自嵌式生態(tài)柔性擋墻設(shè)計與施工工藝

陳建軍， 周一龍， 王瑋柱

(湖南省婁衡高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 衡陽 421001)

自嵌式生態(tài)柔性擋墻設(shè)計與施工工藝

陳建軍， 周一龍， 王瑋柱

(湖南省婁衡高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 衡陽 421001)

自嵌式生態(tài)柔性擋墻具有施工工藝簡單，景觀效果好，整體穩(wěn)定性好，造價低，適應性強等優(yōu)點，在工程中有廣泛的應用前景。介紹了自嵌式生態(tài)柔性擋墻的基本特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，以及施工工藝，為自嵌式生態(tài)擋墻的應用提供參考。

柔性擋墻; 自嵌式; 生態(tài); 設(shè)計; 施工

0 前言

加筋土結(jié)構(gòu)大約在1970年最早出現(xiàn)于法國，之后美國、加拿大及其他國家開始使用加筋土結(jié)構(gòu)。加筋砌塊結(jié)構(gòu)在1986年開始使用，發(fā)展至現(xiàn)代的自嵌式生態(tài)柔性擋墻。傳統(tǒng)重力式擋墻依靠墻體自重抵抗側(cè)向土壓力，結(jié)構(gòu)單一，施工難度大，景觀效果差。而自嵌式生態(tài)柔性擋墻通過將擋墻與鋪設(shè)的土工格柵形成的加筋土形成一個整體，共同抵抗土壓力來保持土體穩(wěn)定并且具有景觀效果。擋墻示意圖如圖1所示。

圖1 擋墻示意圖

陳偉[1]介紹了擋墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；李娜等[2]開展了自嵌式擋墻的應用研究；周中元[3]在岸坡工程中應用了自嵌式擋墻；李尚革[4]對自嵌式擋墻的經(jīng)濟效益做了具體分析。本文在前人的工作基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)介紹了自嵌式生態(tài)柔性擋墻的基本特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，以及施工工藝，為自嵌式生態(tài)擋墻的應用提供參考。

1 工作機理

加筋土中的土工格柵通過筋土作用，包括摩擦加筋原理和準黏聚力原理，可有效改善土的強度指標，土體與土工格柵形成復合材料。同時擋墻砌塊與土工格柵通過錨固棒連接，將形成擋墻、土工格柵、土體的整體結(jié)構(gòu)。即使土體有一定程度的側(cè)向變形，由于擋土塊有橡膠棒作用，各砌塊之間可以適應一定的錯動位移。相對于傳統(tǒng)的重力式擋墻，自嵌式生態(tài)柔性擋墻是典型的柔性結(jié)構(gòu)，砌塊與土工格柵材料共同抵抗土體的側(cè)向變形作用，能有效控制側(cè)向變形，保證擋墻的整體性。且景觀效果優(yōu)于重力式擋墻。

2 擋墻的特點

自嵌式生態(tài)柔性擋墻相對于傳統(tǒng)重力式擋墻有：施工工藝簡單，景觀效果好，整體穩(wěn)定性好，造價低等優(yōu)點。

2.1 施工工藝簡單

自嵌式柔性生態(tài)擋墻采用錨固棒連接砌塊，相比重力式擋墻，無需砂漿砌筑與錨栓，每個砌塊直接鋪設(shè)，擺放時上下錯縫，且施工后無需養(yǎng)護，從而提高施工進度，縮短工期。

2.2 景觀效果好

自嵌式生態(tài)柔性擋墻的墻面采用粗糙的花崗巖形態(tài)，色調(diào)可以根據(jù)工程整體的自然環(huán)境進行調(diào)配。且可以種植攀爬植物，適應環(huán)境生態(tài)要求，加強擋墻景觀效果。

2.3 整體性好

自嵌式生態(tài)柔性擋墻采用土工格柵將擋墻與土體連成一個整體，且加筋后的土體強度指標有所增強。且擋墻質(zhì)量較輕，對基礎(chǔ)要求較低，且砌塊通過錨固棒連接，能夠適應土體變形。

