生态加筋挡土高墙结构安全探析

2019-02-21彭武

水利技术监督 2019年1期

彭武

(深圳市水务科技发展有限公司，广东深圳 518001)

常规挡土墙型式多种多样，其中生态加筋挡土墙生态景观效果较好且施工方便，工程运用也十分广泛，但高度多为5m以下，而现实工程运用过程之中常常需要面对高差较大的挡土地形选用，对高于5m情况之下的生态加筋挡土墙运用是否能妥善布置格栅结构以满足挡土墙结构安全。本文采用6.5m高挡土墙作为控制分析计算模型，通过优化挡土墙的格栅布置，利用对应的规范算法，计算分析筋带抗拉强度、抗拔长度及挡土墙的结构安全，从而得出生态加筋挡土高墙结构安全性及适用性要求的结论，为工程提供有益参考。

1 模型建立

本次研究选取高于常规生态加筋挡土墙高度的生态加筋挡土高墙进行研究。传统重力式挡土墙结构依照规范要求不宜超出6.0m，因此本次分析计算采用6.5m高挡土墙作为控制分析计算模型，模型其他数值选取采用以下数值。

(1)墙顶路面设计荷载取汽车-10级。

(2)墙体采用C25混凝土生态砌块砌筑，单块尺寸宽300mm，高150mm。

(3)筋带采用单向拉伸塑料土工格栅抗拉力Ts=100kN/m，土工格栅与加筋回填土的界面摩擦系数取0.3，土工格栅在砌块中的总长度取常数0.4m。

(4)筋带节点的水平间距SX=1m。

(5)加筋土填料为亚黏土，其力学性能指标为：容重取19kN/m3，黏聚力取15kPa，计算综合内摩擦角取28°。

(6)基础为砂卵石，其力学性能指标为：容重取19kN/m3，内摩擦角取28°，承载力特征值取180kPa，基底摩擦系数取0.4。

(7)墙体均采用梯形断面计算，筋带长5.0m，如图1所示。

(8)墙后回填土与加筋体填料相同。

图1 挡土墙断面结构形式

2 分析计算

2.1 安全稳定系数的选取

根据相关规范，挡墙安全稳定系数按以下数据进行计算和校核：基底抗滑稳定系数1.4，抗倾稳定系数1.5，整体抗滑稳定系数1.25。

根据JTGD30—2015《公路路基设计规范》：筋带抗拔稳定性及筋带抗拉强度验算时其结构重要性系数γ0、荷载分项系数γQ1、抗拔力计算调整系数γR1、抗拉性能的分项系数γf、抗拉材料抗拉计算的分项系数γR2(拟用单向拉伸塑料土工格栅)取值分别为1.0、1.4、1.4、1.25、2.0。

2.2 墙顶汽车荷载

汽车-10级(单车道)荷载作用下的等代土层厚度计算按车带均摊法，设计布置一辆汽车-10级重车(150kN)，一辆汽车分布宽度2.3m，墙高H=6.5m，墙后填土高a=0m。

2.3 挡墙受力图绘制

根据JTGD30—2015《公路路基设计规范》绘制破裂面如图2所示。

图2 挡土墙内力计算简图

2.4 筋带抗拉强度验算

根据以上模型的确定分别计算不同深度的土压力系数、土压力及筋带拉力等参数，生态加筋挡土墙不分逢，筋带平铺，故计算按每延长米受力计算，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为土工格栅之间距。

计算结果见表1。

表1 挡土墙底层筋带所受拉力计算表

由表1结果可知，在不同工况条件下底层筋带所受拉力最大，其筋带材料强度标准值fk为99.19kN/m，而选用的单向拉伸塑料土工格栅抗拉力Ts=100kN/m，满足设计要求。

2.5 抗拔稳定性验算

根据模型的构造尺寸和受力，初拟筋带长度，根据图2确定筋带活动长度和锚固长度，通过土工格栅所受压力和其与填土的摩擦系数计算筋带可产生的抗拔力及筋带有效锚固长度，验算设计筋带长度是否满足要求。公式如下：

计算结果见表2。

表2挡土墙顶层筋带在不同工况下的抗拔力及长度计算表

计算工况抗拔力/kN筋带总长度计算值/m设计筋带总长度/m施工期无活荷载28.684.885洪水期无活荷载24.834.965

由表2结果可知，在不同工况条件下挡墙顶层筋带抗拔力最小，有效锚固长度最长，其设计筋带总长度均大于计算值，满足规范要求。

2.6 建筑物稳定复核

土压力采用库仑主动土压力公式，利用《理正挡土墙计算程序》进行相关稳定计算；计算参数按表2中选取；安全稳定系数按照表3执行。计算结果见表3。

由表3结果可知，在不同工况条件下，挡土墙的抗滑、抗倾、整体稳定及地基承载力均可满足规范要求。

3 结果分析

采用6.5m高挡土墙作为控制分析计算模型，通过对挡土墙筋带的抗拉强度、抗拔长度及挡土墙的结构安全验算分析，在各种工况条件下，筋带材料强度标准值为53.75～99.19kN/m，满足选用的单向拉伸塑料土工格栅抗拉力100kN/m的要求；筋带抗拔长度计算值为4.88～4.96m，满足设计长度5m的要求；挡土墙抗滑稳定系数为1.98～2.42，满足规范要求的1.4，抗倾稳定系数为1.66～7.18，满足规范要求的1.5，整体抗滑稳定系数为1.33～1.78，满足规范要求的1.25。因此，说明6.5m高生态加筋挡土高墙结构安全，方案可行。