超高加筋土擋墻設(shè)計與施工探索

朱春筍

(重慶永固建筑科技發(fā)展有限公司，重慶 401120)

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超高加筋土擋墻設(shè)計與施工探索

朱春筍

(重慶永固建筑科技發(fā)展有限公司，重慶 401120)

文章闡述了總體高度達(dá)到45 m的超高大擋墻在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性，同時從擋墻形式、面板選擇、加筋格柵的種類及鋪筑形式、土質(zhì)等方面對該擋墻進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并根據(jù)數(shù)值分析及后期檢測結(jié)果，對該擋墻進(jìn)行了整體評價，為高大加筋土擋墻設(shè)計及施工提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。

鋼塑土工格柵；臺階式擋墻；變形；監(jiān)測

0 引言

土工格柵加筋土擋墻以其造價低、施工簡便、適應(yīng)變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在世界各國得到廣泛應(yīng)用，尤其是在山區(qū)工程中，超高大加筋土擋土墻也逐漸應(yīng)用，但有關(guān)土工格柵加筋土超高擋墻的破壞模式、受力機(jī)制等還處于探索階段[1-5]。雖然有人提出技術(shù)上可以修筑高度>25 m的加筋擋墻[6]，而相關(guān)規(guī)范[7]僅限于高度≤10 m的單級墻設(shè)計，在一定程度上制約了土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。本文將通過某45 m高的超高大臺階式加筋土擋墻的設(shè)計、施工及后期監(jiān)測評價，闡述超高大擋墻應(yīng)用的可行性。

1 工程概況

福建省三明市某加筋土擋墻，所處場地原始地貌屬為殘積臺地與沖洪積階地的過渡地帶，由南北兩側(cè)丘陵山地與中間的溝谷組成，地形起伏較大。場地巖層風(fēng)化裂隙較發(fā)育，邊坡范圍內(nèi)表層為含礫碎石黏性土，一般厚度0.5～8.8 m，靠溝谷地帶表層存在素填土，最大揭露厚度2.90 m，分布不均，其下以石英砂巖各分化層為主，夾有散體狀-碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化石英巖，局部揭露有燕山早期侵入的花崗巖各風(fēng)化帶。根據(jù)場地條件選取剖面進(jìn)行計算，采用瑞典圓弧滑動法(總應(yīng)力法)計算公式，計算結(jié)果顯示對于原始條件下邊坡剖面穩(wěn)定系數(shù)為1.147，表明表層土體在圓弧滑動法天然工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)小于《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)規(guī)范規(guī)定的值1.35，極易出現(xiàn)滑坡或崩塌，必須進(jìn)行有效加固，方能確保坡頂、坡底建筑物的安全。

2 加筋土超高大擋墻設(shè)計

在實(shí)際應(yīng)用中，單級加筋土擋墻均不高，一般在12 m以下，從保證穩(wěn)定性的角度考慮，規(guī)范對單級加筋土擋墻的墻高也作出了明確的規(guī)定，然而在特殊地形條件下，加筋土高擋墻在工程中的應(yīng)用越來越多。對>12 m的高擋墻，工程上多采用分級形式，這樣可較好地調(diào)整墻面的水平變形、減少墻面板對地基的應(yīng)力，并便于施工操作[8][9]。

經(jīng)與錨固支護(hù)等方案的綜合比選，考慮場地空間、邊坡高度及其穩(wěn)定程度、施工難度及經(jīng)濟(jì)效益，采用加筋擋土墻形式進(jìn)行邊坡加固，具體方式為采用6級預(yù)制混凝土鑲嵌面板結(jié)合整體式鋼塑土工格柵。

經(jīng)地形條件、經(jīng)濟(jì)性、施工因素、現(xiàn)場條件等條件分析，擋墻設(shè)置6個臺階建造，臺階水平設(shè)置，整體斷面圖如圖1所示，每個臺階寬度≥2 m。由于尺寸較大，將圖1其中一個臺階放大，細(xì)部構(gòu)造如圖2所示。

圖1 土工格柵加筋高擋墻斷面圖

圖2 高擋墻斷面局部放大圖

加筋材料采用整體型鋼塑土工格柵，性能參數(shù)如下頁表1所示。整體鋼塑土工格柵與傳統(tǒng)格柵相比較，肋帶的主要受力元件為條帶內(nèi)的高強(qiáng)冷拔鋼絲，蠕變極小；經(jīng)抗老化處理的聚乙烯保護(hù)層，具有耐酸、堿、鹽腐蝕的化學(xué)特性和足以抵抗紫外線輻射而造成的老化，在填料覆蓋下的壽命是無限的，破斷伸長率小，強(qiáng)度高；整體鋼塑格柵采用先進(jìn)的整體成型工藝，使得格柵條帶交叉點(diǎn)的極限剝離力達(dá)到500 N以上，滿足交通運(yùn)輸部《公路工程土工合成材料土工格柵第1部分：鋼塑格柵》(JT/T925.1-2014)的要求。

