CN115492160A - 半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构及其施工方法。所述挡墙结构包括柔性墙面、柔性基础、复合加筋系统、墙体填料和柔性排水结构。柔性墙面包括泡沫轻质土、次加筋土工格栅组成，柔性基础包括主加筋土工格栅、基础回填料组成，复合加筋系统包括间隔布置主加筋土工格栅、次加筋土工格栅，墙体填料由土夹石混合料组成，分层压实并按间距铺设柔性排水结构。本发明中加筋土挡墙采用全柔性结构，采用主、次加筋土工格栅间隔布置，挡墙抗变形与抗震能力强；通过稳定性计算确定主加筋土工格栅的长度，设置次加筋土工格栅，并通过鼓胀破坏受力计算确定次加筋土工格栅的长度，解决了挡墙鼓胀破坏、填料碾压不密实问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程专业边坡支护技术领域，涉及一种新型的柔性复合挡墙结构，适用于半挖半填地区建筑、道路边坡的支护。
背景技术
加筋土挡墙是指设有墙面，墙面坡比较陡，在墙内填料中设置加筋材料等组成的挡土结构。加筋土挡墙广泛应用于建筑、道路边坡支护。我国是一个多山、多丘陵的国家，大量的挖山填洼、人工造地，场地地形复杂，场地填挖交错，出现了大量半挖半填场地，亟需解决这类场地的边坡支挡问题。
目前加筋土挡墙墙面的常用形式有钢筋混凝土面板、预制混凝土面板、挂钢筋网喷砼式墙面、土工袋坡面；加筋土挡墙筋材多采用抗拉强度高、延伸率小、耐腐蚀和韧性好的土工格栅，通常采用一种类型的土工格栅；加筋土挡墙基础多采用钢筋混凝土或者素混凝土刚性基础。现有的加筋土挡墙存在坡体沉降变形大，挡墙底刚性基础易产生破坏，挡墙易产生鼓胀变形或者开裂问题；另一方面，挡墙填料碾压时紧临坡面处因施工机械无法靠近，导致紧临坡面处无法做到完全碾压密实，导致坡面附近土体极易产生变形和破坏。
因此为了防止加筋土挡墙发生变形破坏或开裂，本发明提供了一种新的全柔性复合加筋土挡墙结构。
发明内容
为了防止加筋土挡墙发生变形破坏或开裂，本发明提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构及其施工方法，该挡墙结构摈弃传统的刚性基础，采用柔性基础，挡墙抗变形能力强，能适应不良地基引起的变形，通过设置主、次加筋土工格栅可以保证挡墙的稳定性，并能避免挡墙鼓胀破坏。
为了达到上述技术目的，本发明提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，包括在原边坡面挖设而成的台阶面以及在台阶面回填墙体填料形成的挡墙回填层，所述挡墙结构还包括柔性基础、种植土层、复合加筋系统、柔性墙面和柔性排水结构，所述柔性基础由土工格栅层和填料层组成，所述种植土层铺设在挡墙回填层顶面，所述柔性墙面是在挡墙回填层及种植土层组成的坡面喷射泡沫轻质土形成的厚度80～120mm面层；所述复合加筋系统包括铺设在柔性墙面内土工格栅防护面层，以及间隔布设在挡墙回填层内的多层主加筋土工格栅和次加筋土工格栅，所述主加筋土工格栅从柔性墙面水平延伸至台阶面，每层次加筋土工格栅与土工格栅防护面层固定连接，并从柔性墙面水平延伸至挡墙回填层内，且次加筋土工格栅的水平延伸长度大于挡墙鼓胀破坏范围的水平长度；所述柔性排水结构铺设在挡墙回填层内，其出水端口伸出柔性墙面。
本发明进一步的技术方案：所述柔性排水结构包括隔水土工布底层、由透水隔板在隔水土工底层上形成的多个排水腔、置于每个排水腔内的排水花管和透水顶板，所述隔水土工布底层的边缘向上弯折，并与透水顶板的边缘重叠连接组成的环绕在多个排水腔外部的外包裹层，并在每个透水隔板与外包裹层之间填充有反滤沙砾层；所述排水花管水平布设在隔水土工底层上，其端部伸出隔水土工底层，且每根排水花管的出水端口伸出柔性墙面至少15cm。
本发明进一步的技术方案：所述挡墙回填层采用土夹石混合料分层压实回填，单层厚度为0.2～0.3m，压实度不低于0.93；所述柔性基础的填料层采用土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94。
本发明进一步的技术方案：所述柔性基础的厚度1～1.5m，基础宽度2.0～4.0m，基础内铺设至少两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.4～0.6m，且柔性基础内加筋土工格栅与主加筋土工格栅的型号相同。
本发明进一步的技术方案：所述主加筋土工格栅和次加筋土工格栅采用同样型号的土工格栅或者不同型号的土工格栅，且等距间隔布设，相邻两层主加筋土工格栅竖向间距为0.4～0.6m，相邻两层次加筋土工格栅的竖向间距为0.4～0.6m；所述土工格栅防护面层采用与次加筋土工格栅型号相同的土工格栅，且两者通过高强度的尼龙绳捆扎连接。