2.4 經(jīng)濟指標好

自嵌式生態(tài)柔性擋墻與傳統(tǒng)擋墻的造價相比，大約能降低造價30%～40%左右。除此之外，自嵌式生態(tài)柔性擋墻還有耐久、環(huán)保等優(yōu)點。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 外部穩(wěn)定性分析計算

3.1.1 地基承載力驗算

地基承載力安全系數(shù)為:

FSbc=2.0(Qult/Qa)

(1)

其中，F(xiàn)Sbc為地基承載力安全系數(shù)；Qult為地基土的極限承載力；Qa為地基土所承受的垂直壓強。

3.1.2 抗滑穩(wěn)定性驗算

加筋土底部的抗滑力為:

(2)

其中，Rs1=CdsWRtani；Rs2=Cds(CfL+WRtanf)，則抗滑安全系數(shù)為:

FSslt=1.5Rs/Paext

(3)

式中：Rs為加筋土底部的抗滑力；Cds為滑移系數(shù)；Cf為地基土黏聚力；WR為地基以上垂向壓力；i、f分別為回填土、地基土內(nèi)摩擦角；L為加筋土包括擋土墻的長度；Paext為外部主動土壓力。

3.1.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

抗傾覆安全系數(shù)為:

FSot=2.0(MR/M0)

(4)

式中：FSot為抗傾覆安全系數(shù)；MR為抗傾覆力矩；M0為傾覆力矩。

3.2 內(nèi)部穩(wěn)定性分析計算

3.2.1 最小加筋層數(shù)及布置位置

Nmin=Pa/Ta

(5)

其中，Nmin為加筋土工格柵層數(shù)，實際土工格柵層數(shù)為大于Nmin的整數(shù)；Pa為內(nèi)部主動土壓力；Ta為格柵容許拉應力。

3.2.2 加筋土工格柵承載力驗算

第n層加筋網(wǎng)片的承載力安全系數(shù):

FSot(n)=1.0(Ta/Fg(n))

(6)

其中，F(xiàn)Sot(n)為第n層土工格柵的承載力安全系數(shù)；Fg(n)為第n層土工格柵所受的拉力。

3.3.3 加筋土工格柵抗拉出破壞能力驗算

第n層土工格柵的承載力安全系數(shù)為:

FSpo(n)=1.5(ACn/Fg(n))

(7)

其中，ACn=2La(n)Ci(γidn+Qd)tanφi，要求La(n)>Lallow。

式中：FSpo(n)為第n層土工格柵抗拉出破壞能力安全系數(shù)；ACn為第n層加筋網(wǎng)片的拉結(jié)能力；La(n)為第n層土工格柵在破壞面以外的長度；Lallow為土工格柵的最小允許抗拉長度；dn為該長度以上加筋土平均覆蓋層厚度；Qd為填土面上的荷載；γi和φi分別為回填土的重度和內(nèi)摩擦角；Ci為土工格柵拉出時與土的相互作用系數(shù)。

3.2.4 內(nèi)部滑移驗算

沿著第n層加筋網(wǎng)片的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：

(8)

Vu(n)=au+Ww(n)tanλu。

3.3 局部穩(wěn)定性分析驗算

3.3.1 土工格柵與擋墻砌塊之間的連接強度驗算

第n層土工格柵與擋墻砌塊間連接安全系數(shù):

FScs(n)=1.5(Tconn(n)/Fg(n))

(9)

其中，Tconn(n)=acs+Ww(n)tanα。

式中：FScs(n)為第n層土工格柵與擋墻砌塊之間的連接安全系數(shù)；Tconn(n)為第n層土工格柵與擋墻砌塊之間的連接強度；acs為土工格柵與擋墻砌塊之間的最小連接力；α為土工格柵與擋墻砌塊之間的摩擦角。

3.3.2 擋墻砌塊之間的抗剪強度驗算

第n層土工格柵處擋墻砌塊之間的抗剪安全系數(shù)為:

