預(yù)制拼裝式箱形重力式擋土墻的應(yīng)用分析

孫可君

(杭州市市政工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310012)

在實(shí)際施工建設(shè)過程中，往往應(yīng)用預(yù)制拼裝式箱型重力式擋土墻進(jìn)行施工，這種擋土墻能夠結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)整具體方案，實(shí)現(xiàn)預(yù)制拼裝，一方面滿足施工建設(shè)需要，另一方面則可以實(shí)現(xiàn)施工建設(shè)的快速化，同時(shí)減少施工人員以及場(chǎng)地的需要，實(shí)現(xiàn)良好的建設(shè)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 預(yù)制裝配式箱形重力式擋土墻設(shè)計(jì)方案

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工建設(shè)過程中得到廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)對(duì)相關(guān)資料的消耗較低，同時(shí)能夠達(dá)到一個(gè)較快的施工建設(shè)速度，而且建設(shè)過程對(duì)周圍自然環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，還可以達(dá)到良好的整體施工建設(shè)質(zhì)量，因此能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。

1.1 概念設(shè)計(jì)

本次研究中為了滿足實(shí)際施工建設(shè)需要，充分結(jié)合MSE擋土墻和SRW擋土墻的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，并發(fā)揮重力式擋土墻的實(shí)踐應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，得到預(yù)制拼裝式箱型重力式擋土墻，該擋土墻由三部分構(gòu)成，分別是標(biāo)準(zhǔn)箱的預(yù)制構(gòu)件、底部箱型預(yù)制構(gòu)件以及對(duì)應(yīng)的預(yù)制底板。結(jié)合實(shí)際需要按照榫接方式進(jìn)行有效連接，從而得到一種新型擋土墻，也就是預(yù)制裝配式箱型重力式擋土墻。

在這個(gè)設(shè)計(jì)中，底部的預(yù)制構(gòu)件能夠有效強(qiáng)化其抗傾覆性能，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中還可以根據(jù)需要對(duì)其尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變，有效滿足對(duì)應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)需要。

預(yù)制底板可以用于地基承載力較弱的情況下，能夠增加對(duì)應(yīng)擋土墻的整體接觸面積；還可以根據(jù)需要對(duì)構(gòu)件的位置進(jìn)行調(diào)整，并選擇對(duì)應(yīng)材料進(jìn)行填充。

經(jīng)過針對(duì)性設(shè)計(jì)和建設(shè)，得到具有良好實(shí)用效果的預(yù)制裝配式擋土墻，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：

施工操作簡(jiǎn)便，能夠簡(jiǎn)化施工流程，同時(shí)還可以有效保證整體施工質(zhì)量，確保施工過程中取得良好效果；施工周期短，施工效率得到有效提高，而且在施工過程中還可以快速有效形成對(duì)邊坡的安全防護(hù)；預(yù)制拼裝式箱型重力式擋土墻在施工建設(shè)過程中，可以使用現(xiàn)場(chǎng)的土石方作為填料，簡(jiǎn)單易行，而且能夠?qū)崿F(xiàn)資源的有效利用，降低整體施工成本；擋土墻建設(shè)完成以后，可以在上部種植相關(guān)的植物，實(shí)現(xiàn)良好的綠化效果，避免對(duì)周圍自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染，達(dá)到美化環(huán)境的效果，實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)效益。

1.2 結(jié)構(gòu)基本參數(shù)擬定

為了滿足實(shí)際施工建設(shè)需要，要針對(duì)擋土墻的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定，具體包括擋土墻寬度、高度，以及墻趾寬度及其高度。在設(shè)計(jì)參數(shù)的過程中，要注意滿足以下要求。

(1)預(yù)制構(gòu)件的連接部位不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)，而且不會(huì)受到破壞；

預(yù)制構(gòu)件的連接假定為不會(huì)發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，且不會(huì)破壞；

(2)計(jì)算墻背填土壓力的時(shí)候，一般按照庫倫理論進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)需要確保整體結(jié)構(gòu)的參數(shù)滿足相關(guān)施工規(guī)范和要求。本次研究中，分別從墻背壓力對(duì)具體高度的影響進(jìn)行分析，確定擋土墻在實(shí)際施工建設(shè)過程中需要滿足的抗滑移性能和抗傾覆性能，分析填土土質(zhì)及其相應(yīng)摩擦角對(duì)整體高度的影響，分析截面寬度與墻趾寬度對(duì)比穩(wěn)定性方面的變化。

