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。
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
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。
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。
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
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。
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?,有效錨固長(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。
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??;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。
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
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。