復(fù)合加筋格賓墻在鐵路高陡邊坡中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐凱

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430064）

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復(fù)合加筋格賓墻在鐵路高陡邊坡中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐凱

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430064）

摘要：介紹了復(fù)合加筋格賓擋墻的特點(diǎn)，以某鐵路高陡邊坡工程為例，提出了復(fù)合加筋格賓擋墻的工程設(shè)計(jì)方案，并利用極限平衡理論，通過加筋土專業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算與分析，經(jīng)實(shí)踐證明施工與應(yīng)用效果良好，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

關(guān)鍵詞：復(fù)合加筋格賓墻，高陡邊坡，極限平衡理論，穩(wěn)定性

復(fù)合加筋格賓擋墻是一種近年來逐漸被廣泛應(yīng)用的新型的支擋工程，它的主要優(yōu)點(diǎn)有施工操作簡單、工程造價(jià)便宜，具有較好的工程性能、綠色環(huán)保功能。目前在國內(nèi)，該類型擋墻越來越多地被應(yīng)用于鐵路、公路、水利、電力工程等建設(shè)中，尤其是在鐵路基礎(chǔ)建設(shè)之中的不斷投入，在各地修建的鐵路中，高填方、高陡坡、高受限路基工程非常多，受到城市建設(shè)發(fā)展或者環(huán)境因素等的制約，傳統(tǒng)的路基支擋結(jié)構(gòu)已很難滿足要求，復(fù)合加筋格賓擋墻作為一種新型的支擋結(jié)構(gòu)工程能夠很好地適應(yīng)于如今的各種需求。

本文主要介紹了復(fù)合加筋格賓墻的特點(diǎn)，以某鐵路高陡邊坡的實(shí)際應(yīng)用工程為例，對(duì)路基設(shè)計(jì)中采用復(fù)合加筋格賓擋墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算分析與應(yīng)用研究。

1　復(fù)合加筋格賓墻的特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)形式

復(fù)合加筋格賓墻由加筋格賓單元和高強(qiáng)土工格柵組成。結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1　復(fù)合加筋格賓結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

加筋格賓的主要筋材就是鍍鋅的覆塑低碳鋼絲，通過雙絞合形成六邊形形狀的鋼絲網(wǎng)，由此筋材組成的加筋格賓結(jié)構(gòu)單元包含兩部分結(jié)構(gòu)，即格賓面墻和拉筋鋼絲網(wǎng)面，兩者為同一網(wǎng)面的無節(jié)點(diǎn)連接，如圖2所示。

圖2　加筋格賓單元（單位：m）

高強(qiáng)度土工格柵一般具有抗拉強(qiáng)度高、蠕變折減系數(shù)小、拉伸應(yīng)變小、抗老化性能好以及幅寬大的特點(diǎn)，比較適用于高大加筋土結(jié)構(gòu)工程。

1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

復(fù)合加筋格賓擋墻與一般擋墻相比，具有以下特點(diǎn)：

1）整體性。將格賓網(wǎng)箱單元牢固聯(lián)結(jié)，可以做成很高的垂直邊坡，使其具有結(jié)構(gòu)整體性。

2）透水性。由于墻面板具有良好的孔隙特征，墻后地表水或者地下水可通過孔隙自行排水，具有較好的排水功能，不僅可以節(jié)約單獨(dú)增設(shè)排水措施費(fèi)用，還可以預(yù)防由于排水不通形成墻后孔隙水壓力過大而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3）耐久性。鋼絲網(wǎng)面采用低碳鋼絲為基本材料，表面經(jīng)過鍍鋅覆塑防蝕處理后，使用壽命長，經(jīng)久耐用，結(jié)構(gòu)壽命可達(dá)到100年以上。

4）柔韌性。整體結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)地基較大的不均勻變形。

5）抗震性。加筋土結(jié)構(gòu)墻體結(jié)構(gòu)具有較好的柔性，結(jié)構(gòu)允許的變形很大，使得其有較好的適應(yīng)變形的能力。

2　工程實(shí)例

2.1工程地質(zhì)條件

某鐵路車站位于丘陵及丘間谷地區(qū)，谷地狹長，地面標(biāo)高81 m～144 m，谷地多辟為農(nóng)田，菜地。溝谷表層局部分布淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑～軟塑，厚0. 5 m～2. 6 m，局部厚達(dá)4. 4 m；粉質(zhì)黏土，軟～可塑，厚1 m～3 m；局部谷底分布細(xì)角礫土，松散～稍密，厚0. 5 m～3. 5 m；坡表分布粉質(zhì)黏土，可塑～硬塑，厚0. 5 m～2 m；河流谷底處表層分布薄層粉砂，稍密，飽和，厚0. 5 m～3. 5 m；細(xì)圓礫土，稍密，飽和，厚3 m～8 m；下伏基巖為千枚巖（Pt2），全風(fēng)化，厚0. 5 m～3 m，強(qiáng)風(fēng)化，厚1 m～30 m。千枚巖（Pt2），弱風(fēng)化，局部與板巖（Pt2）及變質(zhì)砂巖（Pt2）等互層。

