加筋擋土墻在變電站邊坡支護的工藝及應用

劉竹根，劉志剛，謝樹華

（江西省送變電建設公司，江西南昌 330200）

0 引言

隨著國家對城鎮化建設進程的推進，建設用地狀況日趨緊張，越來越多的變電站站址選擇在山區或丘陵地帶。變電站在場地平整后，將產生大面積的、落差較大的高填方邊坡，填方區的邊坡治理成為工程建設急需解決的重點問題，采用傳統的重力式擋土墻支護結構占地多、工程量大、工期長、造價高、結構安全性要求高，容易造成生態環境破壞。本文將結合贛州南500 kV變電站工程的高填方邊坡加以說明擋土墻在變電站深填方邊坡支護技術的應用，贛州南500 kV變電站最大挖方邊坡高度為27 m，最大填方高度32 m，平均填方高度18 m，擋土墻長度約389 m，挖填方量達100萬m3，為江西省變電站工程填方量、填方高度之最。

1 加筋擋土墻的基本概念

1.1 加筋擋土墻原理

所謂加筋土就是在土中埋設抗拉強度比較高的材料而形成的一種復合土體，這些埋設的材料通常稱為加筋材料，即筋材。

加筋土其基本原理：由土與加筋材料所構成的復合土體在受到外力作用時，土與筋材之間存在著似摩擦阻力，此摩擦阻力限制了土的變形，從而依靠筋材與填料之間的摩擦提高了土體的抗剪強度和穩定性。加筋機理具體體現在以下幾方面：

1）格柵上下表面與土粒的摩擦作用。摩擦起決定作用時，格柵應沿著土中最大拉力方向鋪設。

2）格柵肋條對土顆粒的被動阻抗作用。

3）格柵上的孔眼對土的鑲嵌于咬合作用。

準黏聚力原理：加筋土結構可看作是各向異性的復合材料，一般情況下筋材的彈性模量遠遠大于填土的彈性模量。基于筋材與填土的共同作用，加筋土結構強度包括了填土的抗剪力、填土與筋材的摩阻力和筋材抗拉力的共同作用，使得加筋土的強度明顯提高。

1.2 加筋擋土墻材料

加筋擋土墻材料主要有：土工格柵、生態袋、聯接扣、草籽、化肥等。

1.3 加筋擋土墻材料選用

選擇加筋擋土墻材料主要是對土工格網和生態袋的選用。

土工格網的選用：加筋土擋墻是一種柔性結構，允許有一定的變形，但由于變電站工程的特殊性，擋墻變形和位移的要求更高，為此變電站擋土墻常采用強度大、伸長率小、壽命長、造價低廉的凸結點土工格柵材料作為加筋材料，常用的有TGG60-30、TGG80-30、TGG100-50、TGG130-50等凸結點加筋格網和ZTDL220-80高強聚酯格網。

生態袋的選用：生態袋應具有透水不透土的過濾功能，需對植物根系友好。生態袋應選用高質量的環保材料，易于植物生長，產品永不降解、抗老化、無毒、百分之百可回收，使用壽命達70年的高科技材料制成的護坡材料。它應具有以下特點：（1）允許水從袋體滲出，從而減輕袋體的壓力；（2）不允許袋中土壤瀉出袋外，達到水土保持的目的，成為植被賴以生存的介質；（3）袋體柔軟，整體性好。

1.4 加筋擋土墻創新點

加筋擋土墻是采用凸節點土工格柵筋材反包+生態袋（形成墻面）相結合的方式構成加筋土擋墻，采用分級放坡形式，相對直立擋墻有效的減小了后方填土對擋墻的側向壓力，擋墻更加安全、穩定。

