新型挡土墙技术在建筑基地防护中的应用分析

　　摘要：本文结合中南地区自然、地理、气候情况以及工程特点，借鉴相关领域成熟的生态防护做法，对建筑边坡防护体系中的挡土墙的新做法进行分析和探讨，以期对建筑边坡的防护体系的革新有一定的促进作用。
　　关键词：挡土墙技术；建筑基地；防护
　　前言
　　挡土墙不但要很好的排水，又要很好地保土；既要形成生态化结构，又要安全可靠，这是个相互制约的矛盾，也正是生态挡土墙的研究任务。工程建设边坡防护措施中经常使用挡土结构，其中重力式挡土墙使用最为广泛，主要是砌石或混凝土结构。传统工程结构在满足安全可靠性的要求后，往往很难实现绿化生态目标。
　　1当前新型挡土墙的研究成果及发展趋势
　　传统工程类挡土墙，如浆砌块石挡土墙、现浇混凝土或预制混凝土挡墙，对水的交换几乎是完全阻隔的，墙背填土主要通过少量泄水孔与外界交换水分。挡墙本身和土壤处于相对独立的状态，除了简单的应力关系之外，没有形成“水交互”共同体。新型挡土墙正是以这一点为突破口，在防水方式上不是简单的堵和泄，而是将墙体本身和土壤形成稳定的力学共同体，通过独特的设计让水在墙体和土壤之间自由渗透、循环，当然这一切都是在保证挡墙稳定的前提下进行的。变“堵”为“疏”应该是挡土墙的发展方向，这也使挡土墙同时具有了生态学意义。和传统重力式挡土墙相比，新型挡土墙最大的区别就是材料更新、结构更优化、受力更合理。新型挡土墙本质上是一种柔性结构的重力式挡土墙，它主要通过各种挡土块之间的无砂浆或其他固结措施的联结而组成稳定的整体，抵抗土侧压力。它可以承受较大的位移而不至于失稳破坏，对小规模的基础沉陷或短暂的非常荷载组合（如地震、高地下水位等）具有高度的适应能力。
　　2新型挡土墙与传统意义上的挡土墙的比较
　　新型挡土墙又称为“生态景观挡土墙”，与传统的砌石重力式挡土墙、混凝土挡土墙等结构相比具有如下优点：
　　(1)挡土结构本身重量轻
　　通过在预制混凝土块上留孔等方法，块体的表现重度控制在18KN/m3~20KN/m3之间，比岩石和现浇混凝土的重度低，基本接近土壤的重度。
　　(2)砌块体之间相互咬合联结
　　砌块间通过退台、榫接等方式具有自锁作用，增加了接触面的抗剪强度，从而提高了承担土压力的能力。
　　(3)砌块与墙后填土形成整体关系
　　通过墙体和墙后填土中分层铺设的土工格栅，使砌块与墙后填土形成整体结构，改善了挡土结构受力特性。
　　(4)生态景观挡土墙采用干砌施工，属于柔性结构
　　能够通过适应变形来释放、消减土压力，不需设置变形缝。
　　(5)颜色和外形可以变换，景观性很强
　　砌块外观必要时可以使用颜色、仿石、各种图案等景观形态，色彩可以根据工程整体自然环境效果调色，可以营造丰富多变的色彩挡土墙。
　　(6)砌块间排水方式更自由，填土和砌块间的排水通道畅通。
　　(7)施工简单，施工速度快
　　即使在雨季也能施工，可大大缩短工期，降低造价。
　　3自嵌式植生挡土墙
　　自嵌式植生挡土墙是从加筋土挡土墙延伸出的一种新型复合结构物，由自嵌式植生挡土块（鱼巢砖）、加筋材料（土工格栅）、滤水填料和墙后土体及基础五部分组成。自嵌式植生挡土结构是依靠自嵌式挡土块干垒而形成的柔性挡土结构，主要依靠自嵌式挡土块块体自重来抵抗动静荷载，将外部应力化整为零，达到稳定的作用。此结构无需砂浆、混凝土施工，依靠带有凸缘的块与块之间嵌锁作用和自身重量来防止滑动倾覆。挡土块和水平分层布置拉接网片构成加筋挡土墙，土体中的拉接网片使块体挡土墙与土体成为一个整体，从而加大了墙身宽度和重量。这样，砌块和加筋土共同作用相当于重力式挡土墙抵抗土压力和顶部荷载等的破坏作用。