本发明进一步的技术方案：所述透水顶板和透水隔板均采用由聚乙烯粗丝缠绕形成的透水板制成，并在透水板外包裹有透水布；所述隔水土工布底层与透水顶板的边缘通过第一高强尼龙绳连接，所述透水隔板为弧形板，其两端通过第二高强尼龙绳固定在隔水土工布底层上形成一个弧形的排水腔，所述排水花管置于排水腔内，其伸出隔水土工布底层部分为实管，在排水花管开设有透水孔的部分外部包裹有透水土工布；所述柔性排水结构铺设在挡墙回填层后，其实管部分穿过柔性墙面并伸出坡面。
为了达到上述技术目的，本发明还提供了一种上述半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构的施工方法，其特征在于具体施工步骤如下：
步骤一：计算确定每层主加筋土工格栅和每层次加筋土工格栅的长度；主加筋土工格栅长度计算根据每层筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡计算得到；次加筋土工格栅的长度通过挡墙鼓胀变形破坏受力计算确定，分层计算鼓胀变化破坏受力情况，确定每层次加筋土工格栅的长度；
步骤二：施工前准备：场地平整、定位测量放线，准备好施工材料和施工设备；
步骤三：按照步骤一中计算的主加筋土工格栅长度将现在坡体开挖成台阶状，确保每层主加筋土工格栅埋入填土层的一端与对应的台阶面接触，每层台阶的高度为0.8～1.2m；
步骤四：开挖柔性基础：柔性基础埋深1～1.5m，基础宽度2.0～4.0m，基础内铺设至少两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.4～0.6m；基础处回填土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94；
步骤五：铺设主加筋土工格栅层：在柔性基础施工完毕后，按照设计要求铺设主加筋土工格栅，主加筋土工格栅的端部紧贴对应的台阶面，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤六：铺设次加筋土工格栅层：按照步骤(1)中计算的次加筋土工格栅长度铺设次加筋土工格栅，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤七：重复步骤五和步骤六，并在回填土层达到3～5m时，铺设柔性排水结构，柔性排水结构的出水端口外露坡面至少23cm；
步骤八：重复步骤七，依次完所有的主加筋土工格栅、次加筋土工格栅和柔性排水结构的铺设，并在坡顶回填0.8～1.2m厚种植土；
步骤九：在坡面满铺一层土工格栅防护面层，坡面土工格栅与回填坡体内次加筋土工格栅型号相同，并采用高强度尼龙绳绑扎牢固，最后在坡面再喷射80～100mm厚泡沫轻质土护面。
本发明进一步的技术方案：所述步骤一中次加筋土工格栅的长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm：
其中：hi—第m层次加筋土工格栅到坡脚的垂直距离(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)分层计算破裂面范围内墙体的重量：
Gm＝rSmhmB
其中：m—第m层次加筋土工格栅；
Sm—第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离(m)；
hm—次加筋土工格栅的竖向间距；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—加筋土挡墙的长度(m)，计算取单元长度1m；
Gm—第m层破裂面范围内墙体的重量(kN)；
(3)分层计算加筋土挡墙鼓胀破坏力：
Fm＝Gmf
其中：Fm—第m层加筋土挡墙鼓胀破坏力(kN)；
f—墙体填料与次加筋土工格栅的摩擦系数，由试验得出，可按
取值；
(4)分层计算次加筋土工格栅的锚固长度：
其中：lm—第m层次加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
T—次加筋土工格栅设计抗拔力(kN/m)；
B2—次加筋土工格栅的铺设宽度，水平面满堂铺设，计算时B2＝1m；
(5)通过步骤(1)中计算的第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm和步骤(4)计算第m层次加筋土工格栅的锚固长度lm计算出第m层次加筋土工格栅的总长度L2：
L2＝Sm+lm。
本发明进一步的技术方案：所述步骤一中主加筋土工格栅长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第i层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si：
其中：Hi—第i层主加筋土工格栅距离坡脚的竖向高度(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)根据每层主加筋土工格栅筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡得到第i层主加筋土工格栅所受水平拉力Ti为：
