高邊坡多級柔性加筋土擋墻施工及穩定性分析研究

王云和，朱愛山，徐友樟

（1.溫州市甌江引水發展有限公司，浙江 溫州 325000；2.浙江省隧道工程集團有限公司，浙江 杭州 310013）

高邊坡加筋土擋墻在全國應用很多，但在環境、使用等因素的影響下，變形較普遍[1]。特別是多級加筋土擋墻潛在破裂面位置的不確定性給設計者和施工人員帶來很大的困擾[2-3]，對此，我國對加筋土擋墻的研究越來越重視。本文以建德更樓礦業生產廠區邊坡治理工程為依托，對巖質陡立高邊坡多級柔性加筋土擋墻潛在破裂面位置及穩定性進行研究，并整理開發相關施工技術，以期為今后類似工程的施工提供參考。

1 工程概況

本工程邊坡采用多級柔性加筋土擋墻支護，擋土墻高度8.0～25m 不等，坡率1∶（0.10～0.20），超過8m時設臺階，臺階寬度2.0m。擋墻內填土夯實，與柔性加筋土擋墻、場平共同形成工業用地，然后在其上建石料破碎、骨料存儲及運輸車間、水洗及污水處理車間、管理辦公樓等。建筑物結構形式為磚混結構或鋼結構，建筑不設置地下室，采用淺基礎形式。

柔性加筋土擋墻采用高強度、高韌性高分子模量聚酯紗線，經過編織、浸渡PVC 防護層等工藝生產而成，力學性能、化學耐久性及生物抗降解性能優良。填料采用透水性好的砂性土、礫石類土或碎石頭回填，分層厚度0.2m，壓實度不小于0.94。

2 設計思路及原理

2.1 巖質陡立高邊坡多級柔性加筋土擋墻施工結構及受力機理

巖質陡立高邊坡多級柔性加筋土擋墻施工結構包括重力式擋土墻、錨桿錨拉系統、土工格柵加筋邊坡、生態袋面層等組成，并結合摩擦加筋、彈塑性層板、均質等代材料等理論[4-5]，如圖1所示。重力式擋土墻采用擴大基礎減小基底壓力，設置在坡角加強整個邊坡的穩定性。土工格柵加筋邊坡充分利用壓實邊坡填料的自穩性，并將部分土工格柵承受的拉力傳遞給水平錨桿，使新填邊坡和原地層連為一體，共同承擔邊坡下滑力。邊坡上設置格生態袋，后期植物根系的生長交錯成網。

圖1 巖質陡立高邊坡多級柔性加筋土擋墻施工截面圖

2.2 土工格柵與錨桿連接結構

土工格柵通過連接裝置與錨桿相連，連接裝置包括豎向槽形構件、水平壓接板、壓接螺栓以及錨固體等，如圖2所示。首先將水平壓接板固定在垂直槽型構件上，再將土工格柵穿過水平壓接板并通過螺栓緊固，這樣土工格柵所受拉力就將通過水平壓接板傳遞給垂直槽型構件上，進而有錨桿承擔。

圖2 土工格柵與水平錨桿連接裝置詳圖

2.3 多層土工材料緊固裝置

上下層緊固裝置由上下壓板、螺栓桿和螺帽組成，如圖3所示。將螺栓桿穿過所有土工材料，并且上下桿體在土層中留有一定長度，擰緊螺帽使所有土工材料緊固并錨固于土層中。

圖3 各層土工材料通過上下緊固裝置固定于邊坡中的結構詳圖

3 采用有限元分析軟件進行穩定性數值分析

3.1 多級柔性加筋土擋墻水平位移分析

加筋土擋墻不加筋時，用有限元ADINA只能計算到106步[7]，而加筋后，土體的穩定性進一步提高，本文不再做無筋分析。有限元ADINA分析條件，以25m高臺階為例。平臺寬約52m，擋土墻高25m（第一級高12m，第一級高8m，第三填級高5m），料采用透水性好的砂性土、礫石類土或碎石混合料回填，填料容重γ=19kN/m3，綜合內摩擦角30°。含碎石粉質粘土地基承載力為318.18kPa。土工格柵，縱向極限拉伸強度不小于300kN/m，縱向5%應變強度不小于158kN/m。經計算水平位移結果如圖4所示。

