CN114892710A - 一种树承式挡土墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树承式挡土墙及其施工方法，挡土墙包括木桩、种植在相邻木桩之间的树木、放置于木桩与树木后的预制混凝土板和由底座和生态砌块组成的生态护坡；施工时，先将预制的混凝土板放置于被挡土体前，然后打入木桩，将混凝土板初步固定，之后在相邻两根木桩之间栽种树木，形成树桩；最后在混凝土板上部的土坡上挖坑，埋入底座，将底座上除了连接槽的部分以外多余的空隙用土回填并夯实；在底座上拼装层生态砌块，在每层生态砌块后填土或者碎石至相应层标高；最后在生态砌块顶部的种植槽内种植，完成施工。本发明充分利用了木桩和树桩各自的优势，利用绿色环保的手段实现了长久稳定的边坡挡土支护，弥补了传统挡土墙的不足。

Description

一种树承式挡土墙及其施工方法

技术领域

本发明属于边坡防护技术领域，涉及一种生态挡土墙，尤其涉及一种树承式挡土墙及其施工方法。

背景技术

挡土墙是一种挡土建筑物，其应用十分广泛，常被用在公路、铁路、河堤、易滑坡的山脚等地方。挡土墙的作用原理在于在公路基础、土质边坡、河水两岸等侧面修建墙体以阻挡土体滑坡防止地质灾害的发生。随着交通建设迅速发展，大量高速铁路建成通车，修建高速铁路的过程中避免不了进行切方填方，此时大量的边坡工程问题就随之涌现出来，挡土墙作为使用最广泛的挡土支护结构起着至关重要的作用。

现存挡土墙种类已经十分丰富，如重力式挡土墙、衡重式挡土墙、锚杆式挡土墙、加筋土挡土墙、板桩式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板挡土墙、桩承扶壁式挡土墙等。这些种类的挡土墙虽然在工程建设中给我们提供了更多选择，但是也有很多不足之处：(1)常见的重力式挡土墙应用范围有限，如在软弱地基上修建会造成承载力不足，且耗费材料较多，不利于节能环保，浪费人力物力。(2)现有的挡土墙多数体积和重量很大，工程量很大且是一次性使用结构，影响地下水流向，对自然环境造成很大危害。(3)极易被雨水侵蚀，有时还会因为位移变形而造成脱落破坏甚至垮塌，有很大安全隐患，且在造成破坏时不能及时控制修复困难造价昂贵。因此提出一种绿色环保、施工简便、维护成本低的树承式挡土墙是很有必要的。

现有技术中木桩价格低廉，施工容易，并且绿色环保，但是木桩时间长了会腐烂，因此不能正式用于边坡挡土支护，特别是对于危险边坡以及较大坡度，常用于临时措施进行挡土；对于树来说，种植初期几乎没有挡土承力能力，并且一致性还不好；但是随着树木生长，树木能够形成树桩，具有强大的挡土能力，并且绿色环保，但是现有技术中还没有树桩的案例存在。如果能够将木桩和树桩的优势结合在一起，将极大改善护坡的挡土支护技术，但是现有技术中还没有相关技术存在。

发明内容

为了解决背景技术中存在的挡土墙耗费材料、工程量大、破坏自然环境、造成破坏时不能及时控制且修复费用昂贵等问题，本发明提供了一种树承式挡土墙，节能环保，美化环境，弥补了传统挡土墙的不足。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种树承式挡土墙，其特征在于：包括

挡土承力板，垂直设置于被挡土体前底部，用于承载整个被挡土体底部的滑坡力；

木桩，间隔打入在挡土承力板外侧的土体内，用于对挡土承力板进行一级挡土支撑；

树桩，种植于挡土承力板外侧的相邻两个木桩之间，用于对挡土承力板进行二级挡土支撑；

生态护坡，设置于挡土承力板上被挡土体的斜坡上，用于种植植物进行生态护坡。

作为优选，所述生态护坡包括底座和生态砌块，所述底座埋设于挡土承力板内侧额被挡土体内，所述生态砌块依次梯度内缩砌于底座上，形成生态护坡；每个生态砌块顶部从外至内依次设有种植槽和连接槽，每个生态砌块底部设有连接凸起，相邻的生态砌块之间通过连接槽和连接凸起的嵌合相连；所述底座顶部设有与相邻生态砌块底部连接凸起嵌合的连接槽。

