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