陈久武，刘名坚

（浙江绿艺建设有限公司，浙江 温州 325000）

挡土墙指支承在地基填土或山坡土体上，防止填土或土体变形失稳的构造物。挡土墙根据受力情况可分为多种，其中重力式挡土墙是最常见、应用最广泛的一种，它是以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，在铁路、公路、水利、港湾、矿山、市政等工程中得到广泛的应用。这些传统的挡土墙仅仅只起到保护水土流失和稳定工程结构的作用，缺少生态保护和美化环境的作用。

生态挡土墙是一种既能起到满足工程结构需要，又兼具生态环保、景观功能的挡土墙。现有许多种类的所谓生态挡土墙也仅在浆砌块石和混凝土预制块等结构的空隙里种植一些花木，花木生存空间小、养护工作量大、生态功能有限，如增加花木的种植空间，则可能带来工程结构的安全隐患，故生态与安全双方难以全面统筹兼顾，这对于以工程结构为主的挡土墙显然难以充分具备生态功能[1]。

浙江绿艺建设有限公司在温州市某社会福利中心工程景观附属工程等园林化小区景观石挡土墙施工中，采用景观石和拱形结构，大面积种植花木，将工程结构受力和景观美化高度融合，最大限度地发挥了挡土墙的生态功能，取得了良好效果，如图1所示。

图1 温州市某社会福利中心生态挡土墙完工图

1 设计计算

景观石生态挡土墙结构示意图和受力计算如图2所示，景观石挡土墙设置在作为工程结构的普通挡土墙外。本文用Midas有限元软件进行计算，拱形计算模型分梯形和矩形2种情况。

图2 景观石生态挡土墙结构示意图和受力计算图式

1.1 梯形计算模型

梯形计算模型如图3所示，Midas Civil实体单元节点数为14 091，单元数为12 000。

图3 梯形计算模型

景观石生态挡土墙结构尺寸及材料特性如下：拱形截面为梯形，砌筑砖为尺寸为240 mm×115 mm×53 mm的实心黏土标准砖，上底宽0.3 m，下底宽0.5 m，高1.0 m，净跨径2.0 m，矢高0.3 m，拱形为悬链线。拱形后填黏性土，土压力沿拱形结构高度线性分布[2]，拱形截面底部最大土压力为3.0 kN/m2。

主要材料特性如表1所示。

表1 主要材料特性表

1.2 计算结果

位移和应力如图4所示。竖向地基最大位移为55 mm，拱形径向最大位移为55 mm，径向位移与跨径比55/2 000=11/400=0.0275。拱形结构跨中最大压应力为11.43MPa，与景观石相接处最大拉应力为34.791kPa。

景观石相接处最大反力：Fx=197 kN，Fy=0.0396 kN，如图5所示。计算结果符合设计要求。

图4 位移和应力

图5 景观石拱脚处最大反力

1.3 矩形计算模型

矩形计算模型如图6所示，用Midas GTSNX有限元软件计算，实体单元节点数为1 188，单元数为4 726。

拱形截面为矩形水泥稳定土（5%），上底宽0.2 m，下底宽0.2 m，高0.5 m，净跨径0.8 m，矢高0.2 m，拱形为悬链线。主要材料特性同表1。

图6 矩形计算模型

竖向地基最大位移为53 mm，拱形径向最大位移为27 mm，径向位移与跨径比27/800=27/800=0.034，如图7所示。

图7 竖向位移和径向位移

土拱跨中最大压应力、拉应力和景观石处最大压应力如图8所示。土拱跨中最大压应力为984 kPa，最大拉应力为75 kPa，与景观石相接处最大拉压应力为25 kPa。

图8 土拱跨中最大压应力、拉应力和景观石处最大压应力

景观石相接处最大反力：Fx=1.97 kN/m2，Fy=2 kN/m2，如图9所示。

图9 景观石拱脚处最大反力

由以上计算可知，水泥稳定土（5%）拱形结构符合设计要求。

经计算，一般的黏性土或沙土，当2个景观石间距小于60 cm、高度小于50 cm时，不需要设置专门的拱形结构，回填土土体形成的自然土拱即可符合要求。这是现有景观石间距较小时，不需要设置专门的拱形结构的原因。

2 经济效益

景观石生态挡土墙相隔一定距离设置景观石，景观石之间的拱形结构拱轴线拟合填土形成土拱的形状，利用土拱效应提供免费的预应力，将横向土压力转变为纵向推力，从而节约工程材料，提高了安全性能。景观石生态挡土墙的拱形结构为受压结构，可利用城市房屋拆迁的建筑砖块，这些废弃的建筑砖块经试验合格并清理后可以再次使用，每平方米生态挡土墙减少费用30元以上。当2个景观石间距小于60 cm、高度小于50 cm时，填筑一般的黏性土或沙土，生态挡土墙不需要设置专门的拱形结构，回填土土体形成的自然土拱即可符合要求，生态环保节约工程造价[3]。景观石态挡土墙种植适合花木生长的种植土覆盖于整个拱形结构，其上种植花木，将工程结构受力和景观美化高度融合而发挥生态功能以及与景观美化融合在一起，发挥巨大的环保效益。同时利用了废弃的建筑砖块，环保节能，效益显著。

3 结语

景观石生态挡土墙相隔一定距离的设置若干块景观石，景观石与拱形结构结合处切割、开凿成土拱拱脚的角度，具有结构受力和景观的双重功能。

景观石生态挡土墙每相邻2块景观石之间的拱形结构，拱轴线拟合其后填土形成土拱的形状，利用土拱效应提供免费的预应力，将横向土压力转变为纵向推力，从而节约工程材料，提高了安全性能。

景观石生态挡土墙化重为轻、以虚代实，种植土覆盖于整个拱形结构内外和上部，大面积种植适宜花木，将工程结构受力、景观美化和生态环保有机融合在一起。