多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构及设计计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构及其设计计算方法，特别适用于于广大山地城市的土木工程建设领域。本发明提供的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构，包括竹筋加筋土结构和设置在竹筋加筋土结构中的竹筋、灰土。本发明还提供一种多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构的设计计算方法，包括以下几个步骤：a、确定级数、平台宽度、坡率、每级坡高，坡面线型；b、计算灰土配比；制作竹筋加筋带；c、确定竹筋加筋体的破裂面；d、进行土压力、竹筋?土的粘聚力计算；e、进行竹筋加筋带的设计布置。本发明具有就地取材，安全可靠，经济实用，施工方便，绿色生态的优点，经济效益和社会效益十分优越。
【专利说明】
多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构及设计计算方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构及设计计算方法，这种新型竹筋加筋土结构及设计计算方法不同于现有规范规定的普通加筋土结构，其设计计算方法也不相同。这种新型竹筋加筋土结构特别适合应用于我国广大山地城市、乡村的工业、交通建设中需要对大开挖、大填方地区进行多级高边坡支挡的土木工程领域。
【背景技术】
[0002]山区公路和铁路路肩两侧或高填土边坡挡土结构，常常采用加筋土挡土结构，现有技术中的加筋土结构坡面一般是垂直的，坡面用钢筋混凝土面板制成，加筋带为钢塑复合加筋带，加筋体的填料体为水稳性好、易压实的砂性土，如图1所示。由于现有加筋土结构需要预制钢筋混凝土面板、施工时再吊装面板，并将加筋带与面板可靠连接，由于面板是垂直的，施工不方便，同时对填土土质要求较高，常常需要到施工场地外挖运水稳性好、易压实的砂性土，场地内的土如果不符合要求，又要外运倒掉，所以造成普通加筋土挡土结构工程造价较高。另外，根据现行《公路加筋土工程设计规范》JTJ015-91规定:单级的加筋土结构潜在的破裂面可简化成为上部平行于墙面，下部通过墙角(与水平面夹角为45^0/2)的两段线组成，见图3，相应的土压力、加筋带等计算依据这种简化破裂面进行设计计算。
[0003]这种设计计算方法对于加筋土坡面为缓坡率，S卩非垂直面板，且为多级、错台的多级高边坡竹筋加筋土结构的情况却不适用，并且现行规范规定:墙高超过20米的加筋土结构需进行特殊设计，这对于边坡高度远大于20米的多级高边坡竹筋加筋土结构是不适合的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种可以就地取材，经济实用，安全可靠，施工方便，生态环保的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构，包括竹筋加筋体结构，所述竹筋加筋体结构由从下到上依次相连的两级以上的竹筋加筋体组成，所述竹筋加筋体中的加筋体筋带为竹筋带，每级竹筋加筋体由边坡和平台组成，所述边坡的坡率范围为1:1至1: 0.5，每一级竹筋加筋体平台的宽度大于该级竹筋加筋体高度的
0.3倍。
[0006]进一步的是，在竹筋加筋体结构表面设置有竹筋灰土面板。
[0007]进一步的是，在所述竹筋灰土面板背面的加筋带的填土为普通填土或杂填土。
[0008]本发明还提供了多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构的设计计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤:
