摘 要：分析了墙后填土植生挡土墙的受力特点和结构优越性，针对柴河水库的应用实例，阐述了设计和计算方法。

　　关键词：挡土墙;墙后填土植生;分荷板;计算方法;应用

　　传统的混凝土护坡、护岸挡土墙，虽可以满足加固岸坡的作用，但耐久性差，加上本身难以种草、植树，造成沿岸一片灰色，影响环境景观。墙后填土植生挡土墙把工程措施和生物修复技术相结合，营造绿色空间、美化环境。 墙后填土植生挡土墙简介 设计的墙后填土植生挡土墙属于悬臂式挡墙范畴，由钢筋混凝土结构墙体挡土，墙后植入足够壤土，用以栽植树木等各种植物，联合利用工程措施和生物措施改善生态环境。其结构由直墙、分荷板、墙踵底板三部分组成，详见图1。分荷板和墙踵底板有足够的刚度，墙踵底板与基面紧密固接，确保整体结构一体，并与基面紧固。

　　这种结构挡土墙，自身体积小，占用空间小，特别适用于墙后满填土、要求墙体占用空间少的挡土墙，而且，挡土墙越高，其优越性越明显。 墙后填土植生挡土墙工作原理 2.1 受力分析

　　为方便分析，假定墙背光滑，墙后填土水平，填土为均质土，填土容重γ，内摩擦角为Ф，主动土压力系数为Ka=tg2(45º-Ф/2),根据朗肯土压力理论分析结构受力状况。

　　2.1.1 普通挡土墙的土压力分布

　　高度为H的普通悬臂结构挡土墙的土压力分布为三角形，参见图2-1中包含平行四边形BHIJ的△ACK。总土压力为P0=KaγH2/2,作用点距底面H/3。

　　2.1.2 设计的填土植生挡土墙土压力分布

　　分荷板BF以上AB段土压力为三角形，如图2-2。

　　分荷板BF以下，由于其上土压力由BF承担，其下部相当于高为H-h的悬臂式挡墙，但从BF以外开始，有均布荷载q=γh连续作用，如图2-2。

　　过F点作一条与水平面成45º+Ф/2的直线，与BC交于G点，则线段BG为均布荷载q=γh的影响深度，其最大值为：qKa=γhKa,线段长BG=btg(45º+Ф/2),详见图2-2。

　　据此得到总土压力分布，如图2-1所示。观图中可知，图中平行四边形BHIJ所代表的是分荷板BF抵消的土压力:

　　PBF= γbhtg(45º+Ф/2)Ka

　　作用点距地面距离:

　　Z=H-d-h- btg(45º+Ф/2)

　　2.2 稳定性分析

　　前面的分析表明分荷板BF段分担了部分土压力，使悬臂段AC承担的土压力减小，改善

　　了土压力分布状态，单从这一点看，对结构受力是有力的。下面从稳定角度分析结构的可靠性和合理性。

　　岩石 b

　　王 bbbbbbbB

　　h H-h R0 R H 1 图1 植生挡土墙结构图 壤土

　　植物

　　钢筋混凝土挡土墙 d

　　A

　　B C D E

F m n B1 B2 2.2.1 普通挡土墙稳定性指标

　　抗倾覆安全系数：

　　Kq=(γH (R0+R/2)(B1+B2)/2+γhd(R0+R)2/2+γhm(H-d)(R0-m/2))/( KaγH3/6) ……①

　　抗滑移安全系数：

　　Kh=f(γH (B1+B2)/2+γhd(R0+R)+ γhm(H-d))/( KaγH2/2) ……②

　　墙身AC与底板DE连接处C的截面最大弯矩：

　　MC= Kaγ(H-d)3/6 ……③

　　2.2.2设计的填土植生挡土墙稳定性指标

　　抗倾覆安全系数：

　　Kq设=(γH (R0+R/2)(B1+B2)/2+γhd(R0+R)2/2+γhm(H-d)(R0-m/2) +nb(γh-γ) ( R0+b/2))