其中：σvi—i层主加筋土工格栅所受土的垂直自重压力(kPa)
σvi＝r(H-Hi)；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
H—挡墙的总高(m)；
Hi—第i层处挡墙的高度(m)，从墙角处起算；
∑Δσvi—超载引起的垂直附加压力(kPa)；
Δσhi—水平附加荷载(kpa)；
svi—筋材垂直间距(m)；
Ar—筋材面积覆盖率，Ar＝1/Shi(m)，筋材满铺时取1；
Shi—筋材水平间距(m)，筋材满铺时取1；
Ki—土压力系数，取
Ti满足以下要求：Ta/Ti≥1；Ta—主筋的设计抗拉强度(kN)；
(3)分层计算主加筋土工格栅锚固段长度：
其中：Lei第i层主加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
f—墙体填料与主加筋土工格栅的摩擦系数；
Gi—i层主加筋土工格栅处墙体的自重(kPa)，Gi＝r×svi；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—筋材宽度满铺取1；
Fs—抗拔安全系数，不小于2.0；
(4)根据步骤(1)中计算的第i层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si和步骤(4)计算第i层主加筋土工格栅的锚固长度Lei计算出第i层主加筋土工格栅的总长度L1为：
L1＝Si+Lei。
本发明较优的技术方案：所述步骤(7)中的柔性排水结构采用加工成型的一体式排水结构直接铺设，其铺设方式包括满铺或者错层铺设，错层铺设时，相邻两层柔性排水结构边缘重叠，并覆盖整个挡墙结构的横截面。
本发明中的主加筋土工格栅和次加筋土工格栅均采用现有的土工格栅，可以采用同种型号或者不同型号的。
本发明的有益效果：
(1)本发明针对半挖半填地区加筋土挡墙结构进行改进，提出一种全柔性的加筋土挡墙结构，摈弃传统的刚性基础，采用柔性基础，包括主加筋土工格栅和墙体填料，基础回填填料采用土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94，压实度高于墙体回填压实度，既满足地基强度要求，又保证地基的防渗性；挡墙抗变形能力强，能适应不良地基引起的变形。
(2)本发明的加筋系统由主、次加筋土工格栅组成，主加筋土工格栅解决挡墙的稳定性问题，通过稳定性计算确定主加筋土工格栅的长度，次加筋土工格栅解决挡墙鼓胀破坏、填料碾压不密实问题，通过鼓胀破坏受力计算确定次加筋土工格栅的长度。
(3)本发明的挡墙结构抗地震能力强，优于刚性挡墙，挡墙支护效果显著，施工方法简捷、高效，大幅度节省工期与费用，性价比十分突出，工程化应用前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明中全柔性复合加筋土挡墙结构示意图；
图2是本发明中柔性排水结构的布设图；
图3是本发明中柔性排水结构的横向截面图；
图4是本发明中次加筋土工格栅长度计算示意图；
图5是本发明中主加筋土工格栅长度计算示意图。
图中：1—主加筋土工格栅，2—次加筋土工格栅，3—台阶面，4—柔性墙面，5—挡墙鼓胀破坏范围，6—种植土层，7—原边坡面，8—挡墙回填层，9—柔性基础，10—柔性排水结构，10-1—排水花管，10-2—透水土工布，10-3—透水顶板，10-4—隔水土工布底层，10-5—反滤砂砾层，10-6—第一高强尼龙绳，10-7—透水隔板，10-8—排水腔，10-9—第二高强尼龙绳，11—出水端口，12—土工格栅防护面层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图3均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，如图1和图2所示，包括沿着原边坡面7挖设而成的台阶面3以及在台阶面3回填墙体填料形成的挡墙回填层8，所述挡墙结构还包括柔性基础9、种植土层6、复合加筋系统、柔性墙面4和柔性排水结构10，所述柔性排水结构10铺设在挡墙回填层8内，其出水端口11伸出柔性墙面4至少15cm。所述挡墙回填层8采用土夹石混合料分层压实回填，单层厚度为0.2～0.3m，压实度不低于0.93；所述柔性基础9由土工格栅层和填料层组成，所述柔性基础9的厚度1～1.5m，基础宽度2.0～4.0m，基础内铺设至少两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.4～0.6m，且柔性基础9内加筋土工格栅与主加筋土工格栅1的型号相同；所述柔性基础9的填料层采用土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94。所述种植土层6铺设在挡墙回填层8顶面，种植土层6的厚度为1m左右；所述柔性墙面4是在挡墙回填层8及种植土层6组成的坡面喷射泡沫轻质土形成的厚度80～120mm面层。