由于木桩一致性和稳定性好，但是时间长了后会腐烂失效，所以本发明以木桩作为护坡的初期支撑，提供稳定的护坡，由于树桩初期无法形成有效支撑，并且稳定性不够好，但是随着生长进行，稳定性快速提升，提供支撑力迅速增大，并且还不会腐烂，使用长期支撑；因此本发明以树桩作为长期支撑，两者相结合使用，达到长期稳定护坡的目的。

作为优选，所述连接槽为设于生态砌块或底座顶部的若干等间距条形槽，所述条形槽的截面内大外小；所述连接凸起为设于生态砌块底部的若干等间距的条形凸起，条形凸起的间距及截面形状均与条形槽匹配，通过选择不同数量的条形凸起和其底部的条形槽嵌合调整生活护坡的坡度。

作为优选，所述条形槽和条形凸起的截面均为梯形截面。

作为优选，本发明所采用的底座为预制长方体混凝土底座，底座埋入土中一定深度以提高承载力，所述底座上部有5个条形槽形成的连接槽供连接生态砌块。

作为优选，本发明所采用的生态砌块为预制混凝土砌块，包括设置于顶部的种植槽、连接槽和设置于底部的连接凸起；连接槽由5个等距排列的条形槽组成，连接凸起由5个等距排列的条形凸起组成。所述生态砌块种植槽外侧壁上各留有一道排水缝，种植槽内水位达到一定高度后就会排出，避免淹死槽中植物，中端连接凸起上方及后端连接槽下方的部位制作成空心以节约材料。

作为优选，本发明所采用的连接槽和连接凸起上部为矩形下部为梯形，所述连接槽的尺寸应稍大于连接凸起的尺寸，避免出现误差，造成连接凸起插不进连接槽的情况。

所述底座高度不小于两部宽度。

底座和生态砌块的横向宽度根据两木桩之间的间距来确定，等于两个木桩之间距离。

作为优选，所述种植槽两侧的生态砌块上设有排水缝。

作为优选，所述木桩直径为18cm～26cm，长度为4m～10m。所述木桩运输方便、造价低廉、施工简单。

作为优选，所述挡土承力板为预制混凝土板，所述预制混凝土板外侧设有若干与木桩及树桩配合的竖直凹槽，具体为可以容纳木桩的半圆形凹槽，凹槽的直径根据木桩的直径确定并且比木桩的直径稍大，两凹槽之间的中心距与两木桩之间的中心距相同，在板身预留有凹槽的薄弱部位应该按照一定配筋率配置钢筋，以保证自身受到荷载不至于发生脆性破坏同时还能够提供一定的承载力并作为传力构件。

作为优选，所述预制混凝土板的厚度为120mm～180mm；竖直凹槽处的预制混凝土板内配置有用于增加强度的钢筋。

一种上述的树承式挡土墙的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将挡土承力板放置于被挡土体前，挡土承力板与地面保持垂直并紧贴被挡土体，将木桩按照设计深度沿着挡土承力板外侧面打入土体内，并按照设计间距布置；

S2：在挡土承力板外侧的相邻两个木桩之间挖一个供栽种树木的坑，并将树木栽种在坑内，两棵相邻的树的中心距应与两相邻木桩的中心距保持一致，栽种完毕后将土回填，为防止树木倾倒可以在树身一定高度用钢管或粗木棍绑扎并支撑在地面上；