結(jié)合擋墻形式與地形特點(diǎn)，墻體采用三種不同型號的鋼塑土工格柵分層鋪設(shè)，格柵在這6級擋墻從下往上依次鋪設(shè)的方法及型號為：第一級擋墻分兩部分，一部分為基礎(chǔ)部分，厚0.8 m，鋪設(shè)長度為24.5 m；第二部分為地面以上部分，高7.5 m，鋪設(shè)長度為20.5 m，格柵均采用CATTXD型號；第二級擋墻高9 m，格柵采用CATTXC型號，鋪設(shè)長度為32 m；第三級擋墻頂部為10 m寬的道路路面，整條道路標(biāo)高隨地勢不斷變化，所以擋墻高度在0～3 m范圍內(nèi)變化，格柵采用CATTXC型號，鋪設(shè)長度為10 m；第四級擋墻高8 m，格柵采用CATTXC型號，鋪設(shè)長度為39.5 m；第五級擋墻高9 m，格柵采用CATTXB型號，鋪設(shè)長度為39.5 m；第六級擋墻高8 m，格柵采用CATTXD型號，鋪設(shè)長度為49.5 m，以上所有部位的相鄰格柵層之間的豎向間距均為0.4 m。

由筋-土的相互作用機(jī)理可知，當(dāng)筋材與填土之間產(chǎn)生相對位移，筋土之間的摩擦機(jī)制、剪脹機(jī)制才能得以發(fā)揮，從而起到加筋的作用，同時考慮黏性土含水量增大，粘聚力降低，整體變形增大。故該擋墻加筋區(qū)填料及后側(cè)填料采用散體狀——碎塊狀風(fēng)化巖，綜合內(nèi)摩察角≥30°，具體如表2所示。

表1 整體鋼塑土工格柵規(guī)格及技術(shù)參數(shù)表

表2 加筋區(qū)填料及加筋體后側(cè)填料參數(shù)表

對于擋墻面板，考慮到施工控制難度、施工質(zhì)量、外觀效果以及與加筋體的有效結(jié)合，擋墻采用鑲嵌式預(yù)制混凝土面板，使用水泥砂漿把土工格柵端部嵌鎖于擋墻內(nèi)，增強(qiáng)擋土墻的整體性。

3 數(shù)值分析、監(jiān)測及后評價

3.1 數(shù)值分析

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計資料，加筋土擋墻墻頂考慮房屋永久均布荷載75 kPa，無房屋處考慮均布活載3 kPa，小區(qū)道路按均布荷載30 kPa考慮，恒載分項(xiàng)系數(shù)為1.35，活載分項(xiàng)系數(shù)為1.4，活載準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.5，筋帶力調(diào)整系數(shù)為1.0，筋帶力作用于滑面切線方向，筋帶豎向間距為0.4 m，水平間距為1 m，錨固段長度設(shè)置為3 m，計算采用理正巖土軟件進(jìn)行，程序采用瑞典條分法，以巖體等效內(nèi)摩擦角計算側(cè)向土壓力，在搜索擋墻最危險滑裂面時設(shè)置圓心步長為2 m，半徑步長為1 m，得出對應(yīng)于最不利滑動面的圓心位置、半徑及安全系數(shù)如圖3所示。總的下滑力為16 345.180 kN，總的抗滑力為22 180.410 kN，擋墻穩(wěn)定性理論上滿足工程要求。

最不利滑動面：

滑動圓心=(2.066，58.265)m；

滑動半徑=62.593 m；

滑動安全系數(shù)=1.357。

圖3 瑞典條分法計算滑動穩(wěn)定示意圖

3.2 項(xiàng)目監(jiān)測

項(xiàng)目竣工后，根據(jù)實(shí)際情況布置了28個監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)分布平面圖見圖4，檢測項(xiàng)目為墻頂水平位移監(jiān)測和墻頂豎向位移，自2015-08-17起進(jìn)行，截止到2015-12-25，一共進(jìn)行了15次數(shù)據(jù)采集，每次結(jié)果顯示：各個監(jiān)測點(diǎn)位移量不同，且各點(diǎn)位移每次增長的速率均不相同。圖5為各次監(jiān)測中測得的各點(diǎn)中的增長速率最大值，圖6為各點(diǎn)中最終最大位移的監(jiān)測點(diǎn)隨時間的發(fā)展趨勢。其中前期監(jiān)測數(shù)據(jù)較小甚至為0，所以圖中均省略前三次結(jié)果。從圖中可以看到最大豎向位移速率普遍大于水平位移速率，其中監(jiān)測點(diǎn)鐘最大豎向位移量為49 mm，小于預(yù)警指標(biāo)H/500 mm(此處擋墻頂部標(biāo)高202 m，底部標(biāo)高177.2，計算可得此處預(yù)警指標(biāo)為55.6 mm)；最大水平位移量為20 mm，最大水平位移速率為1.67 mm/d，小于預(yù)警指標(biāo)，水平位移連續(xù)3 d大于2 mm/d。隨著時間的延續(xù)，墻面水平變形和豎向變形呈增大趨勢，但增長速率有所減小。