实施例提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，如图1和图2所示，所述复合加筋系统包括铺设在柔性墙面4内土工格栅防护面层12，以及间隔布设在挡墙回填层8内的多层主加筋土工格栅1和次加筋土工格栅2，所述主加筋土工格栅1从柔性墙面4水平延伸至台阶面3，每层次加筋土工格栅2与土工格栅防护面层12固定连接，并从柔性墙面4水平延伸至挡墙回填层8内，且次加筋土工格栅2的水平延伸长度大于挡墙鼓胀破坏范围5的水平长度。所述主加筋土工格栅1和次加筋土工格栅2采用同样型号的土工格栅或者不同型号的土工格栅，且等距间隔布设，相邻两层主加筋土工格栅1竖向间距为0.4～0.6m，相邻两层次加筋土工格栅2的竖向间距为0.4～0.6m；所述土工格栅防护面层12采用与次加筋土工格栅2型号相同的土工格栅，且两者通过高强度的尼龙绳捆扎连接。主加筋土工格栅长度计算根据每层筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡计算得到；次加筋土工格栅的长度通过挡墙鼓胀变形破坏受力计算确定，分层计算鼓胀变化破坏受力情况，确定每层次加筋土工格栅的长度。
实施例提供了一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，如图3所示，所述柔性排水结构10包括隔水土工布底层10-4、由透水隔板10-7在隔水土工底层10-4上形成的多个排水腔10-8、置于每个排水腔10-8内的排水花管10-1和透水顶板10-3，所述隔水土工布底层10-4的边缘向上弯折，并与透水顶板10-3的边缘重叠连接组成的环绕在多个排水腔10-8外部的外包裹层，并在每个透水隔板10-7与外包裹层之间填充有反滤沙砾层10-5；所述排水花管10-1水平布设在隔水土工底层10-4上，其端部伸出隔水土工底层10-4至少15cm。所述透水顶板10-3和透水隔板10-7均采用由聚乙烯粗丝缠绕形成的透水板制成，并在透水板外包裹有透水布；透水顶板10-3和透水隔板10-7的材料可以直接采用塑料盲沟相同的材料，以热可塑性合成树脂为主要原料，经过改性，在热熔状态下通过喷咀挤压出细塑料丝条，再通过成型装置将挤出来的塑料丝在结点上溶解形成三维立体网状结构，可以做成平板状或弧形状。所述隔水土工布底层10-4与透水顶板10-3的边缘通过第一高强尼龙绳10-6连接，所述透水隔板10-7为弧形板，其两端通过第二高强尼龙绳10-9固定在隔水土工布底层10-4上形成一个弧形的排水腔10-8，所述排水花管10-1置于排水腔10-8内，其伸出隔水土工布底层10-4部分为实管，在排水花管10-1开设有透水孔的部分外部包裹有透水土工布10-2；所述柔性排水结构10铺设在挡墙回填层8后，其实管部分穿过柔性墙面4并伸出坡面至少15cm。
本发明中的主加筋土工格栅铺设长度满足挡墙的稳定性要求，经计算主加筋土工格栅铺设长度包括挡墙潜在破裂面以内的自由段长度、破裂面以外的锚固段长度。次加筋土工格栅通过鼓胀破坏受力计算确定次加筋土工格栅的长度，满足由于挡墙鼓胀破坏、填料碾压不密实引起靠近坡面位置变形或破坏。主加筋土工格栅、次加筋土工格栅强度选用与处理范围内所受拉力适应。所述墙体填料包括土夹石混合料，并且土：石(体积比)＝1:1，且石料颗粒最大粒径不大于5cm，土中不含有软土质成分，含水率接近最优含水率，分层压实，压实度不低于0.94。
实施例中次加筋土工格栅的长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm：
其中：hi—第m层次加筋土工格栅到坡脚的垂直距离(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)分层计算破裂面范围内墙体的重量：
Gm＝rSmhmB
其中：m—第m层次加筋土工格栅；
Sm—第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离(m)；
hm—次加筋土工格栅的竖向间距；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—加筋土挡墙的长度(m)，计算取单元长度1m；
Gm—第m层破裂面范围内墙体的重量(kN)；
(3)分层计算加筋土挡墙鼓胀破坏力：
Fm＝Gmf
其中：Fm—第m层加筋土挡墙鼓胀破坏力(kN)；
f—墙体填料与次加筋土工格栅的摩擦系数，由试验得出，可按
取值；
(4)分层计算次加筋土工格栅的锚固长度：
其中：lm—第m层次加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
T—次加筋土工格栅设计抗拔力(kN/m)；