S3：在挡土承力板上部的土坡上对应于两个木桩之间空隙的位置，开挖一个与底座尺寸匹配的坑，将预制好的底座放入坑内，并且底座应与预制混凝土板接触，将多余的空隙用土回填并夯实，并使得底座顶部的连接槽部分露出在土体外；

S4：在底座上拼装第一层生态砌块，将生态砌块底部的连接凸起插入底座上的连接槽内使生态砌块与连接槽结合在一起，待第一层每个生态砌块和底座拼装完毕后，在其后进行填土或填碎石至生态砌块顶高程并夯实整平墙背填土；

S5：按层依次将生态砌块拼装在一起，形成生态护坡；每铺一层生态砌块就在其后进行填土或填碎石至砌块顶高程，重复上述操作直至拼装至生态护坡设计高度为止；

S6：生态砌块拼装完毕后，在种植槽内填土，并种植植物，完成树承式挡土墙的施工。

作为优选，本发明采用的树木需具备适应性强、生长快、根系发达、分布范围广、树干长且直分枝少且与木桩直径相当等特点吗，比如红杉、松树等。

与现有技术相比,本发明的有益效果：

1、由木桩代替挡土墙承担土压力，在木桩两侧种上和木桩粗细相当的树木，待木桩腐朽后失去承载能力，木桩两侧的树木已经根深蒂固承载能力远大于木桩，则由所种树木代替木桩承担土压力，充分利用木桩和树桩两者各自最大优势，达到对护坡长久稳定挡土作用。不用修建传统的挡土墙，减少工期，节约资源；

2、生态砌块构造简单造型统一，对地基要求不高，且可以改变生态砌块连接凸起插进连接槽的个数来改变墙身坡度；

3、生态砌块之间可以通过连接凸起和连接槽进行连接，且只能从连接槽的侧面插入或拔出不能从连接槽正上方直接插入或拔出，防止发生生态砌块拼装不牢固发生倾覆并脱落的情况，提高了墙体的整体性；

4、生态砌块上面预留的种植槽可种植草类植物进行绿化，绿化层分为下方填土和上方植物，种植槽侧壁预留有排水缝，避免积水过多造成种植槽内植物死亡；

5、这种新型挡土墙构造简单，能够有效提高施工效率，有着较好的生态效益和经济效益。

附图说明

附图说明为本发明提供进一步解释，便于理解，在附图中：

图1是本发明所提供的树承式挡土墙的结构示意图；

图2是本发明所提供的树承式挡土墙中的预制混凝土板俯视图；

图3是本发明所提供的树承式挡土墙中的生态砌块俯视图；

图4是本发明所提供的树承式挡土墙中的生态砌块侧视图；

图5是本发明所提供的树承式挡土墙中的底座侧视图；

图6是本发明所提供的树承式挡土墙中的生态砌块互相拼装并与底座连接的结构图；

图7是本发明所提供的树承式挡土墙的剖面图。

其中：1-木桩；2-树桩；3-底座，31-连接槽，32-底座本体；4-生态砌块；5-草类植物；6-填土；7-预制混凝土板；11-半圆形凹槽，41-排水缝；42-种植槽；43-连接槽；44-连接凸起。

具体实施方式

下面通过附图对本技术方案进行详细描述。

如图1至图5，本发明提供了一种树承式挡土墙，包括

挡土承力板，垂直设置于被挡土体前底部，用于承载整个被挡土体底部的滑坡力，本实施例中，所述挡土承力板为预制混凝土板7；

木桩1，间隔打入在挡土承力板外侧的土体内，用于对挡土承力板进行一级挡土支撑；

树桩2，种植于挡土承力板外侧的相邻两个木桩1之间，用于对挡土承力板进行二级挡土支撑；

生态护坡，设置于挡土承力板上被挡土体的斜坡上，用于种植植物进行生态护坡。

所述生态护坡包括底座和生态砌块4，所述底座埋设于挡土承力板内侧额被挡土体内，所述生态砌块4依次梯度内缩砌于底座上，形成生态护坡；每个生态砌块4顶部从外至内依次设有种植槽42和连接槽43，每个生态砌块4底部设有连接凸起44，相邻的生态砌块4之间通过连接槽43和连接凸起44的嵌合相连；所述底座顶部设有与相邻生态砌块4底部连接凸起44嵌合的连接槽43。