　　
　　图1自嵌式挡土墙挡土块
　　自嵌式植生挡土块（见图1）因其后缘槽口的存在自然形成12°的坡度，使墙体重心偏内，增加墙体在侧向土压力作用下的抗倾覆能力。具有良好的耐腐蚀性、耐水性和抗冻性，适于各种邻水工程；结构上，它是柔性重力式结构，能适应较大的整体沉降和一定程度的不均匀沉降，允许块体微小的位移。比较各种类型混凝土护岸，它的适应性更强；从水力学角度，采用墙身和墙趾同时排水的干垒挡土墙排水结构，比较传统的砖石结构，自嵌式植生挡土墙系统排水效果更好，墙体水压力较小，稳定性更好。
　　4生态袋挡土墙
　　4.1综述及使用范围
　　用柔性生态边坡工程系统构筑的生态挡土墙，基础建设和坡面绿化融为一体，同步施工，工期短，坡体坚固。随着后期植物的根系向土壤中扎根，犹如无数根锚杆使得边坡的稳定性愈加坚固，形成永久稳固的挡土墙系统；可以涵养水源，减少水土流失，净化空气，保护生态，美化环境，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益，是边坡防护建设、治理和绿化的一种趋势性代表性工程系统，代表着边坡建设、治理和绿化的发展方向。
　　凭借其独特的受力结构，生态袋技术把生态边坡和工程基础紧密相连，把无限土改性成剪切应力强大的有限土，实现了在0度和90度之间选择工程边坡坡度的自由。不仅减少了面积，而且在施工结束后，无需或大大减少了维护费用，可以降低10~30%的工程总造价。生态袋技术不仅可以作为挡土墙使用，还可以用做大面积的护坡坡面覆盖材料。可广泛应用于建筑、道路等边坡的建设、治理和绿化中，以及屋顶绿化、城市园林建设等领域。
　　4.2结构特点
　　生态袋挡土墙是将生态袋单体砌合联结成一个结构稳定的整体支挡结构。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2）。在构筑较陡的回填土边坡时，一般将三维排水联结扣和土工格栅结合使用，加强土体稳定性（如图3）。
　　
　　图2生态袋挡土墙结构示意图
　　
　　图3生态袋与土工格栅搭配使用示意图
　　5新型挡土墙技术在建筑基地防护中的应用分析
　　前面分析的两种新型挡土墙在本质上应该还是属于重力式挡土墙范畴，但是它的设计过程中更多的融入了生态理念，在结构上一改过去的传统思路，采用化整为零、变刚为柔的途径。它不仅具备的环境友好、稳定、柔性构造等优点，另外还可以解决软土、淤泥质土等特殊地质条件下承载力不足带来的相关问题，以及在边坡上修建挡土墙而带来的相关稳定性问题。传统挡土墙是通过加大地基承载力来承载墙身的重量，新型挡土墙则是减轻挡土墙墙身的重量来适应地基承载力，不仅提高了施工速度，也节约了很多复杂地基处理成本。
　　5.1发展新型挡土墙的现实性和必要性
　　(1)有利于节省资金
　　随着建筑规模的扩大，基地防护的费用也在逐年增加。采用混凝土挡墙施工，随着时间的推移，会出现混凝土老化、开裂、小孔蚁化而成为安全隐患，不得不重新加固。与混凝土挡墙不同的是，结合植被的新型挡墙随着时间的推移，植被的根系将会进一步发展，更加牢固的吸附着土壤，使挡墙的稳定性进一步提高；在挡墙的表面形成牢固而致密的绿篱带，使之成为绿色长城、生态屏障。
　　(2)有利于可持续发展
　　挡土墙发生事故，多半是由于墙后回填土或透水层排水不畅而引起的。新型挡土墙采用干垒形式，挡土块是透水的，这就缓解了墙后排水装置外的水荷载对墙面板的压力，增加了墙体的安全性，非常适合南方地区多雨而又地质条件复杂的情况。