對加筋擋墻與重力式擋墻加塊石護坡技術進行對比分析見表1。

表1 加筋擋墻與重力式擋墻加塊石護坡技術對比

采用生態袋堆碼形成擋墻墻面，不但有效地減小了對地基承載力的要求，更是通過袋內的草籽長草形成了綠化表面，環保得到充分體現。

2 加筋擋土墻的施工工藝及質量控制

2.1 施工準備

1）審查施工圖紙，編制施工方案，組織專家論證。

2）清理場地，修建施工臨時便道，進行放線、找平。

3）組織材料、施工機具、施工設備等進場。

4）組織勞動力進場，請設計院、土工格網生產廠家派技術員到場技術指導，對工人進行技術、安全教育。

2.2 地基基礎處理

地基基礎處理需按照設計要求及現行有關標準的規定，地基處理完成后，地基土的壓縮模量一般應達到131 MPa。贛州南500 kV變電站工程31 m高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達到494 MPa；24 m高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達到448 MPa；16 m 高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達到312 MPa。贛州南500 kV 變電站工程針對粘性地基土采用了CFG 樁進行地基處理，滿足了地基承載力。地基處理完成后，應由試驗單位對復合地基進行檢測，驗證其承載力。

2.3 擋墻基礎

贛州南500 kV變電站工程擋墻基底采用了90 cm厚的碎石或砂礫加鋪3層凸結點格網進行加強處理。施工工藝應注意：

1）在擋墻基礎開挖前，應進行詳細的測量定位；

2）基槽底部應達到持力層，基底應整平壓實。

2.4 填土碾壓

采用碎石類土進行回填，分層碾壓。施工質量控制應注意：

1）填料最大粒徑不大于20 cm，填料內不得混有垃圾或腐殖土，填料中不應有不符合要求的石塊及其他雜物。

2）填料必須分層碾壓，碾壓回填虛鋪厚度為30 cm，每鋪一層格網之前應檢測壓實度，壓實度不得小于0.95，檢測頻度每100 m2不少于2 點，壓實度達不到要求不得鋪設土工格網。

3）填料攤鋪的順序，應先在格網的中部形成一縱向戧道，然后有戧道向兩邊擴展，嚴禁由土工格網尾部向擋墻墻面推進；填料碾壓的順序，碾壓機應由土工格網中部壓至尾部，再由尾部壓至擋墻墻面處，其行走方向始終平行于擋墻墻面，在距擋墻墻面外邊緣1.0 m范圍，應采用人工夯實或用小型壓路機壓實。

4）加筋體后方的一般填土應基本上與加筋土體的填筑同步進行，一起壓實，加筋體尾部應交叉碾壓至少1.5 m。

5）施工中應設置一定的排水通道，填料應有一定坡勢，以利排除雨水，并在墻面設置一定數量的排水孔，保證斜坡的穩定性。

2.5 土工格網的鋪設

土工格網的鋪設應有如下工藝：

1）土工格網應垂直于墻面鋪設，土工格網不應有重疊、折曲，鋪設中不應有損壞。

2）土工格網鋪設時，不應有漏鋪，可以有搭接，搭接寬度不得少于一個格網網孔。

3）土工格網鋪設時，應固定可靠，防止填料攤鋪和碾壓時對土工格網的擾動。

2.6 土袋碼放

袋裝土采用生態袋內裝土、草籽及化肥的混合料，形成植被護面。

土袋碼放的質量控制應注意：

1）土袋碼放時，應控制加筋擋土墻坡度，每完成一層，使用全站儀及水準儀確定墻面的軸線和標高，水平誤差應逐層調整，不得將誤差累積后再進行總調。

2）控制加筋擋土墻的平直度和墻斜率，以保證加筋擋墻軸線正確，墻斜率統一，外觀質量美觀、整齊。

3）土袋碼放完成后，土工格網應回折反包土袋固定，與后續土工格網綁扎在一起。

2.7 擋墻壓頂

為增加護坡的抗滑穩定性及雨水的侵蝕，加筋擋土墻墻頂需采用壓頂措施。

2.8 加筋擋土墻的施工

以贛州南500 kV變電站為例，見圖1。

圖1 加筋擋土墻施工示意

3 檢驗和監測

進場后的土工格網應檢查其合格證及檢測報告，并對土工格網抽檢其縱橫向拉伸屈服力、屈服伸長率、結點極限剝離力等筋材技術指標。為確保施工過程中及變電站運營期的邊坡的安全，還應對加筋擋土墻體內的位移及應力進行監測。

