定義
在擋土牆橫斷面中,與被支承土體直接接觸的部位稱為牆背;與牆背相對的、臨空的部位稱為牆面;與地基直接接觸的部位稱為基底;與基底相對的、牆的頂面稱為牆頂;基底的前端稱為牆趾;基底的後端稱為牆踵。
分類
根據其剛度及位移方式不同,可分為剛性擋土牆、柔性擋土牆和臨時支撐三類。
根據擋土牆的設定位置不同,分為路肩牆、路堤牆、路塹牆和山坡牆等。設定於路堤邊坡的擋土牆稱為路堤牆;牆頂位於路肩的擋土牆稱為路肩牆;設定於路塹邊坡的擋土牆稱為路塹牆;設定于山坡上,支承山坡上可能坍塌的覆蓋層土體或破碎岩層的擋土牆稱為山坡牆。
根據受力方式,分為仰斜式擋土牆和承重式擋土牆。
計算
1.室外地面活荷載:一般可取10kN/m2,荷載較小時也可取5.0kN/m2
2.土側壓力係數:
(1)一般可取靜止土壓力係數0.5;
(2)考慮到支座處可認為無側向位移,為靜止土壓力,跨中部分隨著側向位移的增大,逐漸趨向於主動土壓力,我院綜合取0.4,
(3)地下室施工採用護坡樁時可取0.33.
3.覆土重度:以前習慣取18,現在習慣取20,也有的院取19.
4.砼強度:宜取C30,有利於控制裂縫。
5.外側保護層:《全國民用建築人防技術措施》3.6.2注4上規定保護層厚度:“地下室外牆迎
水面有外防水層取30”;
《防水規範》規定取50是直接取用前蘇聯的規定,不適用於一般的地下室結構。
6.裂縫限值:有外防水時取0.3mm,無外防水時取0.2mm
7.調幅係數:不宜調幅太大,最多0.9,建議0.95。
8.考慮室內填土的有利作用:當基礎埋深低於室內地坪較深時(>2m時),可考慮室內填土的有利作用,此時,應要求回填時先回填室內後回填室外(此項作用不大)。
9.配筋:地下室外牆為控制收縮及溫度裂縫,水平筋間距不應大於150,配筋率宜取0.4%~0.5%(內外兩側均計入),有扶壁柱處應另增設直徑8mm短鋼筋,長度為柱寬加兩側各
800mm,間距150mm(在原有水平分布筋之間加此短筋)
10.其他:
(1)無上部結構柱相連的地下室外牆,支乘頂板梁處不宜設扶壁柱,扶壁柱使得此處牆為變截面,易產生收縮裂縫,不設扶壁柱頂板梁在牆上按鉸接考慮,此處牆無需設暗柱。
(2)地下室內外牆除了上部為框剪結構或外框架-核心心筒結構的剪力牆延伸者外,在樓層不需要設定暗梁,所有剪力牆在基礎底板處均不需要設定暗梁。
(3)單層或多層地下室外牆,均可按單向板或連續單向板計算,最上層地下室樓層板處按鉸支座,基礎底板處按固端
(4)窗井外側牆頂部敞開無頂板相連,其計算簡圖可根據窗井深度按三邊連續一邊自由,或水平多跨連續板計算,如按多跨連續板計算時,因為荷載上下差別大,可上下分段計算彎矩確定配筋。
(5)實際工程的地下室外牆截面設計中,豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用,通常不考慮豎向荷載組合的壓彎作用,僅按牆板彎曲計算牆的配筋。
新技術
關鍵字
加筋土擋牆;加筋環;拉筋帶
加筋土擋牆