B2—次加筋土工格栅的铺设宽度，水平面满堂铺设，计算时B2＝1m；
(5)通过步骤(1)中计算的第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm和步骤(4)计算第m层次加筋土工格栅的锚固长度lm计算出第m层次加筋土工格栅的总长度L2：
L2＝Sm+lm。
实施例中的主加筋土工格栅长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第i层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si：
其中：Hi—第i层主加筋土工格栅距离坡脚的竖向高度(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)根据每层主加筋土工格栅筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡得到第i层主加筋土工格栅所受水平拉力Ti为：
其中：σvi—i层主加筋土工格栅所受土的垂直自重压力(kPa)
σvi＝r(H-Hi)；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
H—挡墙的总高(m)；
Hi—第i层处挡墙的高度(m)，从墙角处起算；
∑Δσvi—超载引起的垂直附加压力(kPa)；
Δσhi—水平附加荷载(kpa)；
svi—筋材垂直间距(m)；
Ar—筋材面积覆盖率，Ar＝1/Shi(m)，筋材满铺时取1；
Shi—筋材水平间距(m)，筋材满铺时取1；
Ki—土压力系数，取
Ti满足以下要求：Ta/Ti≥1；Ta—主筋的设计抗拉强度(kN)；
(3)分层计算主加筋土工格栅锚固段长度：
其中：Lei第i层主加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
f—墙体填料与主加筋土工格栅的摩擦系数；
Gi—i层主加筋土工格栅处墙体的自重(kPa)，Gi＝r×svi；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—筋材宽度满铺取1；
Fs—抗拔安全系数，不小于2.0；
(4)根据步骤(1)中计算的第i层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si和步骤(4)计算第i层主加筋土工格栅的锚固长度Lei计算出第i层主加筋土工格栅的总长度L1为：
L1＝Si+Lei。
下面结合实施例对本发明的施工过程进一步说明，实施例中是针对填方地基加筋土挡墙边坡进行处理，如图1至图3所示，实施例中边坡坡角α＝68°，填料内摩擦角
破裂面角度θ＝45+20/2＝55°，挡墙设计高度8m。实施例中所述复合加筋系统中主加筋土工格栅抗拉强度极限值为160kN/m，抗拉强度设计值为40kN/m，主筋采用单向土工格栅。次加筋土工格栅抗拉强度极限值为80kN/m，抗拉强度设计值为20kN/m，可采用单向、双向或者多向土工格栅。主筋格栅铺设间距0.5m，次筋格栅铺设间距0.5m，主筋次筋间次布置，且次筋位于主筋中间位置处。土工格栅筋材与填料间摩擦系数f＝0.9×tan(20°)＝0.33。按设计主加筋土工格栅长度将现在坡体开挖成台阶状，台阶高度1.0m，台阶端部即为设计主加筋土工格栅端部；其具体施工步骤如下：
步骤一：通过设计得到实施例中需要铺设14层主加筋土工格栅和14层次加筋土工格栅，计算确定每层主加筋土工格栅和每层次加筋土工格栅的长度；所述主加筋土工格栅长度计算根据每层筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡计算得到；次加筋土工格栅的长度通过挡墙鼓胀变形破坏受力计算确定，分层计算鼓胀变化破坏受力情况，确定每层次加筋土工格栅的长度；
a.所述主加筋土工格栅长度计算的计算过程具体如下，自下向上从第一层开始计算，首先计算第一层主加筋土工格栅长度，如图4所示，第一层所在高度H1＝0，则破裂面以内主加筋土工格栅长度：
σvi＝18.5×(8-0)＝148kPa
超载引起的垂直附加压力∑Δσvi、水平附加荷载Δσhi取0，水平拉力
Ti＝tan2(45-20/2)×148×0.5＝36.28kN
Le＝2×36.28/(2×18.5×0.5×0.33)＝11.97m
第1层主加筋土工格栅总长L1＝0+11.97＝11.97m；
同理计算出主加筋第3层～第14层主加筋土工格栅的锚固长度，加上破裂面以内主筋格栅长度即为主筋格栅的总长，最终可得到数据结果如表1。表1中水平拉力Ti最大值为36.28kN，小于主筋抗拉强度设计值40kN，满足要求。根据计算得出各层主筋长度，工程中为便于格栅采购和施工，格栅长度在满足计算要求的前提下取整长。
表1主加筋土工格栅计算长度