圖4 監(jiān)測點(diǎn)布置平面圖

圖5 各次監(jiān)測中測得的各點(diǎn)中的增長速率最大值曲線圖

圖6 各點(diǎn)中最終最大位移的監(jiān)測點(diǎn)隨時間變化趨勢圖

3.3 分析及后評價

從數(shù)值分析來看，擋土墻抗滑動安全性系數(shù)滿足要求，說明采用分級式高大擋墻理論上滿足工程設(shè)計的要求；同時，擋墻施工過程及后期監(jiān)測結(jié)果，既印證了擋墻設(shè)計參數(shù)、材料等方面的正確性，又說明了施工方法、工藝等的正確性和施工控制的有效性。總之，理論與實(shí)踐均證明了整體式鋼塑土工格柵臺階擋墻能夠在高大擋土墻中有效應(yīng)用。

4 結(jié)語

(1)臺階式加筋土擋墻大大降低了工程造價，加筋土擋墻總造價在1 300萬元左右，對比先前的其他支護(hù)方案(抗滑樁結(jié)合衡重式擋土墻造價：約4 000萬元)，不需養(yǎng)護(hù)連續(xù)式施工，加快了工程施工進(jìn)度。

(2)混凝土預(yù)制面板工廠集中生產(chǎn)確保了面板的生產(chǎn)質(zhì)量，采用砌筑方式增強(qiáng)了墻體美觀性，同時，鑲嵌式結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了墻體及墻體與加筋體之間的整體性。

(3)整體型鋼塑土工格柵，提高了材料的整體和抗拉性能，減小了蠕變，增強(qiáng)了材料的抗老化能力。

(4)數(shù)值分析與后期變形監(jiān)測結(jié)果相互印證，為分級超高大加筋土擋墻的設(shè)計提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

[1]肖成志，欒茂田，楊 慶，等.加筋擋土墻長期工作性能的黏彈塑性有限元分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(10)：1990-1996.

[2]黃 紅，譚集慧.加筋土高擋墻在大型變電工程中的應(yīng)用[J].紅水河，2014，33(5)：41-45.

[3]汪正軍.反包式土工格柵加筋土擋墻在山區(qū)高擋墻變電站中的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化，2008(6)：48-51.

[4]蔣忠信，蔣良濰.南昆鐵路支擋結(jié)構(gòu)主動土壓力分布圖式[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(6)：1035-1040.

[5]楊廣慶，蔡 英.多級臺階式加筋土擋土墻試驗(yàn)研究[J].巖土工程報，2000，22(2)：254-257.

[6]呂松華，李德平.土工格柵加筋土高擋墻施工技術(shù)應(yīng)用研究[J].節(jié)能，2013(6)：62-67.

[7]TB10025-2006，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[8]周宏元，丁光文.土工格柵加筋土高擋墻的應(yīng)用與試驗(yàn)分析[J].路基工程，2003(4)：8-13.

[9]張發(fā)春.土工格柵加筋土高擋墻的現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].中國鐵道科學(xué)，2008，29(4)：1-6.

Discussions on Ultra-high Reinforced Earth Retaining Wall Design and Construction

ZHU Chun-sun

(Chongqing Yonggu Building Technology Development Co.，Ltd.，Chongqing，401120)

This article described the application feasibility of ultra-high large retaining wall with overall height of 45 meters in practical engineering，conducted the optimization design for this retaining wall from the retaining wall forms，panel selection，type and paving form of reinforced geogrid，and soil nature etc.，and made the overall evaluation for this retaining wall based on the numerical analysis and post-period test results，thereby providing the theoretical basis and technical support for the design and construction of ultra-high reinforced retaining wall.

Plastic geogrid；Stepped retaining wall；Deformation；Monitoring

U417.1+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.10.005

1673-4874(2016)10-0016-04

2016-09-05

朱春筍(1979—)，工學(xué)學(xué)士，研究方向：加筋土技術(shù)研究、設(shè)計和推廣應(yīng)用。