[0009]a、根据地形地质条件确定多级竹筋加筋土结构的加筋体级数、放台的平台宽度、每级竹筋加筋体的边坡坡率、边坡高度及边坡线型;b、利用竹材制成竹筋加筋带并防腐，同时利用黏土、石灰，计算灰土配合比及最佳含水率;C、确定每一级竹筋加筋体的破裂面，具体为确定每一级坡体的破裂面4;其中确定每一级坡体破裂面4的方法为:在该级坡体平台上取与该级平台边缘的距离为该级坡体坡高的0.3倍的点作为第一点6，过第一点6做与该级坡体边坡坡面平行的直线并与位于该级坡体一半高度处的水平线相交于第二点7，取该级边坡坡角处的点为第三点8，依次连接第一点6、第二点7和第三点8形成破裂面4;d、根据已确定的破裂面，进行土压力计算及竹筋加筋带的粘聚力计算;e、根据b、d步骤的计算结果来进行竹筋加筋带的设计布置。
[0010]本发明的有益效果是:采用本申请技术方案设计的多级高边坡、宽平台加筋土结构，经过15年的实验和观测，其筋土结构变形和位移都极小，结构安全可靠，造价仅为现有加筋土结构的1/3，施工方便、就地取材，合理利用植被护坡，绿色生态，经济效益和社会效益十分优越。
【附图说明】
[0011]图1是现有技术的加筋土结构示意图；
[0012]图2是本发明的加筋土结构示意图；
[0013]图3是现有技术的加筋土结构破裂面模型；
[0014]图4是本发明提出的确定多级竹筋加筋土结构破裂面模型及土压力分布图。
[0015]图中零部件、部位及编号:一级土体1、二级土体2、三级土体3、破裂面4、竹筋5、第一点6、第二点7、第三点8。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017]如图2、图4所示，为解决上述技术问题，本发明采用的多级高边坡、宽平台式加筋土结构及设计、计算方法包括:a、根据地形地质条件确定多级竹筋加筋土结构的加筋体级数、防台的平台宽度、每级竹筋加筋体的边坡坡率、边坡高度及边坡线型;b、利用竹材制成竹筋加筋带并防腐，同时利用当地黏土、石灰，计算灰土配合比及最佳含水率;C、根据本发明的方法来确定每一级竹筋加筋体的破裂面，并由此来确定边坡稳定区和非稳定区；d、根据已确定的破裂面，进行土压力计算及竹筋加筋带的粘聚力计算;e、根据b、d步骤的计算结果来进行竹筋加筋带的设计布置。竹筋加筋体结构由从下到上依次相连的两级以上土体(加筋体)组成，如:一级土体1、二级土体2和三级土体3组成，每级土体结构由边坡和平台组成，边坡的坡率范围一般为1:1至1:0.5之间，其所采用的多级宽平台式错台，每一级土体I错台(平台)的宽度大于该级土体结构高度的0.3倍。本申请的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构采用了多级放台(错台)的结构形式，每台高度通常在6-20米之间，边坡总高度可做到50米以上，特别适合高山深沟高边坡填筑。采用前述结构后与现有技术的加筋土结构如图1所示相比结构安全可靠性更高，既就地取材，又施工方便，工程造价更低，还绿色生态。本申请采用竹筋5作为竹筋加筋带，土体3的填料为就地取用的普通填土，面板土体需与石灰适配比即可，其竹筋、填土、石灰材料可以在工程实施地就地取材，大大节约了工程成本。
[0018]所述边坡上设置有灰土挡土面板。为提高结构安全性，需在边坡上设置竹筋灰土挡土面板。
[0019]所述竹筋灰土挡土面板为竹筋包裹式灰土面板。采用竹筋包裹式灰土面板在增加结构安全稳定性的同时可以利用植被在坡面生长，既可以起到护坡的作用，又可以改善生态环境。
[0020]本申请采用多级高边坡、宽平台式加筋土结构及设计、计算方法，其中课题组通过实验室模型试验和模型破坏分析，提出的多级竹筋加筋土结构及设计、计算方法的主要步骤为:
[0021]a、根据地形地质条件确定多级竹筋加筋土结构的加筋体级数、放台的平台宽度、每级竹筋加筋体的边坡坡率、边坡高度及边坡线型;b、利用竹材制成竹筋加筋带并防腐，同时利用黏土、石灰，计算灰土配合比及最佳含水率;C、根据本发明的方法来确定每一级竹筋加筋体的破裂面，并由此来确定边坡稳定区和非稳定区，具体为确定每一级土体的破裂面4;其中确定每一级土体破裂面4的方法为:在该级土体平台上取与该级平台边缘的距离为该级土体坡高的0.3倍的点作为第一点6，过第一点6做与该级土体边坡坡面平行的直线并与位于该级土体一半高度处的水平线相交于第二点7，取该级边坡坡角处的点为第三点8，依次连接第一点6、第二点7和第三点8形成破裂面4;d、计算土压力及竹筋一土粘聚力。根据前述a步骤已确定的4即为破裂面，土压力计算可根据图2中破裂面模型分三台按照《公路加筋土工程设计规范》JTJ015-91规定，分别计算土压力，并进行竹筋加筋带的粘聚力计算;e、根据b、d步骤的计算结果来进行竹筋加筋带的设计布置。
[0022]如图2所示，下面以三级土体为例来说明课题组通过模型试验提出的破裂面模型确立方法，确定每一级土体I分界线4的方法为:找出位于该级土体结构平台上的第一点6，过第一点6做与该级土体结构边坡坡面平行的直线并与位于该级土体结构一半高度处的水平线相交于第二点7，取该级边坡坡角处的点为第三点8，依次连接第一点6、第二点7和第三点8形成分界线4，其中一级土体I的第一点6为一级土体I平台上距该级平台边缘2.7m位置处的点，二级土体2的第一点6为二级土体2平台上距该级平台边缘3.6m位置处的点，三级土体3的第一点6为三级土体3平台上距该级平台边缘3.6m位置处的点；
[0023]经过工程实际验证，按照本申请的设计计算方法修建的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土拱坝挡土结构成功地解决了 80多万方水稳性差的昔格达土的回填问题，并且新增了60多亩的建设用地，经过实地的实验和观测，该竹筋加筋土拱坝挡土结构历时15年使用和攀枝花“8.30”地震检验，至今无明显变形、沉降和位移，结构安全可靠，其造价仅为现有普通加筋土结构的1/3，而且施工方便、就地取材、绿色生态，经济和社会效益十分优越。
【主权项】
1.多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构，包括竹筋加筋体结构，其特征在于:所述竹筋加筋体结构由从下到上依次相连的两级以上的竹筋加筋体组成，所述竹筋加筋体中的加筋体筋带为竹筋带，每级竹筋加筋体由边坡和平台组成，所述边坡的坡率范围为1:1至1:0.5，每一级竹筋加筋体平台的宽度大于该级竹筋加筋体高度的0.3倍。2.如权利要求1所述的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构，其特征在于:在竹筋加筋体结构表面设置有竹筋灰土面板。3.如权利要求2所述的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构，其特征在于:在所述竹筋灰土面板背面的加筋带的填土为普通填土或杂填土。4.权利利要求I至3中任一项利要求所述的多级高边坡、宽平台式竹筋加筋土结构的设计计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤: a、根据地形地质条件确定多级竹筋加筋土结构的加筋体级数、放台的平台宽度、每级竹筋加筋体的边坡坡率、边坡高度及边坡线型;b、利用竹材制成竹筋加筋带并防腐，同时利用黏土、石灰，计算灰土配合比及最佳含水率;C、确定每一级竹筋加筋体的破裂面，具体为确定每一级坡体的破裂面4;其中确定每一级坡体破裂面4的方法为:在该级坡体平台上取与该级平台边缘的距离为该级坡体坡高的0.3倍的点作为第一点6，过第一点6做与该级坡体边坡坡面平行的直线并与位于该级坡体一半高度处的水平线相交于第二点7，取该级边坡坡角处的点为第三点8，依次连接第一点6、第二点7和第三点8形成破裂面4;d、根据已确定的破裂面，进行土压力计算及竹筋加筋带的粘聚力计算;e、根据b、d步骤的计算结果来进行竹筋加筋带的设计布置。
【文档编号】E02D17/20GK105908763SQ201610451356
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】张世贤, 张建经, 黄双华, 周德培
【申请人】西南交通大学, 攀枝花学院