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边坡工程格宾挡墙/石笼网/生态袋挡墙三种挡墙型式比较

作者:文胜丝网 来源:原创 日期:2011-12-20 浏览量:66041 关键词:石笼网
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三种挡墙型式比较传统的护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等。这些传统的边坡工程,对边坡的处理主要是强调其强度功效,却往往忽视了其对环境的破坏;生态护坡作为岩土工程与环境工程相结合的产物,它兼顾了防护与环境两方面的功效,是一种很有效的护坡、固坡手段。生态护坡设计应与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性,减少对资源的剥夺,保持营养和水循环,维持植物生境和动物栖息地的质量,有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。近几年来,随着人们对于园林景观、生态环保、建筑艺术等内容的不断认识与提高,几种新型的生态护坡系统不断发展起来,如生态袋挡墙、格宾挡墙、自嵌式挡墙等,断面型式如图1。下面针对这几种挡墙从不同角度作一比较,以供今后工程的推广应用。生态袋挡墙断面示意图石笼挡墙断面图自嵌式挡墙断面图1.1)挡墙的结构比较生态袋挡墙。生态袋挡墙是将生态袋单体砌合联结成一个结构稳定的整体护坡结构。由具备特殊功能及特定技术参数要求的结构组件构成,组件主要包括:生态袋、扎口带、缝袋线及满足多向排水功能与强度要求的网肋型联结扣等。生态袋通过网肋型联结扣单体砌合联结成的整体护坡结构如图,在不加筋的情况下,它实际上是靠其重量来抵挡其后的水土压力的重力式挡墙,虽为柔性结构对软弱地基有一定的适应能力,但因其重量较大在软弱地基上会发生结构上的变形,如图2。在不考虑地基承载力时挡墙初期袋内的土未完全固结,挡墙做完后经过雨水的洗礼袋内的土随时间的积累逐步达到完全固结,即挡墙在竖直方向会产生一定的位移。生态袋的规格一般为630mm×330mm×165mm,材料是无纺布,它本身可透水,袋内装土后时间一长,土会淤堵生态袋,导致水透不出,从而会产生很大的侧向水压,因挡墙是由每个袋子堆积而成,不像刚性重力挡墙可以抵挡较大的侧向压力,水透不出时很容易将挡墙推倒,如图3。地基承载力不足引起挡墙结构变形2)石笼挡墙。又称格宾(gabion)挡墙,该挡墙是属于重力式块石结构的一种。是将抗腐蚀、耐磨损、高强度的低碳高镀锌钢丝,用六角网捻网机编织成平面网格状,在施工现场组装成不同尺寸规格的网箱或网垫,但钢丝缠绕处和钢丝笼连接处的强度很难保证,见图4,石笼的破裂通常不是由于金属线的老化锈蚀造成的,而主要是由于石笼中的石头在水流的作用下不断摩擦金属网,从而导致石笼格网的破裂。石笼中填充石料形成柔性的、自透水的、整体性的防护结构,填充料需满足抗风化、不溶解、具有一定强度、粒径大于网孔的要求,但在一些地方很难找到要求的填料,而且有一种破坏形式,石笼虽然完好无损,可里面的石头却没了,这主要是由于水流流速过高,充填的块石质地不够坚硬或体积较小,随着水流的不断冲蚀,块石之间不断摩擦,体积不断减少,最终从石笼网孔中流出,所以填充的块石必须达到一定的标准。另外,格宾石笼结构中存在较多孔隙,水在孔隙中不断渗流、冲刷,对结构体本身及其周围土壤的稳定性会产生较大的影响。钢丝笼强度不够3)自嵌式挡墙。自嵌式挡墙是在干垒挡土墙的基础上开发的一种柔性结构。它是加筋土挡墙,面板采用大小、形状、重量一致的混凝土自嵌块,加筋材料采用土工格栅。