2 預(yù)制裝配式箱形重力式擋土墻破壞模式研究

2.1 數(shù)值分析模型的建立

本次研究主要針對(duì)以下尺寸的擋土墻，其具體規(guī)格如下：墻高8.0 m，墻寬2.2 m，底部墻趾寬度0.4 m，高度0.5 m，擋土墻底板厚度0.3 m，寬度3.0 m；墻體背后山坡距離墻趾1 m，山坡傾斜度為55，為了確保擋土墻不會(huì)受到影響，建立對(duì)應(yīng)的計(jì)算模式。

分析計(jì)算擋土墻的模型時(shí)，針對(duì)具體網(wǎng)格的劃分，一般按照自適應(yīng)控制劃分法進(jìn)行，在實(shí)踐過程中要注意各種因素如剪切過程中的耗散、總體耗散、墻體應(yīng)變、塑型乘數(shù)等；針對(duì)模型邊界的確定，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同水平方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的約束效果。

分析過程中，需要確保以下基本條件：土體滿足mohr-coulomb準(zhǔn)則；擋土墻變形破壞情況屬于平面應(yīng)變問題；擋土墻變形過程中一般不受到地下水的作用；擋土墻的墻背保持豎直狀態(tài)，墻后填土能夠達(dá)到表面水平效果；擋土墻墻身為整塊剛體。

2.2 分析工況

本次分析中，地基土土質(zhì)保持不變，在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同土質(zhì)的墻背填土進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上使用極限分析法對(duì)擋土墻整體結(jié)構(gòu)的破壞情況進(jìn)行分析。

2.3 破壞模式分析結(jié)果

(1)T模式

分析結(jié)果顯示，T模式，三種工況下，剪切耗散的分布特點(diǎn)具有內(nèi)在一致性，均表現(xiàn)為從墻底部超墻趾移動(dòng)；需要注意的是，當(dāng)墻背填土處于可塑狀態(tài)以及密砂狀態(tài)，剪切耗散在發(fā)生過程中，到達(dá)土層表面最終形成一個(gè)整體性的剪切耗散散面；當(dāng)墻背填土轉(zhuǎn)變?yōu)橹忻苌?，剪切耗散延伸未達(dá)到土層表面時(shí)，這種情況下墻背土體的剪切耗散表現(xiàn)為從墻趾向墻背擴(kuò)散。

(2)RB模式

RB模式下剪切耗散從墻趾處向下擴(kuò)散，而且存在一定的差異，其中一部分向擋墻前方土面延伸，另一部分向墻踵延伸形成閉合環(huán)形。其破壞特點(diǎn)呈現(xiàn)傾覆的破壞趨勢(shì)。

分析結(jié)果顯示，當(dāng)墻背土整體越柔軟，往往受到的破壞也更加嚴(yán)重；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，RB模型下?lián)跬翂φw結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的傾覆破壞更加嚴(yán)重。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程背景

本文選取南方某市境內(nèi)S204線K279+798.000～K279+816.000的路基邊坡修復(fù)工程作為實(shí)際應(yīng)用案例。修復(fù)邊坡長(zhǎng)度為18 m。

3.2 擋土墻設(shè)計(jì)

該修復(fù)路段擋土墻墻高8.2 m，采用仰斜式結(jié)構(gòu)。其主要參數(shù)見表1。

表1 參數(shù)一覽表

3.3 應(yīng)用效果

這一工程在施工過程中僅僅持續(xù)三天，就實(shí)現(xiàn)了通車效果。分析發(fā)現(xiàn)，施工過程中，預(yù)制塊需要實(shí)施起吊、安裝等工序，本次施工過程中每一標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制塊的這些施工程序僅僅需要5 min，因此從整體上來看，本次施工時(shí)間得到有效縮短。另一方面，為了準(zhǔn)確掌握擋土墻后續(xù)使用效果和性能，需要對(duì)擋土墻相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體包括對(duì)于位置的壓力、墻體變形情況等。經(jīng)過監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)本次施工過程中，擋土墻墻后壓力變化控制在一定范圍內(nèi)，墻體變形也控制在有效范圍內(nèi)，均不影響擋土墻正常使用。這一結(jié)果充分說明，擋土墻整體穩(wěn)定性和安全性良好，具有優(yōu)良的使用效果。

4 結(jié) 論

擋土墻在使用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)良好效果，整體施工效率得到有效提高，能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)通車，具有良好實(shí)用價(jià)值。擋土墻的應(yīng)用，可以滿足因?yàn)樗畾С霈F(xiàn)問題的邊坡的修復(fù)需求，不僅如此，在完成相關(guān)施工以后，還可以在相應(yīng)位置實(shí)施植被綠化功能，從而達(dá)到良好的生態(tài)效果，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的雙贏。