参见图1，将预制混凝土板7放置于被挡土体前与地面保持垂直并紧贴被挡土体，将木桩1按照设计深度沿着预制混凝土板7上预留的半圆形凹槽8打入土体内，并按照合理间距设置用于承受土压力，抵抗土体下滑，作为主要的受力构件。树木种植在相邻木桩1之间并与木桩1保持在一条水平线上；为更好的抵抗土地下滑树木应紧挨预制混凝土板7，当然也可以有点间隙，随着树木生长个，该间隙逐渐缩小，最终抵靠接触，形成长期稳定的树桩2。在挡土承力板上部的土坡上设置由底座和生态砌块4坡组成的生态护坡；底座和生态砌块4均为预制混凝土砌块，长度按照两个木桩1之间的间距确定。生态砌块4由下向上互相咬合，最下层的生态砌块4与底座连接，底座放置在挡土墙上部土坡坡脚土体内一定深度。草类植物5种植于生态砌块4前端的种植槽42内，填土6设置于生态砌块4后侧。

参见图2和图3，生态砌块4顶部外侧设有种植槽42，种植槽42两端的生态砌块4侧部设有用于排水的排水缝44，防止种植槽42内积水；内侧设有由5个等距排列条形槽组成的连接槽43，底部设有由5个等距排列条形凸起组成的连接凸起44，相邻生态砌块4的条形槽和条形凸起能相互咬合；砌装时，将上部的生态砌块4的条形凸起从下部已经固定好的生态砌块4的条形槽对准并从侧面推入即可，如果条形槽和条形凸起间隙较大，还可以加入灰浆。生态砌块4之间通过连接凸起44与连接槽43互相咬合连接；由下而上拼装在一起，直至拼装到设计高度为止；坡度可以通过调节连接凸起44插入连接槽43的个数来控制，如果想要坡度缓一些，则需要将连接槽43的前面一个或两个空出来而只将连接凸起44插入后面的几个连接槽43，但是为了保证砌块之间紧密连接，至少要有两个到三个连接凸起44插入连接槽43内。

参见图4，底座3包括下部埋入土体的底座本体32和设于底座本体32顶部的连接槽31，底座3下部埋入土体内，只将上部带有连接槽31部分露出在土体外面即可，拼装上部砌块时先将底座3埋入土体内，然后将底座3上部第一个生态砌块4的连接凸起44插入底座3上的连接槽31内，再将上部砌块依次连接。

参见图5和图6，预制混凝土板7放置于被挡土体前紧贴被挡土体并与地面保持垂直，木桩1沿着预制混凝土板7上预留的半圆形凹槽8打入土体内，底座3埋入挡土墙上部坡脚土体内，生态砌块4互相拼装至设计高度并与底座3连接，每拼装一层生态砌块4应在其后进行填土6至砌块顶部高程，并人工夯实整平填土6，直至砌块拼装至设计高度。

本发明提供一种树承式挡土墙的设计方法，其设计方法过程如下：

S1：运用静力平衡法确定木桩1打入土体内的深度：计算桩底墙后土压力及墙前土压力并进叠加，求出第一个土压力为零的点d，该点距离桩身打入土体的顶面距离为u，计算d点以上主动土压力合力以及到d点的距离，记该距离为y，根据∑H＝0,∑M＝0的条件整理出关于d点以下桩长t₀的方程，然后求解。为了安全起见，实际桩的入土深度可取：t＝u+1.2t₀。