加筋土擋牆是利用加筋土技術修建的一種支擋構築物,加筋土是一種在土中加入拉筋帶的複合土,它利用拉筋與土之間的摩擦作用,改善土體的變形條件和提高土體的工程性能,從而達到穩定土體的目的。加筋土技術的發明無疑是一項重大技術創新,然而在經過大量工程實踐和理論研究後逐漸發現一些不足,有些甚至是難以逾越的障礙,其主要表現在:由於加筋土作用機理的複雜性導致多種設計理論並存,都有道理卻都不能概全,有時依據設計理論計算的數據在模型試驗中不能得到理想的驗證,而從模型試驗中得到的數據有時又與現場實測數據差異較大,這使得設計人員常常對理論計算數據感到信心不足,為工程安全考慮只好依據個人經驗增加筋帶數量,從而導致費用增加。另外,筋帶表面難以防腐以及對填料適應性較差等缺陷是現有加筋技術的不足。
原理分析
鑒於拉筋帶實際套用中的諸多不足之處,經多年工程實踐及科研,提出一種可替代拉筋帶的新型材料——加筋環。
加筋環作用機理
加筋環的作業機理是充分利用鋼筋受拉強度高的特性,使環內填料產生的側向壓力轉由加筋環承擔,加筋環內的填料在垂直荷載的作用下受到擠壓並產生側向膨脹,而加筋環約束了這種側向變形,使側向壓力全部轉化為由鋼筋圓環來承擔。輥筋環阻斷了環內側壓力向環外的傳遞,使圓環內填料形成一個“餅”狀物,若干層“土餅”交叉疊加後組成加筋土實體。
加筋環受力分析
加筋環在垂直均布荷載作用下的受力狀態,與人們在土工實驗室中所做的三軸試驗相類似。測試環筋所承受的側向壓力有多大,只需貼上電阻應變片即可,當填料高度不斷上升時實測鋼筋的拉伸變形並計算出拉應力,以此判斷配筋是否合理,積累相當的實測數據可供理論分析和研究,為設計提供依據。
加筋環的優越性
加筋體內部受力明確
現有加筋土擋牆需要對筋帶和填料顆粒間的互相作用機理進行微觀分析,測試。然而由於筋帶材料的多樣性,填料的複雜性和測試手段的局限性,要準確地對各種不同條件下的加筋體下定義是比較困難的,如似摩擦係數的取值,從模型試驗時得到的值有時與現場實測的值差異很大。目前的理論分析方法又種類繁多,各有千秋,難以最後定論。
而加筋環加筋土擋牆則可避免一些複雜的微觀分析,只須對“圓餅狀”加筋體進行巨觀觀察:在某一加筋環上貼上電阻應變片,可以得知該加筋環內的填料在垂直荷載作用下產生多大側向壓力。不言而喻,建立在作用機理明確且實測數據可靠基礎上的工程設計具有較高的可靠度,也使得充分利用材料特性和大幅度降低加筋材料費用成為可能。
對填料適應性好
現有加筋土的穩定主要取決於筋帶與填料顆粒之間的摩阻力,因此對填料的物理性質及顆粒大小比較講究,粘性土因具有蠕變性質不是理想的填料,一般希望使用砂性土,這就使得推廣套用受到一定限制。而加筋環只是把環內填料圍合成一整體以阻止側向力外擴,且不論是粘性土還是砂性土都一樣。
加筋材料易於防腐
任何防腐材料塗洙在筋帶上都會在很大程度上影響筋帶與填料間的腐阻力,正是有此顧忌,所以現有加筋土擋牆中一般不予採用,然而沒有防腐材料保護的筋帶勢必會影響其耐久性,給擋土牆的長久穩定留下安全隱患。但採用加筋環卻無此顧忌,幾乎任何防腐材料都可以使用。
有利於施工
現有加筋土擋牆所設定的條形筋帶層間距較小且筋帶鋪設工藝要求高,施工作業順序是先鋪筋帶後覆土碾壓,這就很難避免在碾壓的過程中使筋帶受損和變形。而採用加筋環技術的施工工序恰恰與前者相反,是先碾壓整平後再沖切環溝置入加筋環,兩者互不干擾。
經濟效益好
以建造高10米,長100米加筋土擋牆為例,分別計算以採用CAT拉筋帶為加筋材料所需費用,和以採用加筋環為加筋材料所需費用,最後將兩種費用進行比較。
(1)以拉筋帶為加筋材料。
計算依據如下:
a.根據重慶永固拉筋帶廠提供的CAT決心很大塑鋼拉筋帶市場銷售價格:每噸14500元。