自嵌式挡墙的加筋土构造原理同预制面板加筋挡墙,自嵌块由于其自身的特点,即块体之间通过台阶、榫接等方式相互咬合连接。如图5所示,砌块有一个凸起铸就机械互锁,增加了接触面的剪切强度。其台阶式垒砌的墙体自然形成12°的坡度,这使墙体重心偏内,增加其在土压力作用下的抗倾覆能力。自嵌式挡土块的摆放通过橡胶棒在上下两层预留孔的插销连接,用于提供附加的抗剪强度,从而提高了承担水平推力的能力。另外,自嵌块墙体后增设粗骨料排水层以减少墙后水压力的作用。由于在预制混凝土块中留孔等方法,使块体的表观重度控制在18-20KN/m3,比岩石及现浇砼的重度低,因此挡土结构本身重量轻,以至于对基础的要求低。2.挡墙的生态比较生态的内涵包括两个要素:一是能满足结构上安全的要求,要点是要求能透水、透气、生长植物的生态防护平台;二是能满足生态平衡要求,即要建立良性的生态系统,由高大乔木、低矮灌木、花草、鱼巢、水草、动物沿滩地、迎水边坡、坡脚及近岸水体组成立体生态体系。1)生态袋挡墙。生态袋在安装完成后,进行植被覆盖,植被覆盖通常采用压条和喷播的方式,如图6。由于植物根茎不断生长,将生态袋与生态袋、生态袋与后边坡紧密的连接在一起形成的生态边坡。生态袋内若装砂土可满足透水的要求,若装粘性土则达不到透水的要求,同时时间一长带与带之间的缝隙会随着带内土的固结被淤堵而不透水。它虽可种植植被,但用在河道上时,不能为水生植物提供良好的生长空间,为净化水质创造条件。2)石笼挡墙。石笼挡墙可靠块石之间的大孔隙满足透水、透气的要求,但所谓的生态石笼挡墙是指在石笼挡墙的表层覆盖耕植土,种植绿色植被,或者依靠挡墙上部后面的土体种植攀岩性的植物攀岩到挡墙上达到绿色效果,所以不是从挡墙结构本身达到这种生态植生效果,3)自嵌式挡墙。自嵌式挡墙分自嵌式景观挡墙和自嵌式植生挡墙。自嵌式挡墙是块与块干垒而成,块与块之间存在孔隙,挡土块后是级配碎石并设置土工布将土体与级配碎石隔离开,因此满足生态要求的透水、透气功能,并且对于景观挡墙可以采取压条的方法达到生长植物的生态防护要求,在河道或水下使用时,自嵌式植生挡墙也可增强其生态效果,其独特的内孔造型为水生植物提供良好的生长空间,为净化水质创造了条件,块体鱼巢设计提高了水生植物的成活率,加强了水体的生态平衡,这一点是其它挡墙所不具备的,3.挡墙的景观比较以往工程主要从结构安全、满足使用功能的需求出发,往往忽视景观效果,给城市景观带来毫无生机的景象。而现代城市建设讲究人居环境,对景观设计要求很高,如何恢复曲折有致、绿草茵茵的自然景象,是现代一些工程整治的重点。针对如上所述的原因,要求我们在工程设计中摒弃原有的设计理念,开拓新的结构型式。1)生态袋挡墙。生态袋的颜色呈黑色,泥土浸泡后呈现与土的颜色一致,且堆放不如自嵌式挡墙错落有致。而且生态袋挡墙的绿化效果受季节的限制,冬天植物衰老枯竭后,效果较差。2)石笼挡墙。国内对石笼结构理论和试验研究较少,在路堤边坡防护、河道岸坡防护等方面也仅有少量的石笼结构。在景观石笼结构方面,据笔者的了解,北京甲壳虫工程技术有限公司完成的北京奥运森林公园中泵房的石笼覆面和管理处的石笼装饰工程应是国内首例石笼景观工程,如图12。但要做到图12所要求的效果则需要较高的成本(包括人力、物力等)及较好的粒径级配。3)自嵌式挡墙。优凝舒布洛克自嵌式景观挡土墙可以有不同的色彩(200种以上)可供选择,和不同的形状(主要为曲面型和直面型两种),给设计师和业主非常广阔的想象空间。优凝舒布洛克自嵌式景观挡土墙粗糙的表面质感提供自然典雅的景观效果和令人优凝舒服的视觉感。一块块独立的混凝土劈裂面单元上下错缝并前后退步偏移而形成的优凝舒布洛克自嵌式景观挡土墙独一无二的挡土墙面与单调的钢筋混凝土挡墙面或到处都能见到的块石挡墙表面相比更具生命力和新鲜感,而且能更好地融于周围建筑中形成和谐优凝舒适的人居环境,4.