碎石回填高邊坡錨箱擋墻加固效果實踐研究

張森林 張永征

(中國葛洲壩集團第五工程有限公司，湖北宜昌 443002)

0 引言

邊坡工程與人類活動密切相關，近年來，廣大學者對邊坡工程的演化規律、邊坡穩定性及滑坡預測預報等進行了廣泛研究。然而，隨著人類工程活動的規模擴大及經濟建設的急劇發展，邊坡工程中普遍出現了高陡邊坡穩定性的問題。

網箱擋墻是由網箱(見圖1)、回填碎石組成的復合結構，具有柔性整體結構，透水性強、不受凍害、施工簡便迅速、施工質量易于控制等優點。本文以某碎石回填高邊坡問題為例，將網箱錨釘擋墻加固技術引入到碎石回填高邊坡工程中，選取網箱錨釘擋墻施工現場作為檢測對象，根據實驗室實驗結果以及現場監測結果評價擋墻的穩定性。

圖1 網箱結構

1 工程概況

該項目碎石回填高度為48 m，高邊坡問題比較顯著，擬建邊坡總長為1 687.00 m，低于設計標高79.20 m的溝谷需設擋墻地段總長411 m，高于設計標高地段總長1 276.00 m，其中H≤15 m的二級邊坡總長363.00 m。15 m＜H≤30 m的一級邊坡總長198.00 m，H≤30 m的一級超限邊坡總長715 m(最高約84.00 m)。擋墻總長252 m，其中東側擋墻總長122 m為一層、二層及三層，底寬35 m，南側擋墻總長為130 m。兩端一層、中間三層底寬50 m。該場地層以填土、粘土、強風化板巖、強風化輝綠巖、強風化石英巖為主，地下水類型為潛水及上層滯水，埋深1.00 m～4.00 m。

2 試驗研究及成果

2.1 試驗方案

為了掌握碎石回填網箱的受力性能特征，對碎石回填網箱進行了壓縮和直剪試驗。試驗用網箱整體尺寸為500 mm×500 mm×500 mm，使用三種直徑的鋼絲，分別為2.2 mm粗的綁扎用鋼絲，2.7 mm粗的普通網絲以及3.4 mm粗的邊絲(筋)，內填邊長為8 mm～25 mm的方形石灰巖石料，孔隙率平均為36%，實驗設備采用1 000 t萬能試驗系統。壓力試驗的破壞標準為鐵絲斷裂或縱向變形達到150 mm;剪切試驗的破壞標準為后一級變形超過前一級變形的2倍，縱向壓力分別為壓力破壞值的10%，20%，30%，40%和50%。

2.2 試驗結果

五組壓力破壞值為 374 kN，431 kN，568 kN，470 kN，551 kN，五組剪切破壞力為88.9 kN，133.4 kN，200.1 kN，244.6 kN，244.6 kN。根據摩爾庫侖破壞準則推算石籠的C，φ，φ0值分別為0.22 MPa，46.5°和76.4°。石籠試樣的壓縮試驗應力應變曲線見圖2～圖6，直剪試驗的應力應變關系曲線見圖7～圖11。

圖2 試塊1壓縮試驗壓力與變形曲線

圖3 試塊2壓縮試驗壓力與變形曲線

圖4 試塊3壓縮試驗壓力與變形曲線

圖5 試塊4壓縮試驗壓力與變形曲線

圖6 試塊5壓縮試驗壓力與變形曲線

圖7 試塊1直剪試驗剪切力與剪切變形曲線

圖8 試塊2直剪試驗剪切力與剪切變形曲線

圖9 試塊3直剪試驗剪切力與剪切變形曲線

3 現場監測及成果

3.1 碎石回填高邊坡網箱擋墻深部位移觀測

3.1.1 監測方案

本工程布置測斜鉆孔共計4個，其中研究邊坡1布置3個，選擇3，4，5級網箱回填典型斷面(3，4，5級網箱錨釘回填最低點斷面)，分別位于K870(5級網箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號HN14)，K526(4級網箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號HN22)與K248(3級網箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號HN23)。研究邊坡2布置1個測斜鉆孔位于5級網箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號GH13，D0+191斷面。本次監測巖體深部位移采用測斜儀監測，其各部組成及工作原理如圖12所示。