b.根據《加筋土擋牆工程圖集》第05頁“技術經濟指標一覽表”中:擋牆高度H_-10米,每延米擋牆所需要CAT拉筋帶102公斤。
根據上述資料計算得建100米擋牆需拉筋帶:102×100-10.2噸。所需費用為14500×10.2=147900元。
(2)以加筋環為加筋材料。
擋牆高10米,總長100米,共設6層加筋環,其中:大加筋環直徑為7米,設4層,沿擋牆縱向共1330,總數為13×4=52個;小加筋環直徑為4米,同樣設4層,沿擋牆縱向共2330,總數為23×4=92個。總需費用:63721元。兩者比較:63721/147900-0.43(43%),可見若採用加筋環則加筋材料費用下降過半。
加筋環技術
加筋環由3個同直徑鋼筋環和若干與之垂直相交的立筋擲扎而成內側附著土工格柵做襯墊。鋼筋按設計加筋環周長進行斷料和焊接,立筋斷料,立筋材料也可採用預製鋼筋砼短柱等。鋼筋環、立筋分別刷瀝青並外裹瀝青土工布防腐。3個鋼筋環和若干豎向立筋綁紮組成加筋環骨架,注意:立筋必須位於鋼筋環內側。鋼筋環內側附著(扎絲綁紮)土工格柵做襯墊。
沖切環溝
當分層填土碾壓至某一高程面後,平整作業面,然後按設計圖要求實地確定圓心位置,並按加筋環半徑精確畫圓。沖切鋼鏟(形狀類似挖土鐵鍬,但沒有彎曲狀)沿圓弧逐段沖切環溝環溝深度略深於加筋環高度,溝寬略寬於加筋環厚度,以正好能放下加筋環即可。沖切動能可由人工捶擊或機械衝壓,加筋環置入環溝後沿溝兩側夯壓密實。
安裝牆面板
牆面板預製後拼裝,為固定牆面板需要安裝錨固桿和錨固塊。為牆面穩定和施工安全,壓路機不能靠牆面板過近作業。靠牆面板處可採用人工或小型夯機分層夯實。
其它套用
該新技術可涉及現在所有採用加筋土技術的工程項目,如:將加筋環置於路堤(特別是高路堤)中可以穩定路基,防止邊坡下滑。將加筋環置於軟土地基中,可以加固軟土地基,提高地基承載力等。此外還有其它方面的擴展套用,如:連續向上疊加加筋可以構造超大型柔性筒倉,它可以用來貯存各種散裝集料,如:煤炭、礦砂、糧食供應等。
總結
採用“加筋環”替代拉筋帶使加筋土內部的受力狀態發生了很大的變化,目前注重研究土顆粒與筋帶之間的摩阻理論已不再適用,人們只要藉助電阻應變就可以非常直觀地觀察到加筋環在土壓作用下產生的拉伸變形,不必深入進行微觀分析,只要積累一定量的觀察資料即可,通過對資料的分析和研究,不難提出針對本地區條件適用的設計標準,再不會出現目前多種設計理論並存,讓人無所適從的兩難處境。但從加筋體外部觀察,革新後的加筋土擋牆幾乎沒有任何變化:現有加筋土擋牆所具備的所有工程特性全部保留,它的外部穩定計算理論和方法也可以不做任何改變。
相關圖書
附錄一
擋土牆立面及荷載圖
擋土牆類型及其斷面圖
懸臂式擋土牆配筋圖
擋土牆防、排水設施圖
擋土牆擴展基礎及台階式基礎圖
仰斜式路肩牆截面尺寸及參數表
折背式路堤、路塹牆截面尺寸及參數表
直立式路肩牆截面尺寸及參數表
直立式路堤、路塹牆截面尺寸及參數表
俯斜式路肩牆截面尺寸及參數表
俯斜式路堤牆截面尺寸及參數表
衡重式路肩牆截面尺寸及參數表
懸臂式路肩牆截面尺寸及配筋表(qk=10kPa)
懸臂式路肩牆截面尺寸及配筋表(qk=30kPa)
懸臂式路堤牆截面尺寸及配筋表
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