綠色加筋格賓生態擋墻在道路工程中的應用設計分析

摘要：文章以平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段采用新型綠色加筋格賓擋墻新技術為例，介紹了綠色加筋格賓擋墻結構組成及特點，以及綠色加筋格賓擋墻專業設計軟件MacStars的計算原理，解決了道路穿越基本農田混凝土擋墻實施成本高的問題，總結了綠色加筋格賓擋墻在道路工程中應用的綜合優勢，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：MacStars；基本農田區；綠色加筋格賓；生態擋墻

U417.1+15A150472

0 引言

實現綠色道路建設，是道路行業新的發展理念，是推動“四大交通”發展的生動實踐和有力抓手。在平南至武宣高速公路項目設計過程中，立足綠色公路基本特征，堅持生態優先，嚴守“三條控制線”，著眼于統籌資源利用，深入保護資源，降低能源消耗，基于漿砌石擋墻、混凝土擋墻施工人力成本高、景觀性差、原材料碳排放量高、無法融入周圍生態系統、基礎承載力要求高等缺點，在平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段采用新型綠色加筋格賓擋墻新技術。

1 結構單元組成

1.1 綠色加筋格賓

綠色加筋格賓擋墻是一種兼具安全支擋和生態景觀功能的綠色路基防護技術。該技術可最大程度降低對傳統的水泥、石料等不可再生材料的需求；采用組裝式施工工藝降低人工和機械的成本，縮短施工工期；綜合高效，利于環境可持續發展。其獨特的整體式可植生面墻系統能夠實現全墻面的植被綠化，實現減排降碳；同時通透式的面墻結構具有極佳的排水功能。大間距高強聚酯格柵加筋系統，能有效降低工程成本，改善加筋范圍路基土體的物理力學性能，提高路基整體安全穩定性。

綠色加筋格賓面板均為自透水結構，排水性能更好，避免了加筋土結構由于排水不暢而導致整個結構有崩潰的風險。

綠色加筋格賓面板是一種多孔隙結構，可植生性極好，作為生態型的加筋技術，可以通過噴播，插枝的方式綠化，達到墻面全斷面，擁有絕佳景觀效果。結構如圖1所示：

1.2 纖塑格柵

纖塑格柵的芯材是高強聚酯纖維，外加PE保護鞘套，縱橫交錯而成的一種特殊土工格柵，具有長期設計強度高、蠕變小、模量大（同等受力條件下變形更小）、施工損傷小、施工便捷（幅寬4.5 m）等優點。

通過與綠色加筋格賓結構結合形成復合系統（綠色加筋格賓作為面板和次筋材，纖塑格柵作為主筋材），能夠減少筋材用量、降低綜合造價（見圖2）。

2 工程概況

平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段位于廣西梧州市，項目毗鄰居民區，線路穿越基本農田，邊坡最大填方高度為12.88 m，平均高度約為10 m，邊坡地面線形較平緩，基礎為粉質黏土，下伏全風化砂巖、強風化砂巖。土體力學參數如表1所示。

項目初步設計為自然放坡，為保護基本農田，需要采用擋墻進行收坡，在紅線用地范圍內，上部最大放坡高度為3 m，擋墻最大高度為9.88 m，平均高度為7 m。

采用混凝土擋墻存在如下缺點：

（1）基礎為粉質黏土，承載力基本容許值為200 kPa，混凝土擋墻基礎承載力要求高，基礎處理費用高。

（2）項目毗鄰居民區，對填方邊坡生態景觀要求高，混凝土擋墻復綠困難，無法融入周圍環境。

（3）由于地材市場價格波動，水泥、石料等價格上漲，混凝土擋墻綜合造價高。

對比分析后，最終確定采用綠色加筋格賓擋墻方案。

3 邊坡方案設計

3.1 斷面設計

邊坡采用綠色加筋格賓擋墻+放坡方案，綠色加筋格賓擋墻最大高度為9.88 m，面墻坡比為1∶0.364，筋帶長度為9 m，加筋間距為1.52 m，頂部放坡高度為3 m，坡比為1∶1.5。見圖3。

3.2 筋材面板及填料選取

經過軟件計算，筋材采用B型纖塑格柵，格柵縱向長期允許抗拉強度≥103 kN/m。為加強擋墻變形控制，要求格柵縱向標稱伸長率lt;9%，縱向5%伸長率時的抗拉強度gt;85 kN/m。

