章永凱
(上海市政工程設(shè)計研究總院集團第六設(shè)計院有限公司,安徽 合肥 230031)
隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展,城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進,城市的框架不斷向外延伸,市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)經(jīng)常會與已劃定的基本農(nóng)田發(fā)生沖突,或者基本農(nóng)田緊貼道路紅線,道路無放坡空間,這就對市政設(shè)施的建設(shè)產(chǎn)生制約。這種情況下,需設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)以滿足道路建設(shè)要求。
在支擋結(jié)構(gòu)方面,采用傳統(tǒng)的重力式擋墻容易引起地基不均勻沉降或變形,致使墻體開裂沉降甚至發(fā)生失穩(wěn)。因此,尋找一些既能減少占地和拆遷,又能最大限度的實現(xiàn)就地取材,降低污染排放,降低造價的新型支擋結(jié)構(gòu)十分有必要。
加筋土結(jié)構(gòu)是利用加筋土技術(shù)修筑的支擋結(jié)構(gòu)物,利用加筋材料與土之間的摩擦作用,改善土體的變形條件和提高土體的工程性能,從而達到穩(wěn)定和增強土體的目的。由于加筋土結(jié)構(gòu)具有造價低廉、施工簡便、節(jié)約占地、抗震性強、造型美觀等特點,其工程應(yīng)用得到飛速發(fā)展。本文旨在介紹一種結(jié)構(gòu)整體性能更好,全面墻透水、工后蠕變變形小、環(huán)境友好的復(fù)合加筋結(jié)構(gòu),并結(jié)合典型工程案例介紹其在市政工程中的應(yīng)用。
復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)是由加筋格賓、綠色加筋格賓和高韌性聚酯紗線集束格柵組成的模塊式加筋土結(jié)構(gòu),適宜于修建高大加筋土擋墻(坡度≥70°)或加筋陡坡(坡度<70°)。加筋格賓、綠色加筋格賓結(jié)構(gòu)作為面墻及輔筋,確保面墻部分的局部穩(wěn)定性,避免出現(xiàn)面墻滑移,拔出,局部傾覆等破壞;高韌性聚酯紗線集束格柵作為主筋,確保邊坡的整體穩(wěn)定性。圖1為復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1 復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)示意圖
加筋格賓和綠色加筋格賓由經(jīng)過特殊防腐處理的低碳鋼絲經(jīng)機編而成的六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面制作而成的工程構(gòu)件,面墻與筋材為同一網(wǎng)面制成。加筋格賓面墻網(wǎng)箱填充石料,可做成直立式或階梯式的加筋結(jié)構(gòu);綠色加筋格賓為六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面反包式墻面,并設(shè)置了鋼筋網(wǎng)板和固定支架增加面板剛度,內(nèi)側(cè)鋪設(shè)有椰棕植生墊或土工網(wǎng)墊,可采用噴播、插枝等措施實現(xiàn)全面墻綠化,具有極佳的景觀效果。
在工程實際應(yīng)用中,可根據(jù)實際占地、綠化要求、是否臨水(沖刷情況)、現(xiàn)場土石料運輸?shù)惹闆r合理的選擇面墻型式。當(dāng)占地要求嚴格時,可采用加筋格賓作為面墻;如既需考慮占地又要兼顧綠化時,則可采用加筋格賓結(jié)合綠色加筋格賓的復(fù)合形式;當(dāng)為臨水工程時,宜采用加筋格賓或復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)[1]。
復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)由于其獨特的結(jié)構(gòu)特點相對于一般的加筋土結(jié)構(gòu)(如預(yù)制混凝土模塊式面板)具有如下優(yōu)點,具體如下:
1)結(jié)構(gòu)整體性更好,加筋格賓和綠色加筋格賓單元面板和筋材是采用同一網(wǎng)面連續(xù)生產(chǎn)出來的,無需現(xiàn)場連接和固定,避免了現(xiàn)場連接導(dǎo)致的連接強度不足和質(zhì)量難以控制的問題[2]。