b.所述次加筋土工格栅长度计算的计算过程具体如下，自下向上从第一层开始计算，首先计算第一层次加筋土工格栅长度，第一层所在高度h1＝0.25m，则破裂面以内次加筋土工格栅长度
该层鼓胀区重力G1＝0.07×0.5×18.5＝0.68kN，该层次加筋区域鼓胀力F1＝0.68×0.33＝0.22kN。
同样方式依次计算各层次加筋区域鼓胀力Fm。最终得到各层次加筋区域鼓胀力Fm计算结果如下表；则第1层次筋锚固长度
锚固长度与破裂面以外活动区长度之和为第1层次筋总长L2＝2.20+0.07＝2.27m。同理将第2层～第14层鼓胀力之和累加可计算出第2层锚固长度Lm，与第2层活动区长度Sm相加即为第2层次筋总长。其余层同理。最终可得到数据结果如表2所示。根据计算得出各层次筋长度，工程中为便于格栅采购和施工，格栅长度在满足计算要求的前提下取整长。
表2次加筋土工格栅计算长度
步骤二：施工前准备：场地平整、定位测量放线，准备好施工材料和施工设备；
步骤三：按照步骤(1)中计算的主加筋土工格栅长度将现在坡体开挖成台阶状，确保每层主加筋土工格栅埋入填土层的一端与对应的台阶面接触，每层台阶的高度为0.8～1.2m；
步骤四：开挖柔性基础：柔性基础埋深1m，基础宽度3m，基础内铺设两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.5m；基础处回填土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94；
步骤五：铺设主加筋土工格栅层：在柔性基础施工完毕后，按照设计要求铺设主加筋土工格栅，主加筋土工格栅的端部紧贴对应的台阶面，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤六：铺设次加筋土工格栅层：按照步骤一中计算的次加筋土工格栅长度铺设次加筋土工格栅，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤七：重复步骤五和步骤六，步骤五和步骤六中的墙体回填料包括土夹石混合料，并且土：石(体积比)＝1:1，且石料颗粒最大粒径不大于5cm，土中不含有软土质成分，含水率接近最优含水率，分层压实，压实度不低于0.93，本例墙体填料内摩角为20°，重度18.5kN/m3。并在回填土层达到3～5m时，铺设上述柔性排水结构，柔性排水结构的出水端口外露坡面至少23cm；所述柔性排水毯如图3所示，其排水花管10-1采用PVC花管，直径40mm，滤管部位的滤孔直径为5～10mm，滤孔呈梅花形布置，间距为25～35mm，滤管外缠两层透水土工；所述透水顶板10-3和透水隔板10-7采用厚度约40mm的聚乙烯粗丝缠绕板,聚乙烯粗丝缠绕板表面尼龙绳绑扎固定一层透水土工布，透水隔板10-7包覆PVC花管，花管净间距4cm，与下部两层隔水土工布组成的底层绑扎固定。
步骤八：重复步骤七，依次完所有的主加筋土工格栅、次加筋土工格栅和柔性排水结构的铺设，并在坡顶回填0.8～1.2m厚种植土；
步骤九：在坡面满铺一层土工格栅防护面层，坡面土工格栅与回填坡体内次加筋土工格栅型号相同，并采用高强度尼龙绳绑扎牢固，最后在坡面再喷射100mm厚泡沫轻质土护面。
本发明针对半挖半填地区加筋土挡墙结构进行改进，提出一种全柔性的加筋土挡墙结构，分主、次加筋材料，摈弃传统的刚性基础，采用柔性基础，挡墙抗变形能力强，能适应不良地基引起的变形。另外，抗地震能力强，优于刚性挡墙，挡墙支护效果显著，施工方法简捷、高效，大幅度节省工期与费用，性价比十分突出，工程化应用前景十分广阔。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，包括在原边坡面(7)挖设而成的台阶面(3)以及在台阶面(3)回填墙体填料形成的挡墙回填层(8)，其特征在于：所述挡墙结构还包括柔性基础(9)、种植土层(6)、复合加筋系统、柔性墙面(4)和柔性排水结构(10)，所述柔性基础(9)由土工格栅层和填料层组成，所述种植土层(6)铺设在挡墙回填层(8)顶面，所述柔性墙面(4)是在挡墙回填层(8)及种植土层(6)组成的坡面喷射泡沫轻质土形成的厚度80～120mm面层；所述复合加筋系统包括铺设在柔性墙面(4)内土工格栅防护面层(12)，以及间隔布设在挡墙回填层(8)内的多层主加筋土工格栅(1)和次加筋土工格栅(2)，所述主加筋土工格栅(1)从柔性墙面(4)水平延伸至台阶面(3)，每层次加筋土工格栅(2)与土工格栅防护面层(12)固定连接，并从柔性墙面(4)水平延伸至挡墙回填层(8)内，且次加筋土工格栅(2)的水平延伸长度大于挡墙鼓胀破坏范围(5)的水平长度；所述柔性排水结构(10)铺设在挡墙回填层(8)内，其出水端口(11)伸出柔性墙面(4)。