　　/( KaγH3/6-γbhtg(45º+Ф/2)Ka( H-d-h- btg(45º+Ф/2)/2)) ……④

　　b

　　王 bbbbbbbB

　　h H-h H 图2 荷载分布图 γhKa γhKa

　　γHKa

　　图2-1

　　图2-2

　　A B C q=γh B F

　　G C 45º+Φ/2 G H I J I J K K A B F γHKa

　　γhKa

抗滑移安全系数：

　　Kh设=f(γH (B1+B2)/2+γhd(R0+R)+ γhm(H-d)+ nb(γh-γ))/( KaγH2/2-γbhtg(45º+Ф/2)Ka) ……⑤

　　墙身AC与分荷板BF连接处B的截面最大弯矩：

　　MB设=γhb2/2 ……⑥

　　墙身AC与底板DE连接处C截面最大弯矩：

　　MC设= Kaγ(H-d)3/6 -γbhtg(45º+Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45º+Ф/2)/2) ……⑦

　　式中，γh为挡墙钢筋混凝土容重。

　　比较①、④，②、⑤式，可以看出：Kq设>Kq、Kh设> Kh ,表明设计的挡土墙稳定性好于普通悬臂结构挡土墙;分析③、⑥、⑦式，可以看出：由于设置了BF分荷板，挡土墙在B截面的弯矩值减少了γhb2/2，C截面的弯矩值减少了γbhtg(45º+Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45º+Ф/2))，这些对于钢筋混凝土挡土墙的截面设计、配筋是非常有力的 ，在同样的安全系数下，可降低工程造价。