場(chǎng)址區(qū)地表水較發(fā)育，發(fā)育有小水溝，線路右側(cè)有河流。谷地地下水較發(fā)育，主要為第四系孔隙潛水和基巖風(fēng)化裂隙水。地震動(dòng)峰值加速度小于0. 05g，地震動(dòng)反應(yīng)特征周期0. 35 s。

2.2設(shè)計(jì)方案

路基設(shè)計(jì)方案采用復(fù)合加筋格賓擋墻進(jìn)行支擋防護(hù)，擋墻埋深不小于1 m；第一級(jí)加筋土高8 m，采用DT網(wǎng)加筋，加筋間距0. 8 m，筋長7 m；第二級(jí)加筋土高8 m，主筋材采用土工格柵抗拉強(qiáng)度大于150 kN/m加筋，加筋間距1. 6 m，筋長13 m；第三級(jí)加筋土高8 m，主筋材采用土工格柵抗拉強(qiáng)度大于150 kN/m加筋，加筋間距0. 8 m，筋長15 m；第四級(jí)加筋土高8. 8 m，主筋材采用土工格柵抗拉強(qiáng)度大于300 kN/m加筋，加筋間距0. 8 m，筋長15 m。每級(jí)擋墻面墻退臺(tái)40 cm，坡比為1∶0. 5，中間均設(shè)置4 m寬平臺(tái)，平臺(tái)需進(jìn)行防沖刷處理；擋墻頂部和底部均需設(shè)置截排水措施，擋墻背部設(shè)置排水墊，利用排水墊排水通道快速匯集墻后，水分結(jié)合碎石排水層并將其排出至墻體外。加筋格賓網(wǎng)箱內(nèi)填充石料，加筋格賓面墻后需鋪設(shè)聚酯長纖無紡布，施工折邊長度為0. 3 m。擋墻應(yīng)坐落在滿足地基承載力要求的基層中，否則應(yīng)做相應(yīng)的地基處理。設(shè)計(jì)橫斷面如圖3所示。

圖3　典型設(shè)計(jì)橫斷面圖

2.3設(shè)計(jì)計(jì)算基本原理

路基擋土墻后的填土在自重或在外力作用下可對(duì)擋墻產(chǎn)生側(cè)向土壓力作用，從而容易使擋墻發(fā)生側(cè)向的局部變形或者整體滑塌、傾倒失穩(wěn)，但在加筋擋土墻結(jié)構(gòu)中，由于在土中增加了拉筋材料，并與擋墻連接，在擋墻受土壓力作用后，可將力傳遞給拉筋材料，一方面拉筋自身具有一定強(qiáng)度的抗拉性，另一方面拉筋在變形過程中與土體發(fā)生摩擦，使填土改善了整體的力學(xué)性能，可明顯減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。加筋材料對(duì)土體施加的作用原理可用應(yīng)力莫爾圓表示，如圖4所示。

圖4　加筋土中的筋土相互作用應(yīng)力莫爾圓

2.4設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

1）工程巖土力學(xué)參數(shù)，見表1。

表1　巖土力學(xué)參數(shù)

2）加筋格賓規(guī)格參數(shù)，見表2。

表2　加筋格賓規(guī)格　m

3）格賓材料指標(biāo)參數(shù)：低碳剛材強(qiáng)直徑為2. 7 mm，抗拉度大于350 N/mm2，鋼絲延伸率大于10%。網(wǎng)孔規(guī)格為8 mm×10 mm，網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度大于50 kN/m，抗沖壓強(qiáng)度大于23. 6 kN/m。

4）土工格柵材料指標(biāo)：采用抗拉強(qiáng)度大于150 kN/m和大于300 kN/m的高強(qiáng)度土工格柵。

2.5計(jì)算分析

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用加筋土設(shè)計(jì)軟件Macstars進(jìn)行穩(wěn)定性分析。主要包括內(nèi)部穩(wěn)定性分析、外部穩(wěn)定性分析和整體穩(wěn)定性分析。

1）內(nèi)部穩(wěn)定性分析。內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算時(shí)根據(jù)加筋體內(nèi)的兩種破壞模式進(jìn)行計(jì)算，主要包括筋材和土工格柵的抗拉和抗拔出強(qiáng)度兩部分。本文主要采用極限平衡理論進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3　塊體內(nèi)部穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

2）外部穩(wěn)定性分析。外部穩(wěn)定性分析是將加筋土體看作剛體進(jìn)行計(jì)算分析，主要包括滑移穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性以及地基承載力計(jì)算分析。外部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表4。