2.根据权利要求1所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于：所述柔性排水结构(10)包括隔水土工布底层(10-4)、由透水隔板(10-7)在隔水土工底层(10-4)上形成的多个排水腔(10-8)、置于每个排水腔(10-8)内的排水花管(10-1)和透水顶板(10-3)，所述隔水土工布底层(10-4)的边缘向上弯折，并与透水顶板(10-3)的边缘重叠连接组成的环绕在多个排水腔(10-8)外部的外包裹层，并在每个透水隔板(10-7)与外包裹层之间填充有反滤沙砾层(10-5)；所述排水花管(10-1)水平布设在隔水土工底层(10-4)上，其端部伸出隔水土工底层(10-4)，且每根排水花管(10-1)的出水端口(11)伸出柔性墙面(4)至少15cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于：所述挡墙回填层(8)采用土夹石混合料分层压实回填，单层厚度为0.2～0.3m，压实度不低于0.93；所述柔性基础(9)的填料层采用土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94。
4.根据权利要求1或2所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于：所述柔性基础(9)的厚度1～1.5m，基础宽度2.0～4.0m，基础内铺设至少两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.4～0.6m，且柔性基础(9)内加筋土工格栅与主加筋土工格栅(1)的型号相同。
5.根据权利要求1或2所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于：所述主加筋土工格栅(1)和次加筋土工格栅(2)采用同样型号的土工格栅或者不同型号的土工格栅，且等距间隔布设，相邻两层主加筋土工格栅(1)竖向间距为0.4～0.6m，相邻两层次加筋土工格栅(2)的竖向间距为0.4～0.6m；所述土工格栅防护面层(12)采用与次加筋土工格栅(2)型号相同的土工格栅，且两者通过高强度的尼龙绳捆扎连接。
6.根据权利要求2所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于：所述透水顶板(10-3)和透水隔板(10-7)均采用由聚乙烯粗丝缠绕形成的透水板制成，并在透水板外包裹有透水布；所述隔水土工布底层(10-4)与透水顶板(10-3)的边缘通过第一高强尼龙绳(10-6)连接，所述透水隔板(10-7)为弧形板，其两端通过第二高强尼龙绳(10-9)固定在隔水土工布底层(10-4)上形成一个弧形的排水腔(10-8)，所述排水花管(10-1)置于排水腔(10-8)内，其伸出隔水土工布底层(10-4)部分为实管，在排水花管(10-1)开设有透水孔的部分外部包裹有透水土工布(10-2)；所述柔性排水结构(10)铺设在挡墙回填层(8)后，其实管部分穿过柔性墙面(4)并伸出坡面。
7.一种权利要求1至6中任意一项所述的半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构的施工方法，其特征在于，具体施工步骤如下：
步骤一：计算确定每层主加筋土工格栅和每层次加筋土工格栅的长度；主加筋土工格栅长度计算根据每层筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡计算得到；次加筋土工格栅的长度通过挡墙鼓胀变形破坏受力计算确定，分层计算鼓胀变化破坏受力情况，确定每层次加筋土工格栅的长度；
步骤二：施工前准备：场地平整、定位测量放线，准备好施工材料和施工设备；
步骤三：按照步骤一中计算的主加筋土工格栅长度将现在坡体开挖成台阶状，确保每层主加筋土工格栅埋入填土层的一端与对应的台阶面接触，每层台阶的高度为0.8～1.2m；
步骤四：开挖柔性基础：柔性基础埋深1～1.5m，基础宽度2.0～4.0m，基础内铺设至少两层加筋土工格栅，格栅竖向间距0.4～0.6m；基础处回填土夹石混合料或者黏性土，分层压实，压实度不低于0.94；
步骤五：铺设主加筋土工格栅层：在柔性基础施工完毕后，按照设计要求铺设主加筋土工格栅，主加筋土工格栅的端部紧贴对应的台阶面，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤六：铺设次加筋土工格栅层：按照步骤(1)中计算的次加筋土工格栅长度铺设次加筋土工格栅，并回填0.2～0.3m厚的土夹石混合料并压实，压实度不低于0.93；
步骤七：重复步骤五和步骤六，并在回填土层达到3～5m时，铺设柔性排水结构，柔性排水结构的出水端口外露坡面至少23cm；
步骤八：重复步骤七，依次完所有的主加筋土工格栅、次加筋土工格栅和柔性排水结构的铺设，并在坡顶回填0.8～1.2m厚种植土；
步骤九：在坡面满铺一层土工格栅防护面层，坡面土工格栅与回填坡体内次加筋土工格栅型号相同，并采用高强度尼龙绳绑扎牢固，最后在坡面再喷射80～100mm厚泡沫轻质土护面。
