澳洲挡墙规范AS4678简介
Australian Standard AS4678-2002 Earth-retaining structures
“
去年在墨尔本出差期间粗略过了一遍澳洲的挡土墙规范,做了点梳理。
原本想找澳洲的基坑规范,发现并没有基坑专门规范,最相近的恐怕就是这本挡墙规范,发布于2002年,至今已有20年。姑且粗略梳理这本规范的内容体例,以获得大致了解。要得其精髓还得细致研究附录内容和关联规范。
”
前言Preface
该规范由澳洲标准委员会CE-032制定,2002年发布后又于2003年和2008年做了修订。
结构上,该规范由7章11个附录构成,分别是
第一章 范围和总则
第二章 勘察和测试
第三章 设计要求
第四章 设计荷载
第五章 材料设计参数
第六章 施工
第七章 使用期间监测
附录A 结构分类
附录B 锚杆/索
附录C 挡土结构用土钉
附录D 土和(建筑)材料特性
附录E 设计模型和方法
附录F 材料选择与耐久性
附录G 挡土结构排水
附录H 加劲土面板系统连接荷载
附录I 地震设计
附录J 荷载组合
附录K 加筋土材料强度分项系数的确定
从目录看,这本规范比较侧重于挡土墙的设计原理,而对具体不同形式的挡墙着墨不多。
第一章 范围和总则
本章限定了规范的使用范围:规范规定了适用于土、岩石及其他材料的挡墙的设计和施工要求及建议,它也包括针对加劲土和岩石材料的要求及建议。护坡形式的结构不在本规范的范畴内。
规范不规定具体的(挡墙结构的)分析方法。各组织和机构可以在本规范规定的原理基础上制定专门的指引和规程。
规范对挡墙结构的分析采用的是极限状态法(区别于有限元法等其他方法)。
规范只针对15m以下、常见形状、一般地基中的、主要承受静荷载的挡墙。
与众多其他规范一样,将研究对象进行分类是一项基础而又重要的工作,这本规范也不例外。它按结构破坏造成后果的严重程度将挡土结构分成了三类,后果从轻到重分别是A/B/C。附录A给出了一些例子(表A1),并从对公共影响(经济、社会和环境)和对生命危害两个角度给了个粗略的分类矩阵(表A2)。特别地,当挡墙高于1.5m时可分进B类。
引用的规范除了AS体系的,也包括了一本BS8006 Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills.
术语部分对特征值characteristic value作了这样解释:首先它是代表值。对土而言,特征值是个保守的估计,接近但不会超过平均值。
特别地本章对填土进行了分类,分别是:
粘性填土:粒径小于75um的成分超过50%,液限IL小于45%,塑性指数PL小于30;
一级控制填土:按要求摊铺碾压至平均压实度不小于98%的土石材料;
二级控制填土:按要求摊铺碾压至平均压实度不小于95%的土石材料.
第二章 勘察和测试
勘察部分
勘察的范围和深度除了常规的文字外附了个表(表2.1)列出了三类结构勘察时应考虑的因素。特别地,本章对加劲土挡墙中的土的勘察要求单独做了规定。本规范没有对勘察钻孔的类别、距离和深度作具体规定。
测试部分
测试仅对回填土和原位材料的取样做了泛泛规定。具体测试则要依据AS1289。
(这个泛泛的勘察规定也好,不至于喧宾夺主,勘察就让勘察规范去管)
第三章 设计要求
首先,设计的目的是要保证挡墙能满足强度、稳定性和正常使用的要求,即要满足ULS(涵盖了强度和稳定性)和SLS两个极限状态。设计方法是流行的分项系数法,其他的方法若满足工程原理也可以使用。
具体地,ULS包括以下六种形式:U1内部或底部滑动;U2挡墙的转动;U3挡墙构建和连接的断裂;U4加劲单元或锚杆/索的拔出;U5整体滑动;U6承载力失效。这六种每种又可细分多个子类。这比国内分得要细致,意味着更多的验算项目。
Figure 1 Limit Mode U1
Figure 2 Limit Mode U2
Figure 3 Facing element rupture
Figure 4 Connection rupture
Figure 5 Pull-out of reinforcing elements
Figure 6 Limit mode U5: global failure
Figure 7 Limit mode U6: bearing failure ultimate limit state