(10)

3.3.3 頂部無加筋擋墻砌塊的抗傾覆驗算

抗傾覆安全系數(shù)為:

FSot=Mrt/Mot>2.0

(11)

式中：FSot為頂部無加筋部分抗傾覆安全系數(shù)；Mrt為頂部無加筋部分抗傾覆力矩；Mot為頂部無加筋部分傾覆力矩。

4 施工流程

自嵌式生態(tài)柔性擋墻與傳統(tǒng)重力式擋墻結(jié)構(gòu)不同，施工更加便捷，其施工質(zhì)量主要體現(xiàn)在施工控制當中。采用科學合理的施工流程和管理方法是自嵌式生態(tài)柔性擋墻的質(zhì)量保證。自嵌式生態(tài)柔性擋墻的施工流程如圖2所示。

圖2 施工流程圖

5 施工機具及勞動組織

自嵌式生態(tài)柔性擋墻的主要材料及設(shè)備如表1和表2所示。

表1 生態(tài)柔性擋墻施工主要材料

表2 自嵌式生態(tài)柔性擋墻施工的主要設(shè)備

6 施工步驟

6.1 基礎(chǔ)開挖、整理

擋墻基槽通過測量放樣，確定開挖位置，采用機械或人工開挖方式，確認開挖深度，開挖過程中應實時控制開挖標高，清除表面的松土。對需要填方的基礎(chǔ)，回填按照要求進行夯實。開挖過程中需要對基底高程實時控制。開挖好的基槽經(jīng)過驗收后，及時進行混凝土基礎(chǔ)的施工，或碎石墊層，碎石的粒徑控制在10～30 mm，基礎(chǔ)或墊層的厚度，寬度及表面的平整度要滿足設(shè)計要求?，F(xiàn)場基槽測量及開挖如圖3。

6.2 基層(墊層)施工

澆筑基礎(chǔ)混凝土的過程中，需要實時控制頂面高程和表面平整度?；炷琳駬v后要及時用靠尺對混凝土的平整度進行檢查，平整度滿足要求后對混凝土表面進行拉毛處理。拉毛方向與底板軸線的方向一致。現(xiàn)場具體施工圖如圖4。

6.3 碎石層鋪設(shè)

自嵌式生態(tài)柔性擋墻的一個重要特點是墻體透水，不需要單獨設(shè)置排水管進行排水。為防止排水時，帶走墻后土體，在回填土與預制塊之間設(shè)置30 cm寬的反濾層及土工布。反濾料為級配碎石，隨著墻體升高逐層攤鋪。碎石粒徑大小為5～40 mm，另外在自嵌塊的大孔隙中也需用碎石填充。碎石層鋪設(shè)如圖5所示。

a) 測量放樣

b) 基坑開挖

圖3 基礎(chǔ)測量及開挖

a) 混凝土攤鋪

b) 澆筑混凝土

6.4 鋪設(shè)土工布，回填壓實

土工布采用反濾土工布，鋪設(shè)在填土和反濾料之間，土工布根據(jù)每層土工格柵分層設(shè)置，土工布在垂直軸線方向至少要壓進填土中30 cm，土工布搭接長度不少于30 cm。自嵌式生態(tài)柔性擋墻的填土與墻體施工同步。回填的厚度是墻體砌塊厚度的整數(shù)倍，不宜超過30 cm。距擋墻1 m之外使用壓路機進行填土碾壓，1 m之內(nèi)使用打夯機等小型壓實機具夯實。壓實度應滿足公路路基設(shè)計規(guī)范要求?，F(xiàn)場鋪設(shè)土工布及土體回填如圖6。

