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(guān)，近年來，廣大學(xué)者對邊坡工程的演化規(guī)律、邊坡穩(wěn)定性及滑坡預(yù)測預(yù)報等進行了廣泛研究。然而，隨著人類工程活動的規(guī)模擴大及經(jīng)濟建設(shè)的急劇發(fā)展，邊坡工程中普遍出現(xiàn)了高陡邊坡穩(wěn)定性的問題。

網(wǎng)箱擋墻是由網(wǎng)箱(見圖1)、回填碎石組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有柔性整體結(jié)構(gòu)，透水性強、不受凍害、施工簡便迅速、施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點。本文以某碎石回填高邊坡問題為例，將網(wǎng)箱錨釘擋墻加固技術(shù)引入到碎石回填高邊坡工程中，選取網(wǎng)箱錨釘擋墻施工現(xiàn)場作為檢測對象，根據(jù)實驗室實驗結(jié)果以及現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果評價擋墻的穩(wěn)定性。

圖1 網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)

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(shè)計標高79.20 m的溝谷需設(shè)擋墻地段總長411 m，高于設(shè)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(cè)擋墻總長122 m為一層、二層及三層，底寬35 m，南側(cè)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(fēng)化板巖、強風(fēng)化輝綠巖、強風(fēng)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(wǎng)箱的受力性能特征，對碎石回填網(wǎng)箱進行了壓縮和直剪試驗。試驗用網(wǎng)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(wǎng)絲以及3.4 mm粗的邊絲(筋)，內(nèi)填邊長為8 mm～25 mm的方形石灰?guī)r石料，孔隙率平均為36%，實驗設(shè)備采用1 000 t萬能試驗系統(tǒng)。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(jié)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(jù)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(yīng)力應(yīng)變曲線見圖2～圖6，直剪試驗的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(xiàn)場監(jiān)測及成果

3.1 碎石回填高邊坡網(wǎng)箱擋墻深部位移觀測

3.1.1 監(jiān)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(wǎng)箱回填典型斷面(3，4，5級網(wǎng)箱錨釘回填最低點斷面)，分別位于K870(5級網(wǎng)箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號HN14)，K526(4級網(wǎng)箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號HN22)與K248(3級網(wǎng)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(wǎng)箱錨釘回填最低點斷面，測斜管編號GH13，D0+191斷面。本次監(jiān)測巖體深部位移采用測斜儀監(jiān)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(jié)果

經(jīng)過監(jiān)測，整理成曲線見圖13～圖15，每個測斜管在施工初期數(shù)據(jù)有些變化，但很快達到穩(wěn)定，表明碎石回填高邊坡不同層位網(wǎng)箱錨釘與回填碎石已經(jīng)達到穩(wěn)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(wǎng)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(nèi)部應(yīng)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(jiān)測和自動化測量。為了有效地監(jiān)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(wǎng)箱回填最低位置K634.0 斷面，1，2，3，4，5 級網(wǎng)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(wǎng)箱回填最低位置K364.0斷面，2，3級網(wǎng)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(jié)果與分析壓力盒測站監(jiān)測繪制曲線見圖16～圖19，壓力盒監(jiān)測數(shù)據(jù)表明大約在壓力盒安裝1個月后，本層施工結(jié)束時，數(shù)據(jù)基本穩(wěn)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(jù)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(zhì)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(wǎng)箱作為監(jiān)測對象，實驗結(jié)果見表1，通過實驗可以說明該段地基承載力超過了設(shè)計要求，起到了預(yù)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(wǎng)箱動力觸探成果

4 結(jié)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(jù)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(wǎng)箱力學(xué)性質(zhì)良好，有利于邊坡整體穩(wěn)定性的提高。

2)測斜管數(shù)據(jù)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(jié)束后，碎石回填錨釘層接近穩(wěn)定。

3)擋墻承載力監(jiān)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(wěn)定時間與施工進度相關(guān)。上層施工對下層擋墻影響較小。

4)通過動力觸探現(xiàn)場檢測表明，網(wǎng)箱錨釘回填碎石地基承載力為260 kPa～320 kPa，設(shè)計為200 kPa，超出設(shè)計的30%～60%，這表明網(wǎng)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(wǎng)箱錨釘和網(wǎng)狀擋墻新型加固技術(shù)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(jié)省了施工成本，縮短了工程工期，同時減少了占地。