挡墙的经济性比较工程造价是工程建设的重要因素,因此对各种挡墙的造价作一比较是十分必要的。生态袋挡墙的生态袋在350-500元/m2,自嵌式挡土块出厂价约为180元/m2。另外在施工完后生态袋挡墙要达到生态效果须植被喷播。石笼挡墙填充材料价格也较高,在一些地区材料来源也较麻烦,石笼挡墙属于重力式挡墙,因此对地基的要求较高,在地基承载力较低时还需进行地基处理,这将增加额外成本,但自嵌式挡墙块体重量较轻,对地基没有特别高的要求。同时石笼挡墙的基础及挡墙本身的体积均较大,而且高度越大体积增加比例越大,则所需材料及施工费用也越高。自嵌式挡土块在必要的时候还可以拆卸重复利用,同时在挡墙较高时生态袋挡墙和石笼挡墙也均需加土工格栅来满足稳定性的要求,如图14。综合以上因素,自嵌式挡墙的性价比较生态袋和石笼挡墙占优势。5.挡墙的使用领域比较1)生态袋挡墙。生态袋挡墙多用在野外,因为在冬天植物衰老枯竭后,效果较差,所以不适用于小区、别墅等景观效果要求较高的区域,如图15。同时生态袋挡墙用在水下时,由于生态袋的材料是无纺布,可透水,所以生态袋内的土在水的长期浸泡下将成稀泥状,很难承担上面生态袋的重量和其后的侧向土压力,致使挡墙下沉或倒塌。另外,生态袋的材料在水的长期浸泡下,其抗腐蚀、抗酸碱盐、抗微生物侵蚀的要求也较高。2)石笼挡墙。石笼挡墙主要用在河道、岸坡护坡。因为石笼中填充石料可以形成柔性的、自透水的、整体性的防护结构,由于结构天然的多孔隙性、整体性、柔性,有利于植物根系与土体间水源的循环,所以主要应用在河道、岸坡护坡,3)自嵌式挡墙。自嵌式挡墙整个挡墙整齐、干净,富于艺术感染力。面板可根据要求设计成各种图案满足景观设计的要求。自嵌式挡土墙的适用领域较广,水利、航运、市政、园林和交通等领域,如图17,而且也不受季节限制,综合以上所有因素,自嵌式挡墙的优势较明显,根据实际条件,科学地运用这种新型挡墙,一定能取得良好的社会效益及经济效益,值得研究推广应用。如果您有需要进一步了解,我们随时保持联系,也欢迎您在适当的时候参观我们的工程进行实地考察。希望您能够多给我们提出宝贵建议,以便我们为您提供更好的服务。我们恭候您的佳音!旭日景城3.JPG(277.68KB)2009-2-913:11DSC00111.JPG(263.76KB)2009-2-913:11DSC04714.JPG(167.07KB)2009-2-913:11水位变化对自嵌式挡墙的影响挡土墙是在港口、交通、水利、路桥等生命线工程中的一种常见的构筑物。在地震过程中,挡土墙遭到破坏是非常常见的。强度不一的地震可能会引起挡土墙变形、局部破坏甚至坍塌。历史上,由于地震引发的挡土墙破坏事例屡见不鲜,给社会造成了很大的经济损失,这在许多地震事例中可以看出。由于地震的破坏性及其诸多因素的难以确定性,一些规范规定在设防烈度为Ⅶ度及以上的地区需校核地震时挡土墙的稳定性。因此,如何解决挡土墙在地震区不遭到破坏是地震结构工程中重要的课题之一,已引起足够的重视。随着人们对挡土墙理论和实践的不断深入,专家开始呼吁建立新型柔性结构工程来减少地震带来的损失。一种新型的自嵌式挡土墙应运而生,它是在长城干垒的基础上开发的另一种结构,该挡墙的优越性之一在于它是柔性结构。从局部来看它是加筋土挡墙,面板采用大小、形状、重量一致的混凝土预制块干垒而成,加筋材料采用土工格栅。传统加筋土挡墙的面板采用的是大型混凝土面板浇筑而成,加筋材料采用钢带;从整体来看这种结构是一种新型的拟重力式挡墙,它主要依靠挡土块块体、填土通过加筋带连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载(所谓的动荷载就是指汽车荷载、地震荷载等),达到稳定的作用,见图1。