　　< >基本尺寸的确定b

　　h

　　Kq

　　Kq设

　　(Kq设- Kq)/ Kq

　　Kh

　　Kh设

　　(Kh设- Kh)/ Kh

　　Mc

　　Mc设

　　(Mc设- Mc)/ Mc

　　0.5

　　1.0

　　1.74

　　1.98

　　13%

　　2.08

　　2.21

　　6%

　　110.64

　　94.01

　　-15%

　　1.5

　　1.74

　　2.06

　　18%

　　2.08

　　2.28

　　10%

　　110.64

　　88.83

　　-20%

　　2.0

　　1.74

　　2.12

　　21%

　　2.08

　　2.36

　　13%

　　110.64

　　85.74

　　-23%

　　2.5

　　1.74

　　2.13

　　22%

　　2.08

　　2.44

　　17%

　　110.64

　　84.75

　　-23%

　　3.0

　　1.74

　　2.11

　　21%

　　2.08

　　2.52

　　21%

　　110.64

　　85.84

　　-22%

　　1.0

　　1.0

　　1.74

　　2.20

　　26%

　　2.08

　　2.36

　　14%

　　110.64

　　81.76

　　-26%

　　1.5

　　1.74

　　2.37

　　36%

　　2.08

　　2.53

　　22%

　　110.64

　　73.60

　　-33%

　　2.0

　　1.74

　　2.46

　　41%

　　2.08

　　2.72

　　31%

　　110.64

　　69.62

　　-37%

　　2.5

　　1.74

　　2.45

　　41%

　　2.08

　　2.95

　　42%

　　110.64

　　69.82

　　-37%

　　3.0

　　1.74

　　2.35

　　35%

　　2.08

　　3.21

　　55%

　　110.64

　　74.21

　　-33%

　　1.5

　　1.0

　　1.74

　　2.37

　　36%

　　2.08

　　2.54

　　22%

　　110.64

　　73.90

　　-33%

　　1.5

　　1.74

　　2.59

　　48%

　　2.08

　　2.84

　　37%

　　110.64

　　64.94

　　-41%

　　2.0

　　1.74

　　2.66

　　53%

　　2.08

　　3.22

　　55%

　　110.64

　　62.26

　　-44%

　　2.5

　　1.74

　　2.57

　　47%

　　2.08

　　3.72

　　79%

　　110.64

　　65.86

　　-40%

　　3.0

　　1.74

　　2.33

　　34%

　　2.08

　　4.40

　　112%

　　110.64

　　65.73

　　-32%

　　2

　　1.0

　　1.74

　　2.47

　　42%

　　2.08

　　2.74

　　32%

　　110.64

　　70.43

　　-36%

　　1.5

　　1.74

　　2.66

　　53%

　　2.08

　　3.23

　　55%

　　110.64

　　62.87

　　-43%

　　2.0

　　1.74

　　2.64

　　51%

　　2.08

　　3.93

　　89%

　　110.64

　　63.68

　　-42%

　　2.5

　　1.74

　　2.41

　　38%

　　2.08

　　5.03

　　142%

　　110.64

　　72.86

　　-34%

　　3.0

　　1.74

　　2.07

　　19%

　　2.08

　　6.97

　　236%

　　110.64

　　90.41

　　-18%

　　2.5

　　1.0

　　1.74

　　2.47

　　41%

　　2.08

　　2.97

　　43%

　　110.64

　　71.34

　　-36%

　　1.5

　　1.74

　　2.57

　　47%

　　2.08

　　3.74

　　80%

　　110.64

　　67.38

　　-39%

　　2.0

　　1.74

　　2.41

　　38%

　　2.08

　　5.04

　　143%

　　110.64

　　73.88

　　-33%

　　2.5

　　1.74

　　2.08

　　19%

　　2.08

　　7.74

　　272%

　　110.64

　　90.83

　　-18%

　　3.0

　　1.74

　　1.70

　　-2%

　　2.08

　　16.66

　　702%

　　110.64

　　118.25

　　7%

　　从结构要求考虑， R=0.6，则b应不大于0.6，但从附表看，当b=0.5时分荷板分荷效果不够理想。综合考虑并结合现场实际，决定采用b=1.5、h=2.0，但对底板和基面作如下处理。除在基岩面开成宽R0+R=1.2m、深d=0.5m的深槽外，沿墙体走向，在基槽内钻孔、下膨胀螺栓，并把纵向受力筋与膨胀螺栓焊牢，对基槽浇筑一期混凝土，则墙趾和墙踵与地面齐平，确保浇筑后的钢筋混凝土墙与基岩结合牢固。

　　两种结构方案计算结果，采用无分荷板式挡土墙，需投资65.8万元，采用有分荷板式挡土墙，只需39.5万元。最后，采用有分荷板式挡土墙对柴河水库大坝左侧山体进行处理，实际施工中由于钢筋、水泥涨价，决算造价45.85万元。如果两者同时按材料补差重新计算，采用设计的有分荷板结构，降低工程造价38.55%。

　　5 运行情况

　　柴河水库大坝左侧山体经2007年采用墙后填土植生挡土墙处理，现已运行近3年，整个结构运行非常好，没有任何变形、裂缝，墙后填土除在第一年汛后不同程度正常下沉外，栽植的树木、花草长势良好，很好地改善了库区环境。2009～2010年冬春季节，柴河流域遭遇近40年来最恶劣的低温、多雨雪、反复冻融破坏的天气，很多露天混凝土面、楼房防水等工程遭受了严重的破坏，但柴河水库大坝左侧墙后填土植生挡土墙工程没有任何损坏。

　　6 结论

　　墙后填土植生挡土墙利用力学原理，优化挡土墙结构，构造简单、施工方便、造价低廉，充分利用植物修复和生态护岸、护坡技术，达到对环境的改善，特别适用于以高墙后填土、栽植树木，利用工程措施和植物措施，改善环境为目的的水利、民建工程。为挡土墙结构向景观化、生态化发展提供了新的途径，有推广价值。

　　参考文献：

　　① 俞德法.工程地质与土力学基础.高等学校教材，中国水利水电出版社1999年：160-168.

　　② 郭军辉等.自嵌式植生挡土墙在水环境中的应用.水利水电技术，2008，39(9)：1-3.

　　③ 王锭一.自嵌式挡土墙的应用与研究.福建建设科技，2007，(3)：5-7.