表4　塊體外部穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，加筋格賓基底最大壓應(yīng)力計(jì)算值為550 kPa。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供巖土力學(xué)參數(shù)按GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5. 2. 4公式計(jì)算，地基承載力修正后的值為574 kPa，經(jīng)計(jì)算，最大地基壓力要求550 kPa＜574 kPa，墻底坐落于強(qiáng)風(fēng)化千枚巖層，承載力滿足要求。

3）整體穩(wěn)定性分析。整體穩(wěn)定性分析采用簡化畢肖普法，將復(fù)合加筋擋墻看作為剛體，計(jì)算基底深層滑裂面的安全穩(wěn)定系數(shù)。整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表5。

表5　整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

上述內(nèi)部、外部、整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

2.6施工要點(diǎn)

1）施工準(zhǔn)備：首先應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行填料選取，并開展結(jié)構(gòu)回填土的基本試驗(yàn)及工藝試驗(yàn)，為后期施工提供施工參數(shù)和施工質(zhì)量檢驗(yàn)的對(duì)比指標(biāo)。

2）組裝構(gòu)件：需要將加筋構(gòu)件進(jìn)行拆包后組裝成使用前狀況，其前墻面板、后墻面板、墻隔板及墻背板都應(yīng)垂直擺放，然后用專門的工具對(duì)其邊緣進(jìn)行絞合纏繞處理，每10 cm～15 cm進(jìn)行一次單圈纏—雙圈鎖緊間隔絞合。

3）基底處理：地基需開挖到設(shè)計(jì)要求的持力層，清除表層浮土雜物，表面平整壓實(shí)，并進(jìn)行驗(yàn)收處理。

4）構(gòu)件拼裝：將組裝好的格賓構(gòu)件按每10 cm～15 cm進(jìn)行一次單圈纏—雙圈鎖緊間隔絞合的方法連成一個(gè)整體，并將拉筋網(wǎng)面鋪開固定，相鄰網(wǎng)面用剛絲絞合連接。

5）填充面墻：采用合格的塊石填料對(duì)加筋格賓箱內(nèi)進(jìn)行填筑，要求采用人工填筑，塊石填料需要有級(jí)配良好，填充率一般不小于70%。填充完畢后，應(yīng)對(duì)格賓蓋板與箱體用絞合方法進(jìn)行閉合處理。

6）格柵鋪裝：在格賓墻背后鋪設(shè)高強(qiáng)的土工格柵，并將土工格柵與加筋格賓單元牢固聯(lián)接，格柵應(yīng)折入土中一定寬度，以保證安放牢固。

7）路基結(jié)構(gòu)土回填：結(jié)構(gòu)回填土料類型、壓實(shí)質(zhì)量指標(biāo)、施工方法均應(yīng)符合鐵路路基規(guī)范相關(guān)要求，回填施工過程中應(yīng)避免對(duì)格賓面墻造成擠壓破壞。

3　結(jié)語

本文通過對(duì)某鐵路高陡邊坡進(jìn)行復(fù)合加筋格賓擋墻方案設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)合實(shí)際工程的應(yīng)用說明復(fù)合加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)通過采用高強(qiáng)土工格柵和格賓單元的結(jié)合，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的安全和變形性能，工程性能優(yōu)越，施工簡單，對(duì)于高陡邊坡路基具有很好的適用性，對(duì)今后鐵路工程中修建類似高陡邊坡支擋結(jié)構(gòu)具有一定的參考和借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］TB 10025—2006，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］陳毅敏.復(fù)合加筋格賓擋墻的工程應(yīng)用研究［J］.路基工程，2010（3）：45-50.

［3］王維，彭勇登，杜勇立，等.加筋格賓組合結(jié)構(gòu)新技術(shù)工程應(yīng)用研究［J］.中外公路，2009（5）：18-21.

［4］王維，黃向京.加筋格賓結(jié)構(gòu)分析理論與工程應(yīng)用新技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2011.

On design and application of composite reinforced gabion wall in railway high and steep slopes

Xu Kai
（China Railway No. 4 Survey and Design Institute Group Co.，Ltd，Wuhan 430064，China）

Abstract：The paper introduces the features of the composite reinforced gabion wall，points out the design scheme for the composite reinforced gabion wall by taking some railway high and steep slope as the example，undertakes the stability calculation and analysis with the professional design software for the reinforced soil with the ultimate equilibrium theory，and proves by the practice that its construction and application are effective and its design scheme is feasible.

Key words：composite reinforced gabion wall，high and steep slope，ultimate equilibrium theory，stability

中圖分類號(hào)：U213. 13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-6825（2016）09-0134-03

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：徐凱（1984-），男，工程師