S2：计算木桩1受到的主动被动土压力合力并求出其作用点：记木桩1露出土体外的部分受到的主动土压力为E_a1嵌固在土体内部部分的木桩1受到的主动土压力为E_a2受到的被动土压力为E_P；并分别求出其作用点与桩身与土体交界面处的距离为x、y、z。然后对桩进行抗倾覆稳定性验算：要保证木桩1在土压力作用下不发生绕木桩1与土体交界面处的倾覆，必须要求抗倾覆安全系数K_t(木桩1与土体交界面处抗倾覆力矩与倾覆力矩之比)大于等于1.6，即：

式中：E_a1--上部木桩1受到的主动土压力合力(kN/m)；

E_a2--嵌固在土体内部那部分木桩1受到的主动土压力合力(kN/m)；

x--主动土压力合力E_a1作用点距离木桩1与土体交界面处距离(m)；

y--主动土压力合力E_a2作用点距离木桩1与土体交界面处距离(m)；

z--被动土压力合力E_P作用点距离木桩1与土体交界面处的距离(m)。

S3：确定木桩1间距：根据S2中求出的E_a2和E_p以及公式：M_Ea1+M_Ea2-M_Ep＝0可以求出单桩能承受的最大土压力E_a1max。再根据以下公式确定桩间距：

整理得：

式中：n--木桩1根数；

s--两根木桩1之间的间距；

L--挡土墙设计长度；

E_a总--挡土墙后总的土压力；

E_a1max--单桩在不发生倾覆情况下能承受的最大土压力。

S4：选择一种树木种植于挡土墙前并于木桩1保持在同一水平线上，两棵树之间的中心距应与木桩1之间的中心距保持一致。且该树木需具备适应性强、生长快、根系发达、分布范围广且与木桩1直径相当等特点。在种植前需要对该树进行加载测试，所加荷载应大于或等于木桩1所承受的水平荷载。加载测试采用的方法为：将木桩1打在已经种植1年以上的树后面，两者之间的间距刚好可以放进一个螺杆位于初始位置的千斤顶，且千斤顶放置高度应与E_a1作用点至木桩1与土体交界面处距离相等，木桩1打入深度和步骤一计算深度保持一致，目的是保证两地木桩1嵌固在土体内的部分尽可能受力情况相差不大，准备工作完成后开始压千斤顶，观察树木和木桩1哪一个先出现倾覆，若木桩1先出现倾覆则表明该树木的抗倾覆能力大于木桩1的抗倾覆能力即该树木承载能力大于木桩1的承载能力，此时可以将此树木种植于桩后用于在木桩1腐朽后取代木桩1，若树木先出现倾覆，则表明不能使用该树木。

S5：根据步骤二确定的桩间距设计生态砌块4的尺寸，然后进行预制。根据挡土墙的设计长度和高度预制混凝土板7。

本发明好还提供一种树承式生态挡土墙的施工方法，具体步骤为：

S1：将预制的混凝土板放置于被挡土体前，混凝土板应与地面保持垂直并紧贴被挡土体，将木桩1按照设计深度沿着预制混凝土板7上预留的半圆形凹槽8打入土体内，并按照设计间距布置。

S2：在相邻两根木桩1之间挖一个可供栽种树木的坑，并将树木栽种在坑内，两棵相邻的树的中心距应与两相邻木桩1的中心距保持一致，栽种完毕后将土回填，为防止树木倾倒可以在树身一定高度用钢管或粗木棍绑扎并支撑在地面上。

S3：在混凝土板上部的土坡上对应于两个木桩1之间空隙的位置，开挖一个与底座3尺寸匹配的坑，将预制好的底座3放入坑内，并且底座3应与预制混凝土板7接触，然后将底座3上部带有连接槽31的那部分露出在土体外，并将多余的空隙用土回填并夯实。

S4：在底座3上拼装第一层生态砌块4，将生态砌块4的连接凸起44插入底座3上的连接槽31内使生态砌块4与连接槽31结合在一起，待每个底座3和生态砌块4拼装完毕后，在其后进行填土6或填碎石至砌块顶高程并夯实整平墙背填土6。