因自嵌式挡土墙是柔性结构,所以它对地形地质条件不提出特别的要求,任何需要挡土的地方,如园林、护坡、护堤、高速公路、立交桥等,均可以使用。另外,它尺寸比较小,重量比较轻,交通不便的地方也可以进行施工,无须用起吊机械。。地震作用前,挡墙和土体具有最初初始应力状态,在三维地震动作用下,沿挡墙截面上的挡土墙、土体反应较为明显。挡土墙与墙背填土将产生相互作用。墙背填土通常选择透水性较大的砂土、砾石、碎石砂土、有时可能为弱粘性土、甚至就是粘性土(如就地取材)等,这些回填土将使挡土墙背产生附加的动土压力和动土剪力,其大小与墙后土体的变形和墙体位移及位移形式有关,同时在墙背填土中产生地震动的放大效应。当土体变形和墙体位移较小时,墙后土体处于弹性状态,按线性粘弹性模型计算是适宜的。当挡墙平移或转动较大、墙背填土放大效应明显时,在回填土内会产生裂隙,在裂隙界面将不可能继续传递能量,这时墙背土体在地震作用下进入弹塑性状态。进而,在墙背填土中会形成一个薄弱面(破坏面或裂隙面),甚至多个破坏面。挡土墙底土体处于明显的塑性状态,挡土墙墙前土体甚至产生隆起等现象,这样支离的几个部分,其动力非线性相互作用异常复杂,发生摩擦、碰撞、粘合、再分离等复杂的界面特性。挡土墙在地震惯性力、基底作用力、地震动土压力、地震动土剪力、墙前土作用力(若有墙前覆盖土层)等产生滑移、提离、沉降、倾斜等复杂的力学行为。墙背砂土震密沉降甚至产生多条裂缝或薄弱带,而粘性填土可能只发生沉降。砂土动力有效内摩擦角在不断的变化着,挡土墙周围土体中动应力不断地重分布,地震作用结束,挡土墙周围产生残余应力(砂土存在残余有效内摩擦角),其残余应力的大小可能比静止主动土压力(初始应力)大,特殊情况下也可能会小于初始应力状态。最终,由于土体本身具有与时间效应有关的蠕变和松弛等特性,其残余土压力也会随着时间而缓慢变化着。挡墙在地震作用下的破坏形式如下图挡墙在地震作用下的破坏形式根据自嵌式挡墙的破坏模式在设计分析时除了传统挡墙所要求的外部稳定分析和内部稳定分析以外,还要增加局部稳定分析。考虑到自嵌式挡土墙墙背12°倾角的影响,在地震区根据朗金理论破裂面,采用Mononobe-Okabe理论的基本假设,可推导出地震加速度沿自嵌式挡土墙高度均匀分布和线性分布两种情况下的地震土压力强度、地震土压力合力和地震土压力合力作用点的理论公式,用来在地震作用下进行挡墙设计分析。对于局部稳定分析则主要计算三个方面:挡土块与拉结网片的连接强度、挡土块之间的抗剪强度和顶部无加筋的抗倾覆计算。其中挡土块之间的抗剪强度是靠块与块之间的锚固棒、块体孔隙中的级配碎石、独特的后缘结构来提供,在地震荷载作用下,挡墙的整体刚度较小,由于层与层之间无砂浆,所以块体之间有较大的灵活性,可以适当地移动以卸载,来消除地震对挡墙产生的影响。同时由于自身的柔性特点,对小规模基础沉陷或遇到短暂的非常荷载组合(如碰撞、水位骤降等)时具有相当高的适应能力。自嵌式挡土墙作为一种新型结构,由于作为面板的混凝土自嵌块是由工厂化生产,采用国际先进砌块生产线,高压振动成型、加入颜料具备各种色彩、经机械劈裂形成天然质感,所以挡墙外形美观、颜色丰富、施工便捷。最主要的是作为一种柔性结构,具有较好的抗震性能,抗震性能是重力式和衡重式挡土墙所无法比拟的,在地震区有很好的发展前景,能充分发挥其“以柔克刚”的特性,而且工程造价也比浆砌片石挡土墙要低廉得多,值得研究推广。目前在中国地震灾后重建中使用的有云南普洱市思茅河、鄱阳湖二期工程。在日本、美国的地震活动区得到广泛使用,同时更适合余震多的地区因为它可以重复使用。
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