圖4 多級柔性加筋體擋墻水平位移云圖

根據計算結果，發現加筋擋土墻的最大水平位移為47.87cm，在第一級臺階中部偏上位置。故施工時紅線區域分層厚度由20cm，修正為15cm。錨桿拉結在鋪好后，挖出錨固裝置，進一步擰緊錨固裝置螺栓，產生低預應力，并適當增加排水措施?；@色至黃色區域過渡平緩，沒有發生突然變大或變小情況。證明其它位置土體得到了很好的約束，墻體的水平位移量符合設計要求，變化滿足安全要求。

3.2 多級柔性加筋土擋墻豎向位移變形

豎向沉降變形與填料、壓實度、原地基承載力、降水等多因素有關，通過有限元計算其沉降變形如圖5所示。分析圖中數據，可以發現：加筋土擋墻豎向位移變形最大值為50.32cm，出現在第二級，部分下探到第三級上部。其沉降變形與水平變形相對應，為結構型沉降，本區域不是很大。其余區域擋墻豎向位移變形特征均為層級均勻分布，除地基外，沒有明顯的不均勻沉降現象。在擋墻的底腳部混凝土基礎處，因回填土自重原因，向下擠壓產生側向力，使豎向位移變形的值為正值，其最大變形為17.99cm。整體豎向沉降變形符合設計要求。

圖5 多級柔性加筋擋墻豎向位移云圖

3.3 多級柔性加筋土擋墻塑性區分布分析

加筋土擋墻的塑性區分布如圖6所示，分層回填區、底腳處為塑性變形區，剪應變范圍極小，也并沒有形成貫通面，說明本加筋結合錨桿能夠阻擋墻塑性區進一步的發展，從而提高擋土墻的安全穩定性。

圖6 多級柔性加筋土擋墻的塑性區分布圖

4 施工主要操作要點

4.1 基底

本工程柔性加筋擋墻基底多處于1～2層含碎石粉質粘土上，不能滿足部分高擋墻地基承載力要求，現根據不同墻高的地基承載力要求對柔性加筋擋墻基底進行地基處理：0＜H≤6m，30cm碎石墊層；6m＜H≤10m，50cm 碎石墊層；10m＜H≤15m，100cm 碎石墊層；15m＜H≤22m，200cm 碎石墊層；22m＜H，100cmC25片石砼基礎+200cm 碎石墊層。柔性加筋擋土墻基槽開挖按設計方案開展，整平后，采用小型打夯機壓實。施工過程中做好基槽及周邊地面引排水，確保施工范圍內無積水。嚴禁積水浸泡基槽。在施工柔性加筋土擋土墻前，檢查基底壓實度、高程、寬度、平整度及地基承載力檢測，若地基承載力達不到設計要求的承載力，則采用級配碎石加坦薩三向格柵進行換填處理，并重做承載力檢測。

4.2 填料及碾壓

回填必須均勻攤鋪平整，并設不小于3%的橫坡，以利排水。距墻邊1m范圍內，不得有大型機械作業和行駛，采用小型夯機分層夯實，分層厚度不得超過0.15m?；缀蛪χ恨D折處不應有垂直通縫。擋墻每隔10m 設一伸縮縫，在地基性狀和擋土墻高度變化處應設沉降縫，縫寬2cm，縫內填塞瀝青麻筋或其它有彈性的防護材料，填塞深度15cm。在擋土墻拐角處，應適當加強構造措施；同時各段邊坡的外墻及連接處施工應順直，不宜高度突增或突減。圬工在達到設計強度的70%以上時，方可回填墻后填料，填料應優先選用碎石或卵石填筑，回填前應確定填料的最佳含水量和最大干密度，根據碾壓機具和填料性質，分層填筑壓實，回填壓實后應進行壓實度檢測，壓實系數不得小于0.94。