　　总之，结合当地的实际情况，合理的运用新型挡墙防护，可以防止水土流失，维持土体稳定，并且有利于坡面的生态恢复。
　　5.2在建筑基地防护中的使用原则
　　(1)安全性原则
　　防护必须贯彻建筑设计中的安全原则，在影响建筑安全的关键性部位使用新型挡土墙尤其要慎重，避免防护功能缺失后造成重大生命财产损失。边坡自身稳定性不足的情况下，只有采取强制工程措施进行防护；对土体稳定的边坡和景观边坡的挡土墙选择新型挡土墙必须经过实际条件下的应力验算和合理设计，对土工格栅的强度、抗拔性、抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性验算及基底应力计算很重要。
　　(2)经济性原则
　　新型挡土墙对施工条件、施工设备要求不高，辅助材料可以就地取材。工人的工作量比传统挡土墙要小很多，所以施工的人工费支出较少；工人很容易掌握技术要领，施工速度快，对工程成本的控制空间较大。对建筑防护中的小型挡土墙有很大的适用性。
　　(3)生态价值原则
　　新型挡土墙是绿色环保工程，施工过程中几乎不用使用水泥和钢筋，生态效益很明显，特别有利于建筑小环境营造。
　　5.3实际应用中的几点考虑
　　(1)土工格栅的腐蚀
　　新型挡土墙中的土工格栅主要成分大多玻璃纤维材料，加筋带的腐蚀是实际使用过程中必须考虑的问题。目前常规的工厂化处理方法有：浸PVC法和浸沥青法。现场处理方法有：控制填土质量法、柔性防腐层法。无论什么方法处理都要考虑到紫外线不能长期直接照射。
　　(2)填土夯实密度
　　如果填土的夯实密度达不到设计要求，可能产生填土下沉，这会对土工格栅及自嵌式挡土块带来不必要的变形和受力状况的改变，影响结构的稳定性。同时，填土质量的好坏，将引起土壤的物理化学性能发生改变，直接影响设计的准确性和结构的稳定性。特别是对粘性土，应考虑其最佳含水量。当含水量适当时，夯实是不困难的。
　　(3)地基及填土边坡
　　虽然新型挡土墙对地基承载力要求不高，但当复合土体下的原状地基承载力不能满足要求时，就应进行地基处理和设计。常用方法有：换填、加大基础的高度和宽度、加筋地基、强夯处理、桩基等。设计挡土墙时，不仅内部稳定性的计算必须得到保证，还必须慎重考虑土体稳定、填土边坡和基础安全，以确保挡土墙结构的正常使用。
　　(4)地基及反滤层水
　　在挡土墙工程中，应注意地表排水、地下排水系统和护脚的设计，使地基经常处于干燥、坚固和稳定的状态。挡土墙的反滤层起到多种作用，不仅使复合土体中的水能及时排出，同时也加大块与块之间的摩擦力和适应水位骤降等变化。
　　(5)沉降缝与伸缩缝
　　由于自嵌式景观挡土墙一般裸露于室外，温差的变化、地基的沉降、收缩和膨胀，将引起结构变形，从而影响工程的使用年限，实际中应注意基础沉降缝与压顶伸缩缝的设置。土质地基为10米设计一道，岩石地基可适当增大。同时，其缝宽度应控制为1~2厘米。可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞。新型挡土墙为柔性结构，因此有利于地基沉降的应力释放。
　　结束语
　　本文主要探讨和研究建筑边坡防护中的挡土墙技术，在总结新型挡土墙发展新趋势的基础上，对自嵌式植生挡土墙和生态袋挡土墙的结构特点和防护机理进行了分析，提出了适合建筑防护的新型生态挡土墙形式，并分析了新型挡土墙在建筑基地防护中的使用原则和实际应用过程中应注意的几点问题。
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