8.根据权利要求7所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构的施工方法，其特征在于：所述步骤一中次加筋土工格栅的长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm：
其中：hi—第m层次加筋土工格栅到坡脚的垂直距离(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)分层计算破裂面范围内墙体的重量：
Gm＝rSmhmB
其中：m—第m层次加筋土工格栅；
Sm—第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离(m)；
hm—次加筋土工格栅的竖向间距；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—加筋土挡墙的长度(m)，计算取单元长度1m；
Gm—第m层破裂面范围内墙体的重量(kN)；
(3)分层计算加筋土挡墙鼓胀破坏力：
Fm＝Gmf
其中：Fm—第m层加筋土挡墙鼓胀破坏力(kN)；
f—墙体填料与次加筋土工格栅的摩擦系数，由试验得出，可按
取值；
(4)分层计算次加筋土工格栅的锚固长度：
其中：lm—第m层次加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
T—次加筋土工格栅设计抗拔力(kN/m)；
B2—次加筋土工格栅的铺设宽度，水平面满堂铺设，计算时B2＝1m；
(5)通过步骤(1)中计算的第m层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Sm和步骤(4)计算第m层次加筋土工格栅的锚固长度lm计算出第m层次加筋土工格栅的总长度L2：
L2＝Sm+lm。
9.根据权利要求7所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构，其特征在于，所述步骤一中主加筋土工格栅长度计算过程如下：
(1)根据经典朗肯土压力理论得到潜在简化破裂面的范围，并计算出加筋土挡墙的潜在简化破裂面与坡脚水平线的夹角θ，根据加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度θ分层计算出每层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离：
其中：θ—加筋土挡墙的潜在简化破裂面角度(°)；
计算出第i层次加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si：
其中：Hi—第i层主加筋土工格栅距离坡脚的竖向高度(m)；
α—挡墙边坡坡角(°)；
(2)根据每层主加筋土工格栅筋材范围内横向土压力与筋材抗拔力平衡得到第i层主加筋土工格栅所受水平拉力Ti为：
其中：σvi—i层主加筋土工格栅所受土的垂直自重压力(kPa)
σvi＝r(H-Hi)；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
H—挡墙的总高(m)；
Hi—第i层处挡墙的高度(m)，从墙角处起算；
∑Δσvi—超载引起的垂直附加压力(kPa)；
Δσhi—水平附加荷载(kpa)；
svi—筋材垂直间距(m)；
Ar—筋材面积覆盖率，Ar＝1/Shi(m)，筋材满铺时取1；
Shi—筋材水平间距(m)，筋材满铺时取1；
Ki—土压力系数，取
Ti满足以下要求：Ta/Ti≥1；Ta—主筋的设计抗拉强度(kN)；
(3)分层计算主加筋土工格栅锚固段长度：
其中：Lei第i层主加筋土工格栅的锚固长度，破裂面以外长度(m)；
f—墙体填料与主加筋土工格栅的摩擦系数；
Gi—i层主加筋土工格栅处墙体的自重(kPa)，Gi＝r×svi；
r—墙体填料的重度(kN/m3)；
B—筋材宽度满铺取1；
Fs—抗拔安全系数，不小于2.0；
(4)根据步骤(1)中计算的第i层主加筋土工格栅处破裂面到墙面的水平距离Si和步骤(4)计算第i层主加筋土工格栅的锚固长度Lei计算出第i层主加筋土工格栅的总长度L1为：
L1＝Si+Lei。
10.根据权利要求7或8或9所述的一种半挖半填地区全柔性复合加筋土挡墙结构的施工方法，其特征在于：所述步骤(7)中的柔性排水结构采用加工成型的一体式排水结构直接铺设，其铺设方式包括满铺或者错层铺设，错层铺设时，相邻两层柔性排水结构边缘重叠，并覆盖整个挡墙结构的横截面。
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- 2022-10-12 CN CN202211245542.6A patent/CN115492160A/zh active Pending
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