生態(tài)加筋擋土高墻結(jié)構(gòu)安全探析

彭 武

(深圳市水務(wù)科技發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518001)

常規(guī)擋土墻型式多種多樣，其中生態(tài)加筋擋土墻生態(tài)景觀效果較好且施工方便，工程運(yùn)用也十分廣泛，但高度多為5m以下，而現(xiàn)實(shí)工程運(yùn)用過程之中常常需要面對(duì)高差較大的擋土地形選用，對(duì)高于5m情況之下的生態(tài)加筋擋土墻運(yùn)用是否能妥善布置格柵結(jié)構(gòu)以滿足擋土墻結(jié)構(gòu)安全。本文采用6.5m高擋土墻作為控制分析計(jì)算模型，通過優(yōu)化擋土墻的格柵布置，利用對(duì)應(yīng)的規(guī)范算法，計(jì)算分析筋帶抗拉強(qiáng)度、抗拔長(zhǎng)度及擋土墻的結(jié)構(gòu)安全，從而得出生態(tài)加筋擋土高墻結(jié)構(gòu)安全性及適用性要求的結(jié)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(guī)生態(tài)加筋擋土墻高度的生態(tài)加筋擋土高墻進(jìn)行研究。傳統(tǒng)重力式擋土墻結(jié)構(gòu)依照規(guī)范要求不宜超出6.0m，因此本次分析計(jì)算采用6.5m高擋土墻作為控制分析計(jì)算模型，模型其他數(shù)值選取采用以下數(shù)值。

(1)墻頂路面設(shè)計(jì)荷載取汽車-10級(jí)。

(2)墻體采用C25混凝土生態(tài)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(shù)取0.3，土工格柵在砌塊中的總長(zhǎng)度取常數(shù)0.4m。

(4)筋帶節(jié)點(diǎn)的水平間距SX=1m。

(5)加筋土填料為亞黏土，其力學(xué)性能指標(biāo)為：容重取19kN/m3，黏聚力取15kPa，計(jì)算綜合內(nèi)摩擦角取28°。

(6)基礎(chǔ)為砂卵石，其力學(xué)性能指標(biāo)為：容重取19kN/m3，內(nèi)摩擦角取28°，承載力特征值取180kPa，基底摩擦系數(shù)取0.4。

(7)墻體均采用梯形斷面計(jì)算，筋帶長(zhǎng)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(jié)構(gòu)形式

2 分析計(jì)算

2.1 安全穩(wěn)定系數(shù)的選取

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，擋墻安全穩(wěn)定系數(shù)按以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和校核：基底抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.4，抗傾穩(wěn)定系數(shù)1.5，整體抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.25。

根據(jù)JTGD30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》：筋帶抗拔穩(wěn)定性及筋帶抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0、荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ1、抗拔力計(jì)算調(diào)整系數(shù)γR1、抗拉性能的分項(xiàng)系數(shù)γf、抗拉材料抗拉計(jì)算的分項(xiàng)系數(shù)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(jí)(單車道)荷載作用下的等代土層厚度計(jì)算按車帶均攤法，設(shè)計(jì)布置一輛汽車-10級(jí)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(jù)JTGD30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》繪制破裂面如圖2所示。

圖2 擋土墻內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.4 筋帶抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)以上模型的確定分別計(jì)算不同深度的土壓力系數(shù)、土壓力及筋帶拉力等參數(shù)，生態(tài)加筋擋土墻不分逢，筋帶平鋪，故計(jì)算按每延長(zhǎng)米受力計(jì)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(jì)算結(jié)果見表1。

表1 擋土墻底層筋帶所受拉力計(jì)算表

由表1結(jié)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)要求。

2.5 抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)模型的構(gòu)造尺寸和受力，初擬筋帶長(zhǎng)度，根據(jù)圖2確定筋帶活動(dòng)長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度，通過土工格柵所受壓力和其與填土的摩擦系數(shù)計(jì)算筋帶可產(chǎn)生的抗拔力及筋帶有效錨固長(zhǎng)度，驗(yàn)算設(shè)計(jì)筋帶長(zhǎng)度是否滿足要求。公式如下：

計(jì)算結(jié)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(zhǎng)度計(jì)算表

計(jì)算工況抗拔力/kN筋帶總長(zhǎng)度計(jì)算值/m設(shè)計(jì)筋帶總長(zhǎng)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(jié)果可知，在不同工況條件下?lián)鯄攲咏顜Э拱瘟ψ钚。行у^固長(zhǎng)度最長(zhǎng)，其設(shè)計(jì)筋帶總長(zhǎng)度均大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

2.6 建筑物穩(wěn)定復(fù)核

土壓力采用庫(kù)侖主動(dòng)土壓力公式，利用《理正擋土墻計(jì)算程序》進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定計(jì)算；計(jì)算參數(shù)按表2中選取；安全穩(wěn)定系數(shù)按照表3執(zhí)行。計(jì)算結(jié)果見表3。

由表3結(jié)果可知，在不同工況條件下，擋土墻的抗滑、抗傾、整體穩(wěn)定及地基承載力均可滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)果分析

采用6.5m高擋土墻作為控制分析計(jì)算模型，通過對(duì)擋土墻筋帶的抗拉強(qiáng)度、抗拔長(zhǎng)度及擋土墻的結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算分析，在各種工況條件下，筋帶材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度計(jì)算值為4.88～4.96m，滿足設(shè)計(jì)長(zhǎng)度5m的要求；擋土墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.98～2.42，滿足規(guī)范要求的1.4，抗傾穩(wěn)定系數(shù)為1.66～7.18，滿足規(guī)范要求的1.5，整體抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.33～1.78，滿足規(guī)范要求的1.25。因此，說明6.5m高生態(tài)加筋擋土高墻結(jié)構(gòu)安全，方案可行。

表3 擋土墻穩(wěn)定計(jì)算表

4 結(jié)語

本文對(duì)生態(tài)加筋擋土高墻從安全性及適用性兩個(gè)方面進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

(1)從擋墻計(jì)算結(jié)果顯示，通過優(yōu)化布置生態(tài)加筋擋土高墻的格柵結(jié)構(gòu)，6.5m高生態(tài)加筋擋土高墻的結(jié)構(gòu)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(tài)加筋擋土高墻可以用于地形高差為5.0～6.5m間的擋土結(jié)構(gòu)，其生態(tài)、景觀效果及施工便捷均優(yōu)于傳統(tǒng)重力式擋墻；而對(duì)于地形高差為6.5m以上的擋土結(jié)構(gòu)選用，生態(tài)加筋擋土高墻所需筋帶強(qiáng)度及長(zhǎng)度均較大，是否適用需結(jié)合工程情況做進(jìn)一步研究與分析。