正常使用极限状态SLS包括:S1结构的转动;S2结构的平移或者鼓胀;S3结构的沉降。规范提醒,除了使用阶段的各种因素外,施工对结构变形的影响也不可小觑。
Figure 8 Limit mode S2: translation or bulging - serviceability limit state
Figure 9 Limit mode S1: rotation - serviceability limit state
Figure 10 Limit mode S3: settlement - serviceability limit state
本章对不同应用场景的挡墙结构的设计使用寿命做了一般规定,跨度从5年至120年不等。对排水、临近施工、浸没结构和构建连接也做了一般性说明。附录G和H分别对排水措施和面板的连接设计作了详细阐述。
第四章 设计荷载
关于设计方法、荷载、荷载组合、材料参数等的规定应是核心章节。
荷载的规定大体遵循荷载规范AS1170,但应用在挡土墙上,主要是静载和活载,略有调整。首先,在AS1170基础上根据挡墙后回填土的坡度对动载值做了限定,限值介于1.5~5kPa间,坡度越大荷载越小;对于强度和稳定性极限状态,水压力的荷载分项系数应取1.0而非AS1170中的1.25,水位高度应取最不利情形;同样的极限状态下,与AS1170.1规定的土压力分项系数取1.5不同,包括土重在内的静载分项系数应取1.25,活载分项系数应取1.5。此处表述不是很清楚,当墙上的压力有三种,有效土压力、水压力和上部活载传递下来的压力,规范的意思是各自的分项系数分别为1.25,1.0和1.5。(国内的挡墙设计在采用极限状态法时,对各荷载的分项系数的规定如何?)
强度、稳定性和正常使用极限状态下的荷载组合在AS1170重均有规定,本规范的附录J亦有针对挡墙的详细说明。(这一块我向来理不清楚)
第五章 材料设计参数
本章围绕材料分项系数展开。材料分项系数的设定应能考虑这些因素:人工制造材料的强度变异性;时间相关的应力应变行为;解读测试数据的不确定性;施工导致的损害;环境恶化的不确定因素;时间相关的材料和强度损失。
规范将材料相关的分项系数按其属性分成了三类,分别用于反应材料的强度降低,未知因素和不确定性,以及结构分类(重要性)。设计抗力应在特征值的基础上乘以这三个系数中的一个或多个。
特别地,对于土的抗剪强度参数黏聚力c和摩擦角phi的分项系数,规范根据二者的不同来源(有效应力强度峰值[缺少残余强度]或不排水抗剪强度值[未区分峰值或残余强度])和填土的质量等级(原状土,一级控制填土,二级控制填土和非控制填土)给定了不同的分项系数(表5.1A, 5.1B)。附录D提供了一系列岩石、黏性土、无黏性土等的经验抗剪强度指标。
反应挡土结构等级(重要性)的分项系数规定见表5.2。ULS状态下0.9,1.0和1.1的规定与国内相同。
对于确定加劲材料的强度设计值,规范认为这受到包括材料自身特性、加工、施工及环境等因素的强度折减和不确定性两方面的影响,计算时需要在短期抗拉强度基础上乘以9个系数。尽管概念理得很细,但可操作性不太好。
对于土和加劲材料粘接的强度设计值,规范认为需要考虑不确定性和结构分类两个因素。对连接的设计也有同样的考虑。
第六章 施工
在定性地对场地开挖、平整、地基土、垫层、回填材料、加筋土、挡墙面板和排水等施工提出要求外,规范对挡墙的施工精度,包括位置和顶部偏移,给出了定量的规定,但却对垂直度未作规定。本章看着十分单薄,让人不免担心施工质量有无保障。
Figure 11 Tolerances
第七章 使用期间监测
根据结构分类本章给出了相应的监测建议,只是定性,未就具体的监测项目给出定量要求。
附录
附录D已略作介绍。附录B 锚杆/索,附录C 挡土结构用土钉,附录E 设计模型和方法,附录F 材料选择与耐久性,附录G 挡土结构排水,附录H 加劲土面板系统连接荷载,附录I 地震设计,附录J 荷载组合以及附录K 加筋土材料强度分项系数的确定 暂不摊开叙述,之后再作小专题单独补充介绍。
总结
粗略过了一遍,该规范在设计要求、荷载及组合、材料参数等几个方面着墨略多,而对于具体的设计形式和细节以及施工要求上鲜有触及,更没有强条,不免让人担心该规范的效力。根据澳洲较少发生工程事故的事实推测,本地行业内或已形成可供设计和施工实操的通行做法,从业者也较能自律,行业生态尚好。