墙体的自重扩散荷载在下墙体的活动区以外,可不考虑加筋土挡土墙的多级形式,上下墙各自独立计算,如图5(b)。

(3)当D处于两者之间时,由于其上部墙体的扩散荷载对下部墙体的主动区内筋带有影响,其破裂面必然与未设置错台时有区别,错台的作用相当于加筋边坡的作用,提高了挡墙的自身稳定能力,此时破裂面可取顶宽为0.3Re(h1+h2),倾角为θ的破裂面,其下部倾角保持π/4+φ/2不变,如图 5(c)。

图5 挡土墙错台计算

式中:h1、h2分别为上下加筋土挡土墙的高度;φr为填料的内摩擦角。

3.2 加筋土挡土墙的稳定性计算

根据以上计算原则,在标高 88.40m以上右侧的三级挡墙,每级平台的宽度为1m,且(h1+h2)/20<1 m

3.2.1 加筋土挡土墙内部稳定性计算

筋带的抗拉力验算公式:

筋带的抗拔力验算公式:

式中:T为单根筋带抗拉力;Sv为筋带的竖直间距;Sh为筋带的水平间距;z为筋带的埋置深度;h为用假想的土重代替均布荷载,当量的土层厚度为 h;σh为土体的侧向水平压力;p0为附加荷载;φ为填土的内摩擦角;γ为加筋体范围内填料容重;f为拉筋与填土之间的似摩擦系数;bi为第i层拉筋总宽度;Lei为第i层拉筋的有效锚固长度。

3.2.2 外部稳定性验算

抗倾覆验算公式:

式中:∑My为稳定力系对加筋体墙趾的力矩(kN· m);∑M0为倾覆力系对加筋体墙趾的力矩(kN·m);K0为容许抗倾覆稳定系数;G1、G2为加筋土体自重;ZG1、ZGn为加筋体重心至加筋体墙趾的垂直距离。

抗滑移验算公式:

式中:T1为加筋土与地基之间的摩擦力;T2为加筋土与地基之间粘聚力;Kc为容许抗滑稳定系数。

3.2.3 整体稳定性验算

按条分法进行计算,整个下滑体分成n条,整体稳定性验算公式:

式中:ci、Li为第i条块滑动面上的粘聚力(kPa)与弧长(m);Wi为第i条块自重及其荷载重(kN);φi为第i条块滑动面上的内摩擦角;ai为第i条块滑动圆弧的法线与竖直线的夹角。

根据以上计算原则,取填料的计算内摩擦角为 30°,填料与土工格栅之间的似摩擦系数为0.30,在距挡墙 1.5m处分布宽4.5m均布附加荷载为25 kPa,对加筋土挡土墙的稳定性进行计算,结果见表 2。

根据表 2的计算结果证明,加筋土挡土墙满足稳定性要求。

4 湖边加筋土挡土墙水平位移与沉降监测

为了保证加筋体挡土墙正常安全使用,施工完成后加强对挡土墙的水平变形监测,监测点的布置为沿挡墙长度方向每 20m布置一个监测断面,每一个监测断面沿挡墙高度方向布置 3～4个监测点,下图为水平位移监测期间累计位移量最大的一组监测断面位移量曲线图。JC81、JC82、JC83监测点分别布置在标高 88.35m以上,下、中、上每级挡墙的顶部(图6)。

图6 加筋土挡墙同一断面不同标高处水平位移

根据以上监测资料,在最上一级挡墙的顶部即标高为95.50m处水平位移最大值为11.6mm;在中级挡墙顶部即标高93.60m处的水平位移最大值为10.80mm;最下面一级挡墙顶部即标高91.00m处的水平位移最大值为6.60mm;可见挡墙墙顶的位移最大,墙脚的位移最小,且此挡墙的位移累计量均在允许位移范围之内,且在监测时间内位移趋于稳定,满足正常使用状态的要求。