邊坡填筑均采用砂性土、砂礫、碎（礫）石等材料，粒徑gt;60 mm填料含量lt;30%，其最大粒徑≤150 mm，土的參數取值為：粘聚力為0 kPa，內摩擦角≥32°。如采用其細粒土等材料，應進行改良，改良土體應滿足CBR值≥6%。按照施工中使用的壓實機械的規格性能，施工碾壓遍數和其他施工參數應通過現場試驗得到，壓實度應＞93%；在距離面墻1 m以內，用打夯機夯筑。

3.3 計算分析［1-3］

3.3.1 內部穩定性分析

加筋土擋墻內部穩定性分析主要由兩個方面組成：（1）按照規范要求，對筋材的長度和間距進行了初步判斷；（2）基于加筋土擋墻實際工況，考慮筋材施工損傷、老化及蠕變的影響，對加筋體進行內部穩定性計算，并根據計算結果對筋材布置逐步進行調整，這部分內容的計算工作量大，利用MacStars軟件輔助進行計算。

3.3.1.1 筋帶抗拉強度的確定

第i層筋材的水平拉力Ti等于該層筋材水平土壓應力與筋材擬設計間距的乘積，水平土壓應力包括該深度填料填筑產生的水平土壓應力、該深度車輛/人群等附加荷載產生的水平土壓應力以及該深度墻頂上方填料換算成均布荷載產生的水平土壓應力，即：

Ti=（r1zi+r2h+∑Δσv）Ka（int）Sv（1）

筋材的設計強度強度應滿足式（2）要求。

Timax≤Ta（2）

即筋材受到的最大水平拉力不大于筋材長期設計強度。

3.3.1.2 內部整體穩定性驗算

對結構內部穩定分析采用簡化畢肖普法，通過MacStars軟件進行計，并計算出最不利滑面安全系數。

安全系數計算值為穩定力矩與下滑力矩的比值：

K=∑M穩定/∑M下滑（3）

當滑動面位于加筋體區域內時可增強邊坡的穩定性，將滑動面后筋帶產生的摩阻力、滑動面前筋帶所產生的摩阻力和筋帶的設計抗拉強度三者的最小值對滑動面圓心取矩作為穩定力矩。

其安全系數計算公式見式（4）：

K=∑（cibi+Wicosαitanφi）+∑Pjcosθj∑Wisinαi（4）

由于計算過于繁瑣，采用計算機通過軟件進行計算。

其計算結果如圖4所示。

3.3.2 整體穩定性分析

MacStars軟件在進行整體穩定分析時，常用方法是簡化畢肖普法和簡布法，其計算原理和我國標準相吻合。畢肖普法僅適用于圓弧滑動面，簡布法適用于非圓弧滑動面的土質邊坡穩定分析。設計填方路基段基礎及墻后填土分布較均勻，采用簡化畢肖普法進行計算。

其計算結果如圖5所示。

3.3.3 外部穩定性分析

擋墻的外部穩定性計算內容與混凝土擋墻穩定性驗算一致，包括土壓力、傾覆、滑移以及基底壓應力驗算，計算過程中將加筋體視為剛體。經MacStars計算綠色加筋格賓擋墻基礎承載力最大要求為240 kPa。

其計算結果如圖6所示。

4 結語

（1）綠色加筋格賓擋墻墻體材料為無污染的低碳排放材料，面墻可實現全斷面綠化，生態景觀性好，符合“低碳、綠色”新交通發展理念，使工程和環境完美的結合。

（2）綠色加筋格賓擋墻主體為填料，對基礎承載力要求較低，在穿越基本農田等低承載力路段，基礎無須處理或簡單處理，綜合造價低，經濟優勢明顯。

（3）綠色加筋格賓擋墻作為柔性加筋土擋墻，抵抗地基不均勻沉降能力更強，適合在軟土地區運用。

（4）綠色加筋格賓擋墻主體填筑施工與路基填筑施工工藝一致，道路沉降變形可控，滿足規范要求。

（5）大間距高強聚酯格柵加筋系統，能有效降低工程成本，改善加筋路基范圍內土體的物理力學性能，提高路基整體安全穩定性。

（6）MacStars是一款用于加筋擋土墻設計的專用計算軟件，能有效地進行項目方案整體控制，在設計過程中起到很好的輔助作用。

參考文獻：

［1］胡興堯，陳昱志，許源華.加筋土在高陡路堤中應用及計算［J］.交通科技，2019（5）：32-33.

［2］黃保榮，徐仁山.淺談加筋格賓擋墻在高填土邊坡中的應用［J］.低碳世界，2017（34）：211-213.

［3］T/CHTS 10043-2021，公路柔性擋土墻設計與施工指南［S］.