装配式生态挡墙及其安全性验算方法技术

本发明专利技术公开一种装配式生态挡墙及其安全性验算方法。针对现有技术环境协调性能极差或施工工序增多、施工周期长，总成本不易控的缺陷，本发明专利技术提供一种装配式生态挡墙。产品是多层单体重叠装配成一体的条状梯形台结构，单体间固定联接，单体主体是梯形台状钢框架，钢框架内填充两层基质，内层是配重基质层、外层是生态基质层。生态基质层是以多孔混凝土为骨架，能够生长植物。本发明专利技术还提供挡墙设计安全性的验算方法，分别从抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性、地基承载力安全性、螺栓的抗剪与抗拉承载力安全性四方面验算安全性。本产品有较高的环境协调性，材料加工安装成本经济，现场组合使用灵活方便，在各类边坡灾害与灾害隐患地点有较高的适用性。有较高的适用性。有较高的适用性。

【技术实现步骤摘要】
装配式生态挡墙及其安全性验算方法


[0001]本专利技术涉及一种地质灾害防治用装置，特别是涉及一种用于坡体灾害的拦墙结构及其安全性验算方法，属于地质灾害防治工程


技术介绍

[0002]边坡灾害是受多种环境因素综合影响下诱发的地质灾害类型之一。其不仅是单独类型的地质灾害，也是多种类型地质灾害的衍生性灾害形式，因而具有常发性与分散性等特征。无论哪一种类型与规模的边坡灾害，都是坡体滑移面以上的土体沿滑移面向滑运动引发的地质问题，重点灾害区域是坡脚区域。“拦挡”措施是坡体地质灾害中一种主要的防治手段。
[0003]实施拦挡措施的主要装置是放置在坡脚部的各类挡墙。挡墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定，防止下滑土体对坡脚区域引发严重危害的构筑物。挡墙通常为钢筋混凝土结构，存在两方面缺陷：其一、铺设钢筋混凝土需要大量机械设备夯实边坡的土层，硬化坡体，因而工程量大，且钢筋混凝土构筑体的环境协调性能极差。其二、钢筋混凝土缺乏透水性，为了保护构筑体，需要额外设置排水管，导致施工工序增多、施工周期长，总成本增加。
[0004]专利号为ZL 2016107679031的中国专利技术专利公开了一种用于矿山植物修复的植物垫生态挡墙。该产品包括定位架及植物垫，定位架包括定位锚索、承载架、连接铰链及定位扣，载架通过定位扣与植物垫连接，植物垫嵌于承载架内，且每个承载架内均设一个植物垫并与植物垫同轴分布，植物垫包括定位杆、导流管、无纺布外层、聚丙纶包覆层、种植基材及植被种子。该挡墙有三方面缺陷：其一、是固定安装在坡面上，所以只能一次性使用。其二、通过增加植物垫增强了挡墙的环境协调性，但该挡墙是一种固定安装在边坡上的结构体，在提高坡体滑移层土体的稳定性的同时也不可避免地增加了滑移层土体的承重，反而提高了边坡灾害，尤其是滑坡发生的可能性。其三、该挡墙结构同样保留了导流管等结构为植物生长提供条件，无论设计结构还是施工方法都较为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种生态挡墙。该挡墙在具有环境协调性高的同时，还具有结构简洁，可以重复使用、组合使用的优势。
[0006]为实现上述目的，本专利技术首先提供一种装配式生态挡墙，其技术方案如下：
[0007]一种装配式生态挡墙，其特征在于：是多层单体重叠装配成一体的条状梯形台结构，单体间固定联接；所述单体主体是梯形台状钢框架，钢框架内填充两层基质，内层是配重基质层、外层是生态基质层。
[0008]上述装配式生态挡墙整体为条状梯形台结构，多层设计，由单体上下层叠并固定联接在一起。单体是梯形台状钢框架结构，外部为钢框架，钢框架内填充两层基质。内层基质起配重作用，外层基质起提供生态面作用。