3.1 位移監測

在各主要斷面設置地表位移檢測點，監測其水平位移和垂直位移變化，在施工中，雨季每10天觀測一次，旱季每半月觀測一次；施工結束后轉為長期監測，采集的數據做好記錄，通過時間位移累計曲線圖，分析判斷位移情況。

3.2 應力監測

在站區南側高加筋土擋墻部位，2個剖面布置土壓力監測斷面，土壓力盒分為監測垂直土壓力盒和監測水平土壓力的水平土壓力盒，在底層同時埋置垂直土壓力盒和水平土壓力盒，至下而上在每個馬道處分別埋入垂直土壓力盒或者水平土壓力盒。

測試工作在施工的過程中就要開始，施工過程中每回填1 m土層，讀取土壓力盒數據一次。施工完成后，按每周讀取數據一次，直到土壓力穩定，采集的數據做好記錄，綜合考慮荷載變化、時間周期、前期數據，分析加筋擋土墻的土壓力變化。

4 經濟及社會效益

4.1 經濟效益

加筋擋土墻相比已有同類先進技術可節省投資，具有經濟效益好的優點，在同等的施工條件下，通過與重力式擋土墻加塊石護坡造價進行比較，結果見表2（以贛州南500 kV變電站為例）。

表2 加筋擋土墻與重力式擋土墻造價比較

4.2 社會效益

贛州南500 kV變電站因采用加筋擋土墻相比傳統的護坡方式，使得治理邊坡的工期提前了72天，確保了工程按時順利投運，極大滿足了贛南蘇區經濟高速發展的需要。

4.3 環境效益

采用加筋擋土墻在施工中減少亦避免了對環境的破壞，減少了水土流失，增加了綠化面積，滿足國網提出的“兩型一化”中的“環境友好型”的要求，贛州南500 kV 變電站因采用該工藝減少了征地47%，合理節約了土地資源。

5 推廣及應用前景

相對直立擋墻，加筋擋土墻更加安全、穩定，它能有效的減小后方填土對擋墻的側向壓力。加筋擋土墻屬柔性結構，對地基變形適應強，建筑高度大，適用于填方區邊坡處理，具有占地少、投資省、工期短、施工工藝簡單、與周圍環境和諧融為一體的優點，具備廣泛的推廣條件。贛州南500 kV變電站在深填方采用了加筋擋土墻，有效的節約了變電站的占地面積，加快了工期，為保證后續的按時送電奠定了堅實的基礎，通過近二年對加筋擋土墻的位移及應力監測各項指標正常，充分說明了其結構穩定性。

通過這幾年的發展，加筋擋土墻已得到廣大科研院校、設計院、施工單位及建設單位的認可，目前已在多個變電站工程中采用此種技術，并不斷延伸到其他領域：煤礦、水利水電、機場、鐵路、公路等部門都在大力采用該技術，并且都編制了相應的規范文件。

加筋土結構作為一種新型的支擋結構，在土工合成材料領域有著非常重要的地位。有關的國內、國際學會在加筋土技術的研究和推廣方面都非常活躍，每四年一次定期召開的全國加筋土技術經驗交流會已成功舉辦多次（舉辦地有武漢、昆明、重慶、濟南、泰安、鎮江、上海等），許多工程技術人員非常看好加筋土技術，并在工程中不斷地研究和探索。

[1]JTJ033-95 公路路基施工技術規范[S].

[2]JTJ/T019-98 公路土工合成材料施工技術規范[S].

[3]何春光.加筋土工程設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]劉成宇.土力學[M].北京：中國鐵道出版社，2000.

[5]劉光耀，等.土工合成材料工程應用手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.