6.5 返回土工布

在填土壓實完成之后，將土工布反包，注意土工布壓進土體至少30 cm。土工布有3種作用:透水性、保土性和防淤堵性?，F(xiàn)場土工布反包如圖7。

a) 砌塊孔內(nèi)填石

b) 濾料鋪設(shè)

a) 土工布鋪設(shè)

b) 墻后回填土

圖7 土工布反包

6.6 鋪設(shè)土工格柵，插入錨固棒

土工格柵應采用專業(yè)工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，色澤均勻，無開裂損傷，厚度一致，網(wǎng)格均勻，斷面一致。產(chǎn)品應具質(zhì)檢單位的檢測報告。合格后方可使用。

在鋪設(shè)土工格柵時，將砌塊表面碎石渣清理干凈，保證砌塊表面平整；同時確保尼龍棒穿過土工格柵，以保證土工格柵能與墻體連接承受拉力。同時格柵在鋪設(shè)時，應確保平鋪拉緊,必要時可在每層格柵末端用U型叉或小木樁來固定格柵，以免格柵在回填壓實過程中發(fā)生起皺等；運土車嚴禁直接在格柵上行走，需采用倒退法施工；格柵需伸入自嵌塊的前端，與格柵接觸的上層自嵌塊的最前端齊平，以保證格柵與自嵌塊有足夠的嵌固長度，同時格柵的最前端不宜超出上層自嵌塊的最前端從而暴露在空氣中?，F(xiàn)場施工圖如圖8a所示。

在放置第1層砌塊后，將尼龍棒插入砌塊的后排孔中，確保尼龍棒穿過土工格柵。在進行第2層砌塊的放置時，將砌塊的前排孔套入到第1層尼龍棒上即可。要注意第2層砌塊與第1層砌塊錯開放置，使砌塊的上下層，左右得到錨固。尼龍棒長度略小于兩個砌塊的厚度，不至于影響下一層砌塊碼放的平整度。錨固棒安插施工圖如圖8b所示。

a) 土工格柵的鋪設(shè)

b) 安插錨固棒

6.7 繼續(xù)安裝自嵌塊，重復上述步驟

在底板混凝土達到設(shè)計值75%之后即可進行墻體的壘砌，壘砌時應注意墻體的外邊線，控制線型。砌塊與砌塊應注意接縫緊密。砌塊在壘砌之前，應進行選擇，剔除缺邊，掉拐、表面不平的砌塊。砌塊放置在下層的兩個砌塊之間，放置完成后，對位置進行微調(diào)，保證線型以及穩(wěn)定性。自嵌塊安裝如圖9。

6.8 壓頂混凝土澆筑

為了使墻體達到美觀堅固的效果，在墻體頂部澆筑壓頂混凝土。澆筑混凝土時，每20 m制作一道沉降縫，縫寬2 cm。在澆筑混凝土時，應注意振搗，表面收光。

壓頂混凝土澆筑現(xiàn)場施工圖如圖10。

a) 第1層砌塊壘砌

b) 砌塊壘砌

a) 模板安裝

b) 混凝土澆筑

7 總結(jié)

自嵌式生態(tài)柔性擋墻施工工藝簡單，景觀效果好，整體穩(wěn)定性好，造價低，適應性強等優(yōu)點，在工程中有廣泛的應用前景。擋墻植栽之后，具有綠色，環(huán)保，生態(tài)的多重特點，與工程景觀融為一體，能夠有效地實現(xiàn)工程建筑物與自然景觀的和諧統(tǒng)一，為經(jīng)濟和社會發(fā)展做出應有的貢獻。

[1] 陳偉.新型自嵌式加筋景觀擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].鐵道建筑,2009(8):95-97.

[2] 李娜,楊冬君,劉菲,等.面向生態(tài)功能的自嵌式植生擋土墻應用研究[J].人民長江,2010(11):85-88.

[3] 周中元,張黎明,賈秀華.自嵌式景觀擋墻在岸坡整治工程中的應用[J].江蘇水利,2013(11):43-44.

[4] 李尚革.淺談自嵌式植生擋土墻技術(shù)及經(jīng)濟分析[J].廣東水利水電,2015(4):57-60.

1008-844X(2017)02-0077-05

U 417.1+1

B