多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構及設計計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構及其設計計算方法，特別適用于于廣大山地城市的土木工程建設領域。本發(fā)明提供的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構，包括竹筋加筋土結構和設置在竹筋加筋土結構中的竹筋、灰土。本發(fā)明還提供一種多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構的設計計算方法，包括以下幾個步驟：a、確定級數(shù)、平臺寬度、坡率、每級坡高，坡面線型；b、計算灰土配比；制作竹筋加筋帶；c、確定竹筋加筋體的破裂面；d、進行土壓力、竹筋?土的粘聚力計算；e、進行竹筋加筋帶的設計布置。本發(fā)明具有就地取材，安全可靠，經濟實用，施工方便，綠色生態(tài)的優(yōu)點，經濟效益和社會效益十分優(yōu)越。
【專利說明】
多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構及設計計算方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構及設計計算方法，這種新型竹筋加筋土結構及設計計算方法不同于現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定的普通加筋土結構，其設計計算方法也不相同。這種新型竹筋加筋土結構特別適合應用于我國廣大山地城市、鄉(xiāng)村的工業(yè)、交通建設中需要對大開挖、大填方地區(qū)進行多級高邊坡支擋的土木工程領域。
【背景技術】
[0002]山區(qū)公路和鐵路路肩兩側或高填土邊坡?lián)跬两Y構，常常采用加筋土擋土結構，現(xiàn)有技術中的加筋土結構坡面一般是垂直的，坡面用鋼筋混凝土面板制成，加筋帶為鋼塑復合加筋帶，加筋體的填料體為水穩(wěn)性好、易壓實的砂性土，如圖1所示。由于現(xiàn)有加筋土結構需要預制鋼筋混凝土面板、施工時再吊裝面板，并將加筋帶與面板可靠連接，由于面板是垂直的，施工不方便，同時對填土土質要求較高，常常需要到施工場地外挖運水穩(wěn)性好、易壓實的砂性土，場地內的土如果不符合要求，又要外運倒掉，所以造成普通加筋土擋土結構工程造價較高。另外，根據(jù)現(xiàn)行《公路加筋土工程設計規(guī)范》JTJ015-91規(guī)定:單級的加筋土結構潛在的破裂面可簡化成為上部平行于墻面，下部通過墻角(與水平面夾角為45^0/2)的兩段線組成，見圖3，相應的土壓力、加筋帶等計算依據(jù)這種簡化破裂面進行設計計算。
[0003]這種設計計算方法對于加筋土坡面為緩坡率，S卩非垂直面板，且為多級、錯臺的多級高邊坡竹筋加筋土結構的情況卻不適用，并且現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定:墻高超過20米的加筋土結構需進行特殊設計，這對于邊坡高度遠大于20米的多級高邊坡竹筋加筋土結構是不適合的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可以就地取材，經濟實用，安全可靠，施工方便，生態(tài)環(huán)保的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構，包括竹筋加筋體結構，所述竹筋加筋體結構由從下到上依次相連的兩級以上的竹筋加筋體組成，所述竹筋加筋體中的加筋體筋帶為竹筋帶，每級竹筋加筋體由邊坡和平臺組成，所述邊坡的坡率范圍為1:1至1: 0.5，每一級竹筋加筋體平臺的寬度大于該級竹筋加筋體高度的
0.3倍。
[0006]進一步的是，在竹筋加筋體結構表面設置有竹筋灰土面板。
[0007]進一步的是，在所述竹筋灰土面板背面的加筋帶的填土為普通填土或雜填土。
[0008]本發(fā)明還提供了多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構的設計計算方法，其特征在于，包括以下幾個步驟:
[0009]a、根據(jù)地形地質條件確定多級竹筋加筋土結構的加筋體級數(shù)、放臺的平臺寬度、每級竹筋加筋體的邊坡坡率、邊坡高度及邊坡線型;b、利用竹材制成竹筋加筋帶并防腐，同時利用黏土、石灰，計算灰土配合比及最佳含水率;C、確定每一級竹筋加筋體的破裂面，具體為確定每一級坡體的破裂面4;其中確定每一級坡體破裂面4的方法為:在該級坡體平臺上取與該級平臺邊緣的距離為該級坡體坡高的0.3倍的點作為第一點6，過第一點6做與該級坡體邊坡坡面平行的直線并與位于該級坡體一半高度處的水平線相交于第二點7，取該級邊坡坡角處的點為第三點8，依次連接第一點6、第二點7和第三點8形成破裂面4;d、根據(jù)已確定的破裂面，進行土壓力計算及竹筋加筋帶的粘聚力計算;e、根據(jù)b、d步驟的計算結果來進行竹筋加筋帶的設計布置。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用本申請技術方案設計的多級高邊坡、寬平臺加筋土結構，經過15年的實驗和觀測，其筋土結構變形和位移都極小，結構安全可靠，造價僅為現(xiàn)有加筋土結構的1/3，施工方便、就地取材，合理利用植被護坡，綠色生態(tài)，經濟效益和社會效益十分優(yōu)越。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術的加筋土結構示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明的加筋土結構示意圖；
[0013]圖3是現(xiàn)有技術的加筋土結構破裂面模型；
[0014]圖4是本發(fā)明提出的確定多級竹筋加筋土結構破裂面模型及土壓力分布圖。
[0015]圖中零部件、部位及編號:一級土體1、二級土體2、三級土體3、破裂面4、竹筋5、第一點6、第二點7、第三點8。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖2、圖4所示，為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的多級高邊坡、寬平臺式加筋土結構及設計、計算方法包括:a、根據(jù)地形地質條件確定多級竹筋加筋土結構的加筋體級數(shù)、防臺的平臺寬度、每級竹筋加筋體的邊坡坡率、邊坡高度及邊坡線型;b、利用竹材制成竹筋加筋帶并防腐，同時利用當?shù)仞ね?、石灰，計算灰土配合比及最佳含水?C、根據(jù)本發(fā)明的方法來確定每一級竹筋加筋體的破裂面，并由此來確定邊坡穩(wěn)定區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)；d、根據(jù)已確定的破裂面，進行土壓力計算及竹筋加筋帶的粘聚力計算;e、根據(jù)b、d步驟的計算結果來進行竹筋加筋帶的設計布置。竹筋加筋體結構由從下到上依次相連的兩級以上土體(加筋體)組成，如:一級土體1、二級土體2和三級土體3組成，每級土體結構由邊坡和平臺組成，邊坡的坡率范圍一般為1:1至1:0.5之間，其所采用的多級寬平臺式錯臺，每一級土體I錯臺(平臺)的寬度大于該級土體結構高度的0.3倍。本申請的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構采用了多級放臺(錯臺)的結構形式，每臺高度通常在6-20米之間，邊坡總高度可做到50米以上，特別適合高山深溝高邊坡填筑。采用前述結構后與現(xiàn)有技術的加筋土結構如圖1所示相比結構安全可靠性更高，既就地取材，又施工方便，工程造價更低，還綠色生態(tài)。本申請采用竹筋5作為竹筋加筋帶，土體3的填料為就地取用的普通填土，面板土體需與石灰適配比即可，其竹筋、填土、石灰材料可以在工程實施地就地取材，大大節(jié)約了工程成本。
[0018]所述邊坡上設置有灰土擋土面板。為提高結構安全性，需在邊坡上設置竹筋灰土擋土面板。
[0019]所述竹筋灰土擋土面板為竹筋包裹式灰土面板。采用竹筋包裹式灰土面板在增加結構安全穩(wěn)定性的同時可以利用植被在坡面生長，既可以起到護坡的作用，又可以改善生態(tài)環(huán)境。
[0020]本申請采用多級高邊坡、寬平臺式加筋土結構及設計、計算方法，其中課題組通過實驗室模型試驗和模型破壞分析，提出的多級竹筋加筋土結構及設計、計算方法的主要步驟為:
[0021]a、根據(jù)地形地質條件確定多級竹筋加筋土結構的加筋體級數(shù)、放臺的平臺寬度、每級竹筋加筋體的邊坡坡率、邊坡高度及邊坡線型;b、利用竹材制成竹筋加筋帶并防腐，同時利用黏土、石灰，計算灰土配合比及最佳含水率;C、根據(jù)本發(fā)明的方法來確定每一級竹筋加筋體的破裂面，并由此來確定邊坡穩(wěn)定區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)，具體為確定每一級土體的破裂面4;其中確定每一級土體破裂面4的方法為:在該級土體平臺上取與該級平臺邊緣的距離為該級土體坡高的0.3倍的點作為第一點6，過第一點6做與該級土體邊坡坡面平行的直線并與位于該級土體一半高度處的水平線相交于第二點7，取該級邊坡坡角處的點為第三點8，依次連接第一點6、第二點7和第三點8形成破裂面4;d、計算土壓力及竹筋一土粘聚力。根據(jù)前述a步驟已確定的4即為破裂面，土壓力計算可根據(jù)圖2中破裂面模型分三臺按照《公路加筋土工程設計規(guī)范》JTJ015-91規(guī)定，分別計算土壓力，并進行竹筋加筋帶的粘聚力計算;e、根據(jù)b、d步驟的計算結果來進行竹筋加筋帶的設計布置。
[0022]如圖2所示，下面以三級土體為例來說明課題組通過模型試驗提出的破裂面模型確立方法，確定每一級土體I分界線4的方法為:找出位于該級土體結構平臺上的第一點6，過第一點6做與該級土體結構邊坡坡面平行的直線并與位于該級土體結構一半高度處的水平線相交于第二點7，取該級邊坡坡角處的點為第三點8，依次連接第一點6、第二點7和第三點8形成分界線4，其中一級土體I的第一點6為一級土體I平臺上距該級平臺邊緣2.7m位置處的點，二級土體2的第一點6為二級土體2平臺上距該級平臺邊緣3.6m位置處的點，三級土體3的第一點6為三級土體3平臺上距該級平臺邊緣3.6m位置處的點；
[0023]經過工程實際驗證，按照本申請的設計計算方法修建的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土拱壩擋土結構成功地解決了 80多萬方水穩(wěn)性差的昔格達土的回填問題，并且新增了60多畝的建設用地，經過實地的實驗和觀測，該竹筋加筋土拱壩擋土結構歷時15年使用和攀枝花“8.30”地震檢驗，至今無明顯變形、沉降和位移，結構安全可靠，其造價僅為現(xiàn)有普通加筋土結構的1/3，而且施工方便、就地取材、綠色生態(tài)，經濟和社會效益十分優(yōu)越。
【主權項】
1.多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構，包括竹筋加筋體結構，其特征在于:所述竹筋加筋體結構由從下到上依次相連的兩級以上的竹筋加筋體組成，所述竹筋加筋體中的加筋體筋帶為竹筋帶，每級竹筋加筋體由邊坡和平臺組成，所述邊坡的坡率范圍為1:1至1:0.5，每一級竹筋加筋體平臺的寬度大于該級竹筋加筋體高度的0.3倍。2.如權利要求1所述的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構，其特征在于:在竹筋加筋體結構表面設置有竹筋灰土面板。3.如權利要求2所述的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構，其特征在于:在所述竹筋灰土面板背面的加筋帶的填土為普通填土或雜填土。4.權利利要求I至3中任一項利要求所述的多級高邊坡、寬平臺式竹筋加筋土結構的設計計算方法，其特征在于，包括以下幾個步驟: a、根據(jù)地形地質條件確定多級竹筋加筋土結構的加筋體級數(shù)、放臺的平臺寬度、每級竹筋加筋體的邊坡坡率、邊坡高度及邊坡線型;b、利用竹材制成竹筋加筋帶并防腐，同時利用黏土、石灰，計算灰土配合比及最佳含水率;C、確定每一級竹筋加筋體的破裂面，具體為確定每一級坡體的破裂面4;其中確定每一級坡體破裂面4的方法為:在該級坡體平臺上取與該級平臺邊緣的距離為該級坡體坡高的0.3倍的點作為第一點6，過第一點6做與該級坡體邊坡坡面平行的直線并與位于該級坡體一半高度處的水平線相交于第二點7，取該級邊坡坡角處的點為第三點8，依次連接第一點6、第二點7和第三點8形成破裂面4;d、根據(jù)已確定的破裂面，進行土壓力計算及竹筋加筋帶的粘聚力計算;e、根據(jù)b、d步驟的計算結果來進行竹筋加筋帶的設計布置。
【文檔編號】E02D17/20GK105908763SQ201610451356
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】張世賢, 張建經, 黃雙華, 周德培
【申請人】西南交通大學, 攀枝花學院