圖10 試塊4直剪試驗剪切力與剪切變形曲線

圖11 試塊5直剪試驗剪切力與剪切變形曲線

圖12 測斜儀的組成及工作原理

3.1.2 測試結果

經過監測，整理成曲線見圖13～圖15，每個測斜管在施工初期數據有些變化，但很快達到穩定，表明碎石回填高邊坡不同層位網箱錨釘與回填碎石已經達到穩定。

圖13 研究邊坡1 HN14測斜檢測曲線（10.28～11.05）

圖14 研究邊坡1 HN23測斜管角度變化曲線（10.28～11.05）

3.2 碎石回填高邊坡網箱擋墻土層壓力觀測

土壓力盒是一種測量土壓力的鋼弦式傳感器，適用于各種條件下土體內部應力的測量，用于路基、抗滑樁、擋土墻、隧道等工程。可進行長期監測和自動化測量。為了有效地監測土壓力情況，研究邊坡1布置7個測點，布置在2個斷面上，分別位于五級網箱回填最低位置K634.0 斷面，1，2，3，4，5 級網箱回填底部各布置1 個壓力盒(K634.0-1，K634.0-2，K634.0-3，K634.0-4，K634.0-5)，第二個斷面位于四級網箱回填最低位置K364.0斷面，2，3級網箱回填底部位置各布置1個壓力盒，標號為K314.0-1與K314.0-2，測試結果與分析壓力盒測站監測繪制曲線見圖16～圖19，壓力盒監測數據表明大約在壓力盒安裝1個月后，本層施工結束時，數據基本穩定。

圖15 研究邊坡2 GH13測斜管角度變化曲線（10.28～11.05）

圖16 研究邊坡1 HN12-H擋墻土壓力盒壓力時間曲線

圖17 研究邊坡1 HN12-V擋墻土壓力盒壓力時間曲線

圖18 研究邊坡1 HN23-H擋墻土壓力盒壓力時間曲線

3.3 動力觸探試驗

動力觸探試驗是利用一定的落錘能量將與觸探桿相連接的探頭打入土中，根據打入的難易程度表示為貫入度或貫入阻力來判斷土的工程性質的一種原位測試方法，可用于確定各類土的容許承載力。選取K504～K550五級網箱作為監測對象，實驗結果見表1，通過實驗可以說明該段地基承載力超過了設計要求，起到了預期的效果。

圖19 研究邊坡1 HN23-V擋墻土壓力盒壓力時間曲線

表1 K504～K550五級網箱動力觸探成果

4 結語

1)五組壓力破壞值為374 kN，431 kN，568 kN，470 kN，551 kN，五組剪切破壞力88.9 kN，133.4 kN，200.1 kN，244.6 kN，244.6 kN。根據摩爾庫侖破壞準則推算石籠的C，φ，φ0值分別為0.22 MPa，46.5°和76.4°，試驗表明，碎石回填網箱力學性質良好，有利于邊坡整體穩定性的提高。

2)測斜管數據表明施工初期對碎石回填位移有所影響，影響時間大約為1個月，施工結束后，碎石回填錨釘層接近穩定。

3)擋墻承載力監測表明，本層施工對其水平承載力和豎直承載力均有所影響，其中對水平承載影響高于豎直承載影響，穩定時間與施工進度相關。上層施工對下層擋墻影響較小。

4)通過動力觸探現場檢測表明，網箱錨釘回填碎石地基承載力為260 kPa～320 kPa，設計為200 kPa，超出設計的30%～60%，這表明網狀擋墻大大提高了所加固地基的承載力，使地基承載力滿足了要求。

5)采用新型網箱錨釘和網狀擋墻新型加固技術使得碎石高邊坡坡度由1∶1.5增加到1∶1，碎石回填高邊坡坡度的改變，可以減少碎石回填量，大大地節省了施工成本，縮短了工程工期，同時減少了占地。