S5：按层依次将生态砌块4拼装在一起，若需要调整坡度只需要控制条形凸起插入条形槽内的个数即可，每铺一层生态砌块4就在其后进行填土6或填碎石至砌块顶高程，重复上述操作直至拼装至挡土墙上部土坡设计高度为止。

S6：生态砌块4拼装完毕后，在生态砌块4的种植槽42内填土6，并进行种植美化，可以铺草皮或者撒入植物种子。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种树承式挡土墙，其特征在于：包括

挡土承力板，垂直设置于被挡土体前底部，用于承载整个被挡土体底部的滑坡力；

木桩，间隔打入在挡土承力板外侧的土体内，用于对挡土承力板进行一级挡土支撑；

树桩，种植于挡土承力板外侧的相邻两个木桩之间，用于对挡土承力板进行二级挡土支撑；

生态护坡，设置于挡土承力板上被挡土体的斜坡上，用于种植植物进行生态护坡。

2.根据权利要求1所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述生态护坡包括底座和生态砌块，所述底座埋设于挡土承力板内侧额被挡土体内，所述生态砌块依次梯度内缩砌于底座上，形成生态护坡；每个生态砌块顶部从外至内依次设有种植槽和连接槽，每个生态砌块底部设有连接凸起，相邻的生态砌块之间通过连接槽和连接凸起的嵌合相连；所述底座顶部设有与相邻生态砌块底部连接凸起嵌合的连接槽。

3.根据权利要求1所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述连接槽为设于生态砌块或底座顶部的若干等间距条形槽，所述条形槽的截面内大外小；所述连接凸起为设于生态砌块底部的若干等间距的条形凸起，条形凸起的间距及截面形状均与条形槽匹配，通过选择不同数量的条形凸起和其底部的条形槽嵌合调整生活护坡的坡度。

4.根据权利要求3所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述条形槽和条形凸起的截面均为梯形截面。

5.根据权利要求3所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述底座高度不小于两部宽度。

6.根据权利要求3所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述种植槽两侧的生态砌块上设有排水缝。

7.根据权利要求1所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述木桩直径为18cm～26cm，长度为4m～10m。

8.根据权利要求1所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述挡土承力板为预制混凝土板，所述预制混凝土板外侧设有若干与木桩及树桩配合的竖直凹槽。

9.根据权利要求8所述的树承式挡土墙，其特征在于：所述预制混凝土板的厚度为120mm～180mm；竖直凹槽处的预制混凝土板内配置有用于增加强度的钢筋。

10.一种权利要求2-9任意一项所述的树承式挡土墙的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将挡土承力板放置于被挡土体前，挡土承力板与地面保持垂直并紧贴被挡土体，将木桩按照设计深度沿着挡土承力板外侧面打入土体内，并按照设计间距布置；

S2：在挡土承力板外侧的相邻两个木桩之间挖一个供栽种树木的坑，并将树木栽种在坑内，两棵相邻的树的中心距应与两相邻木桩的中心距保持一致，栽种完毕后将土回填，为防止树木倾倒可以在树身一定高度用钢管或粗木棍绑扎并支撑在地面上；

S3：在挡土承力板上部的土坡上对应于两个木桩之间空隙的位置，开挖一个与底座尺寸匹配的坑，将预制好的底座放入坑内，并且底座应与预制混凝土板接触，将多余的空隙用土回填并夯实，并使得底座顶部的连接槽部分露出在土体外；

S4：在底座上拼装第一层生态砌块，将生态砌块底部的连接凸起插入底座上的连接槽内使生态砌块与连接槽结合在一起，待第一层每个生态砌块和底座拼装完毕后，在其后进行填土或填碎石至生态砌块顶高程并夯实整平墙背填土；

S5：按层依次将生态砌块拼装在一起，形成生态护坡；每铺一层生态砌块就在其后进行填土或填碎石至砌块顶高程，重复上述操作直至拼装至生态护坡设计高度为止；

S6：生态砌块拼装完毕后，在种植槽内填土，并种植植物，完成树承式挡土墙的施工。

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