復合加筋格賓墻在鐵路高陡邊坡中的設計與應用

徐凱

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430064）

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復合加筋格賓墻在鐵路高陡邊坡中的設計與應用

徐凱

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430064）

摘要：介紹了復合加筋格賓擋墻的特點，以某鐵路高陡邊坡工程為例，提出了復合加筋格賓擋墻的工程設計方案，并利用極限平衡理論，通過加筋土專業設計軟件對其進行了穩定性計算與分析，經實踐證明施工與應用效果良好，驗證了設計方案的可行性。

關鍵詞：復合加筋格賓墻，高陡邊坡，極限平衡理論，穩定性

復合加筋格賓擋墻是一種近年來逐漸被廣泛應用的新型的支擋工程，它的主要優點有施工操作簡單、工程造價便宜，具有較好的工程性能、綠色環保功能。目前在國內，該類型擋墻越來越多地被應用于鐵路、公路、水利、電力工程等建設中，尤其是在鐵路基礎建設之中的不斷投入，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，受到城市建設發展或者環境因素等的制約，傳統的路基支擋結構已很難滿足要求，復合加筋格賓擋墻作為一種新型的支擋結構工程能夠很好地適應于如今的各種需求。

本文主要介紹了復合加筋格賓墻的特點，以某鐵路高陡邊坡的實際應用工程為例，對路基設計中采用復合加筋格賓擋墻進行了設計計算分析與應用研究。

1　復合加筋格賓墻的特點

1.1結構形式

復合加筋格賓墻由加筋格賓單元和高強土工格柵組成。結構組成如圖1所示。

圖1　復合加筋格賓結構圖（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，由此筋材組成的加筋格賓結構單元包含兩部分結構，即格賓面墻和拉筋鋼絲網面，兩者為同一網面的無節點連接，如圖2所示。

圖2　加筋格賓單元（單位：m）

高強度土工格柵一般具有抗拉強度高、蠕變折減系數小、拉伸應變小、抗老化性能好以及幅寬大的特點，比較適用于高大加筋土結構工程。

1.2結構特點

復合加筋格賓擋墻與一般擋墻相比，具有以下特點：

1）整體性。將格賓網箱單元牢固聯結，可以做成很高的垂直邊坡，使其具有結構整體性。

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，不僅可以節約單獨增設排水措施費用，還可以預防由于排水不通形成墻后孔隙水壓力過大而造成整個結構失穩的風險。

3）耐久性。鋼絲網面采用低碳鋼絲為基本材料，表面經過鍍鋅覆塑防蝕處理后，使用壽命長，經久耐用，結構壽命可達到100年以上。

4）柔韌性。整體結構屬于柔性結構，能適應地基較大的不均勻變形。

5）抗震性。加筋土結構墻體結構具有較好的柔性，結構允許的變形很大，使得其有較好的適應變形的能力。

2　工程實例

2.1工程地質條件

某鐵路車站位于丘陵及丘間谷地區，谷地狹長，地面標高81 m～144 m，谷地多辟為農田，菜地。溝谷表層局部分布淤泥質粉質黏土，流塑～軟塑，厚0. 5 m～2. 6 m，局部厚達4. 4 m；粉質黏土，軟～可塑，厚1 m～3 m；局部谷底分布細角礫土，松散～稍密，厚0. 5 m～3. 5 m；坡表分布粉質黏土，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；細圓礫土，稍密，飽和，厚3 m～8 m；下伏基巖為千枚巖（Pt2），全風化，厚0. 5 m～3 m，強風化，厚1 m～30 m。千枚巖（Pt2），弱風化，局部與板巖（Pt2）及變質砂巖（Pt2）等互層。

場址區地表水較發育，發育有小水溝，線路右側有河流。谷地地下水較發育，主要為第四系孔隙潛水和基巖風化裂隙水。地震動峰值加速度小于0. 05g，地震動反應特征周期0. 35 s。

2.2設計方案

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

圖3　典型設計橫斷面圖

2.3設計計算基本原理

路基擋土墻后的填土在自重或在外力作用下可對擋墻產生側向土壓力作用，從而容易使擋墻發生側向的局部變形或者整體滑塌、傾倒失穩，但在加筋擋土墻結構中，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度的抗拉性，另一方面拉筋在變形過程中與土體發生摩擦，使填土改善了整體的力學性能，可明顯減小整個結構的變形，提高結構的強度和穩定性。加筋材料對土體施加的作用原理可用應力莫爾圓表示，如圖4所示。

圖4　加筋土中的筋土相互作用應力莫爾圓

2.4設計計算參數

1）工程巖土力學參數，見表1。

表1　巖土力學參數

2）加筋格賓規格參數，見表2。

表2　加筋格賓規格　m

3）格賓材料指標參數：低碳剛材強直徑為2. 7 mm，抗拉度大于350 N/mm2，鋼絲延伸率大于10%。網孔規格為8 mm×10 mm，網面抗拉強度大于50 kN/m，抗沖壓強度大于23. 6 kN/m。

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

2.5計算分析

設計計算時采用加筋土設計軟件Macstars進行穩定性分析。主要包括內部穩定性分析、外部穩定性分析和整體穩定性分析。

1）內部穩定性分析。內部穩定計算時根據加筋體內的兩種破壞模式進行計算，主要包括筋材和土工格柵的抗拉和抗拔出強度兩部分。本文主要采用極限平衡理論進行計算，計算結果如表3所示。

表3　塊體內部穩定安全系數計算結果

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

表4　塊體外部穩定安全系數計算結果

經計算，加筋格賓基底最大壓應力計算值為550 kPa。

根據現場提供巖土力學參數按GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范5. 2. 4公式計算，地基承載力修正后的值為574 kPa，經計算，最大地基壓力要求550 kPa＜574 kPa，墻底坐落于強風化千枚巖層，承載力滿足要求。

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

表5　整體穩定安全系數計算結果

上述內部、外部、整體穩定性計算結果均滿足規范要求。

2.6施工要點

1）施工準備：首先應對結構進行填料選取，并開展結構回填土的基本試驗及工藝試驗，為后期施工提供施工參數和施工質量檢驗的對比指標。

2）組裝構件：需要將加筋構件進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垂直擺放，然后用專門的工具對其邊緣進行絞合纏繞處理，每10 cm～15 cm進行一次單圈纏—雙圈鎖緊間隔絞合。

3）基底處理：地基需開挖到設計要求的持力層，清除表層浮土雜物，表面平整壓實，并進行驗收處理。

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

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

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

7）路基結構土回填：結構回填土料類型、壓實質量指標、施工方法均應符合鐵路路基規范相關要求，回填施工過程中應避免對格賓面墻造成擠壓破壞。

3　結語

本文通過對某鐵路高陡邊坡進行復合加筋格賓擋墻方案設計，并對設計方案進行計算分析，結合實際工程的應用說明復合加筋格賓擋墻結構通過采用高強土工格柵和格賓單元的結合，進一步提高了結構的安全和變形性能，工程性能優越，施工簡單，對于高陡邊坡路基具有很好的適用性，對今后鐵路工程中修建類似高陡邊坡支擋結構具有一定的參考和借鑒價值。

參考文獻：

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［3］王維，彭勇登，杜勇立，等.加筋格賓組合結構新技術工程應用研究［J］.中外公路，2009（5）：18-21.

［4］王維，黃向京.加筋格賓結構分析理論與工程應用新技術［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：U213. 13

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0134-03

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：徐凱（1984-），男，工程師