[0009]在优化设计下，配重基质层一般填充卵石和/或块石，既能就地取材，又有很好透水透气性。生态基质层是以多孔混凝土为骨架，孔内填充土壤与植物种籽和/或存活植物根系的混合物的结构。生态基质层能够生长出活植株，从而使整个挡墙外观有良好的生态协调性。植物种籽和/或存活植物根系一般选用禾本科(Gramineae)的绿化草种，如狗牙根(Cynodondactylon(L.)Pers.)、假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro)Hack.)、弯叶画眉草(Eragrostis curvula(Schrad.)Nees)、百喜草(Paspalum notatumFlugge)、地毯草(Axonopus compressus(Sw.)Beauv.)。这类草种生命力强、根系破固土力强但坏力小。
[0010]上述挡墙的一种适用性广泛的更进一步优化结构是：单体主体是三面直壁、横截面为直角梯形的梯形台状钢框架，迎向坡体方向的墙背是长矩形直壁面；单体的钢框架采用十字格栅钢框架，各层单体间通过螺栓联接。由此构成的挡墙整体也是一个三面直壁、横截面为直角梯形的梯形台结构体。
[0011]本专利技术装配式生态挡墙是一种单体装配结构，能够根据工作环境条件需要对外部规格参数进行设计，并加工完成后，直接在工作环境中现场装配。挡墙脚部可以增设安装脚将挡墙固定在地面上，也可无需固定，直接摆放后垫土固定即可。
[0012]本专利技术同时提供装配式生态挡墙的安全性验算方法，用于验算产品在坡体挡护中的使用安全性。安全性验算针对墙体的在工作环境中的抗滑移稳定性。
[0013]装配式生态挡墙的安全性验算方法，其特征在于：是验算墙体抗滑移稳定性，依如下步骤实施：
[0014]步骤S1、现场调查确定基本参数，所述基本参数包括坡体基本参数、装配式生态挡墙结构设计参数，所述坡体基本参数包括各土体参数x多次调查测量结果的统计平均值u
x
与标准差σ
x
；
[0015]步骤S2、建立挡墙抗滑移稳定性非线性功能函数g(x)
[0016]依式1～式7建立抗滑移稳定性非线性功能函数g(x)
[0017][0018]E
an
＝E
a cos(90
°-
δ)式2
[0019]E
at
＝E
a sin(90
°-
δ)式3
[0020][0021][0022]G
t
＝0式6
[0023]G
n
＝G式7
[0024]式中，g(x)—装配式生态挡墙抗滑移稳定性非线性功能函数，
[0025]E
an
—E
a
垂直于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN/m，
[0026]E
at
—E
a
平行于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN/m，
[0027]E
a
—墙后土体主动土压力，单位KN/m，
[0028]H—装配式生态挡墙墙高，单位m，
[0029]γ—墙后土体重度，单位KN/m3，
[0030]K
a
—土体主动土压力系数，
[0031]—墙后土体内摩擦角，单位
°
，
[0032]ε—墙背倾角，取值0，单位
°
，
[0033]δ—墙背与墙后土体之间摩擦角，单位
°
，取值
[0034]β—墙背土体表面倾角，单位
°
，
[0035]G
n
—G垂直于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN
[0036]G
t
—G平行于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN
[0037]G—装配式生态挡墙自重，单位KN；
[0038]步骤S3、根据结构失效概率P
f
判断挡墙抗滑移稳定性
[0039]分别建立功能函数g(x)对γ、δ、μ在统计平均值u
γ
、u
δ
、u
μ