2)全面墻透水,在加筋土結(jié)構(gòu)中,排水是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常重要的一個因素,結(jié)構(gòu)中的積水會增加筋材的拉力,并可能導(dǎo)致填土和原狀地基土強度降低,孔隙水壓力也會增加。加筋格賓、綠色加筋格賓的面墻均為格賓網(wǎng)面,都是可完全透水的結(jié)構(gòu),非常有利于孔隙水壓力的消散和墻體水分的自由排出[3]。
3)工后蠕變變形小,筋材的拉伸模量和蠕變對加筋土擋墻的變形影響很大,擋墻的側(cè)向位移會隨著筋材拉伸模量的增加、蠕變的減小而減小。高韌性聚酯紗線集束格柵的拉伸模量最大可達17680kN/m,受力部件為聚酯纖維,其蠕變性遠低于聚丙烯和聚乙烯,綜合兩方面,采用高韌性聚酯紗線集束格柵作為主筋的復(fù)合加筋土結(jié)構(gòu)工后蠕變變形小。
4)環(huán)境友好性,在復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)中除加筋格賓單元和格柵工廠預(yù)制外,其他材料(結(jié)構(gòu)填土和面墻石料)均可實現(xiàn)就地取材,有利于實現(xiàn)填挖平衡,降低運輸要求,并減少鋼材和混凝土的用量,從而減少碳排放量。結(jié)構(gòu)面墻通過一定的工程措施,可實現(xiàn)全面墻的快速綠化,達到工程與環(huán)境的融合。
合肥市習(xí)友路規(guī)劃為城市主干路,西起蜀山區(qū)運河新城,向東串聯(lián)合肥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、政務(wù)文化新區(qū)后,接包河區(qū)龍川路,在路網(wǎng)中承擔(dān)串聯(lián)城市組團的功能。本工程西起新橋大道,東至將軍嶺路,道路長約73km,紅線寬60m。
本項目路基防護工程以“安全適用、生態(tài)環(huán)保,景觀優(yōu)美”為設(shè)計原則,根據(jù)不同地形、地質(zhì)、邊坡高度和特殊工點要求,在對邊坡安全防護的基礎(chǔ)上,以綠色環(huán)保為主體,營造視覺舒適環(huán)境優(yōu)美的邊坡景觀。
根據(jù)項目特點,紅線外無基本農(nóng)田路段,一般路基邊坡采用植草防護?;巨r(nóng)田段當(dāng)高差較小時,在人行道外側(cè)3m綠化帶內(nèi)設(shè)置邊坡,采用植草防護;放坡無法解決的高差較大路段,采用“放坡+擋土墻”形式。在K0+185~K3+540段填方高度為3~11m,通過方案比較及方案評審,考慮到本路段借方困難,經(jīng)排除設(shè)置橋梁構(gòu)造物及自然放坡兩種方案后,最終確定采用復(fù)合加筋格賓擋墻+放坡的支擋方案,放坡段滿足市政管線敷設(shè)要求。
圖2 習(xí)友路基本農(nóng)田段橫斷面設(shè)計圖
根據(jù)勘察,場地地層可分5層,分別為素填土、黏土、粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,且素填土和黏土層的厚度達到4-20米,因此擋墻基礎(chǔ)落于黏土層上。另外,本場地淺層黏性土自由膨脹率400%≤δef≤650% ,具有弱膨脹潛勢,需要就地利用黏土作為路堤填料。
勘察區(qū)地震動峰值加速度為010g,場地基本地震烈度為7度,設(shè)計地震分組為第一組。本場地類別為II類,地震動反應(yīng)譜特征周期為035s。場地?zé)o液化土層。
復(fù)合加筋格賓擋墻的計算分析包括兩部分:外部穩(wěn)定性和內(nèi)部穩(wěn)定性計算。外部穩(wěn)定性分析中視復(fù)合加筋格賓擋墻為剛體,其分析項目包括:土壓力計算、基底滑移驗算、傾覆穩(wěn)定性驗算、基礎(chǔ)底面地基承載力驗算。內(nèi)部穩(wěn)定性包括兩部分內(nèi)容:1)單根筋帶的抗拉計算,在布置筋材時根據(jù)計算結(jié)果初步確定筋材的強度及間距;2)基于條分法計算原理并考慮筋材作用,計算每個加筋結(jié)構(gòu)塊體的內(nèi)部整體穩(wěn)定性,并根據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化筋材布置,如筋材強度、間距、長度等,使筋材的布置更加均衡,此部分計算量繁重,采用軟件進行計算。計算結(jié)果如下:
另外,場地區(qū)域均為弱膨脹土,此項目中對挖方土、超挖土進行摻灰處理后作為復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)填料,摻灰量宜為4%。
復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)整體性好、全面墻透水、工后蠕變變形小、環(huán)境友好性和經(jīng)濟性等特點,已在高邊坡、高擋墻的公路工程中廣泛使用。結(jié)合其特點,在市政工程中可推廣使用。
習(xí)友路復(fù)合加筋格賓擋墻的建設(shè)為在市政道路工程用地受限條件下采用復(fù)合加筋格賓擋墻積累了經(jīng)驗,可供同類工程參考借鑒。