4.3 擴大基礎擋土墻

底腳擴大基礎擋土墻由素混凝土澆筑而成，在澆筑擴大基礎前，填筑一層砂石墊層。支設擋土墻模板，澆筑混凝土，墻頂設置聯鎖式生態磚的嵌固平臺。

4.4 排水

柔性加筋擋土墻泄水孔直徑75mm，外傾坡度5%，間距2m，按梅花形布置，反濾層用級配良好的卵石或碎石等滲透性好的材料，反濾層厚度0.20m。在設計地面的最低一排泄水孔的進水口下部應設置隔水層，泄水孔進水口土工布包扎堵頭；最下一排泄水孔應高于設計地面或排水溝以上0.5m。

4.5 水平錨桿

在階梯狀原地層的垂直面上鉆孔施工錨桿，鉆孔達預定深度后，植入錨桿桿體，并注射水泥漿。錨固體與地層間錨固長度不應小于1.0m，根據《建筑邊坡工程技術規范》要求，巖石錨桿的錨固段長度不應小于3.0m，且不宜大于45D和6.5m，因此本次設計錨固段長度為3～9m。錨桿錨固長度的抗拔承載力為572.59kN。待錨桿水泥漿硬化達到規定強度后，將錨桿錨頭錨固于垂直槽型構件上。

4.6 鋪設土工格柵、反濾土工布及邊坡填筑

在離路堤邊坡一定距離處設置上下緊固裝置，緊固裝置的螺桿插入下層土體或路堤填料中一定深度，套入下壓板，最下層路堤依次鋪設土工格柵和反濾土工布，套入上壓板，擰緊螺栓緊固，上端螺桿插入上層填料中一定長度。邊坡填筑層的下端，在鋪設完土工格柵和反濾土工布后，采用透水性好的砂性土、礫石類土或碎石頭回填，采用振動壓路機和羊足碾分層多遍碾壓密實。土工格柵另一端通過連接裝置與錨桿連接，首先將水平壓接板固定在垂直槽型構件上，再將土工格柵穿過水平壓接板并通過螺栓緊固，這樣土工格柵所受拉力就將通過水平壓接板傳遞給垂直槽型構件上，進而有錨桿承擔。土工格柵加緊間距為0.4m，筋材長度為12～22m。邊坡填筑結束后，檢測合格后再將反濾土工布和土工格柵反包。并將反包到填筑層上端的反濾土工布、土工格柵與上層的土工材料通過緊固裝置固定。

4.7 生態袋

生態袋目前只有廠規，沒有現行的國家規定，一般要求具有抗紫外、抗老化、無毒、不助燃、裂口不延伸的特點。根據劉鴻鵠[8]等研究，生態袋的構成纖維要比土工袋纖維致密，有利于生態袋有較好的強度，且可以阻絕袋中的土顆粒透出；水分可以對生態袋袋體進行浸潤，但無法對土工袋予以浸潤；所以要嚴密區分生態袋和土工袋，選用的袋體材料與水的浸潤性要良好，確保養分、水分交換。施工時袋口用打包機封好，按設計控制土袋位置，碼放整齊牢固。

5 沉降監測

根據監測報告分析，本項目一年累計沉降量117mm。沉降變化最大時正處于雨季，詳見圖7。故擋土墻做好后，建議暫不封頂，雨水自然沉降，或澆水，讓沉降趨于穩定。全部完成后，要及時做好場平封頂和排水措施，減少長期累計沉降量。

圖7 邊坡沉降—時間折線圖

6 經濟效益

邊坡防護通常采用重力式混凝土擋土墻+多級加筋反包進行邊坡防護，消耗大量材料的同時也顯著增加地基處理的造價。本技術采取錨桿與土工格柵拉結，使原巖與后填處緊密結合，降低了不均勻沉降危害，與整個邊坡全部采用傳統重力式擋土墻相比，節省造價約70%；與多級土工格柵加筋方法比，增加錨桿與地層拉結，增加造價約10%。采用本技術綜合節省工程造價50%左右，具有顯著的經濟效益。

7 結語

（1）高邊坡多級柔性加筋土擋墻造價低，但累計沉降量大，如形成場平，再造建筑物時應做基礎處理。

（2）建德更樓礦業生產廠區邊坡加筋土擋墻進行了有限元數值模擬，模擬結果與一年內實測累計值接近，預計長期沉降量將會較大。

（3）擋土墻受雨水影響大，需盡早封閉，并做好防排水措施。