的偏导数δ1、μ1、γ1，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.装配式生态挡墙，其特征在于：是多层单体(1)重叠装配成一体的条状梯形台结构，单体(1)间固定联接；所述单体(1)主体是梯形台状钢框架(11)，钢框架(11)内填充两层基质，内层是配重基质层(12)、外层是生态基质层(13)。2.根据权利要求1所述的生态挡墙，其特征在于：所述配重基质层(12)是卵石和/或块石。3.根据权利要求1所述的生态挡墙，其特征在于：所述生态基质层(13)是以多孔混凝土为骨架，孔内填充土壤与植物种籽和/或存活植物根系的混合物。4.根据权利要求3所述的生态挡墙，其特征在于：所述植物种籽和/或存活植物根系是禾本科(Gramineae)的绿化草种。5.根据权利要求1所述的生态挡墙，其特征在于：所述钢框架(11)是十字格栅钢框架。6.根据权利要求1～5任一所述的生态挡墙，其特征在于：所述单体(1)主体是三面直壁、横截面为直角梯形的梯形台状钢框架(11)，迎向坡体方向的墙背(14)是长矩形直壁面，所述各层单体(1)间通过螺栓联接或焊接。7.权利要求6所述的装配式生态挡墙的安全性验算方法，其特征在于：是验算墙体抗滑移稳定性，依如下步骤实施：步骤S1、现场调查确定基本参数，所述基本参数包括坡体基本参数、装配式生态挡墙结构设计参数，所述坡体基本参数包括各土体参数x多次调查测量结果的统计平均值u
x
与标准差σ
x
；步骤S2、建立挡墙抗滑移稳定性非线性功能函数g(x)依式1～式7建立抗滑移稳定性非线性功能函数g(x)E
an
＝E
a
cos(90
°-
δ)
ꢀꢀꢀ
式2E
at
＝E
a
sin(90
°-
δ)
ꢀꢀꢀ
式3式3G
t
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
式6G
n
＝G
ꢀꢀꢀꢀ
式7式中，g(x)-装配式生态挡墙抗滑移稳定性非线性功能函数，E
an-E
a
垂直于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN/m，E
at-E
a
平行于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KN/m，E
a-墙后土体主动土压力，单位KN/m，H-装配式生态挡墙墙高，单位m，γ-墙后土体重度，单位KN/m3，K
a-土体主动土压力系数，-墙后土体内摩擦角，单位
°
，
ε-墙背倾角，取值0，单位
°
，δ-墙背与墙后土体之间摩擦角，单位
°
，取值β-墙背土体表面倾角，单位
°
，G
n-G垂直于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KNG
t-G平行于装配式生态挡墙底面方向的分力，单位KNG-装配式生态挡墙自重，单位KN；步骤S3、根据结构失效概率P
f
判断挡墙抗滑移稳定性分别建立功能函数g(x)对γ、δ、μ在统计平均值u
γ
、u
δ
、u
μ
的偏导数δ1、μ1、γ1，依式8计算装配式生态挡墙的抗滑移可靠度指标β1，式中，σ
γ
、σ
δ
、σ
μ-土体参数γ、δ、μ的标准差σ
x
，根据β1判断，若β1＞2.7，装配式生态挡墙抗滑移稳定性合格；反之则不合格，需要调整装配式生态挡墙结构设计参数。8.根据权利要求6所述的装配式生态挡墙的安全性验算方法，其特征在于：是验算墙体抗倾覆稳定性，依如下步骤实施：步骤S1、现场调查确定基本参数，所述基本参数包括坡体基本参数、装配式生态挡墙结构设计参数，所述坡体基本参数包括各土体参数x多次调查测量结果的统计平均值u
x
与标准差σ
x
；步骤S2、建立挡墙抗倾覆稳定性功能函数h(x)依式11及式2～式5建立抗倾覆稳定性非线性功能函数h(x)式中，h(x)-装配式生态挡墙抗倾覆稳定性非线性功能函数，b-装配式生态挡墙底面宽，单位m，x
0-装配式生态挡墙形心到墙趾点的水平距离，单位m，Z-E
at
作用点到墙踵竖直距离，单位m，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东坡，张鸿雁，章治海，
申请(专利权)人：成都山地环安防灾减灾技术有限公司，
类型：发明
国别省市：