加筋改良土抗滑擋土墻在高填路堤中的應用

王錫志

摘要 加筋改良土抗滑擋土墻作為一種改進的支擋結(jié)構(gòu)，主要由面板、拉筋、改良土組成，在公路、鐵路、建筑和水利等行業(yè)廣泛應用。文章綜合分析路堤邊坡性質(zhì)、類型和自然地質(zhì)條件，并結(jié)合當?shù)氐牟牧瞎闆r等，合理確定支擋結(jié)構(gòu)物的類型及具體形式，在整治邊坡的同時，降低了建設(shè)費用，為類似工程項目高填路堤邊坡的設(shè)計有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞 加筋改良土;抗滑擋土墻;穩(wěn)定性;處治

中圖分類號 U416.12 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0086-04

0 引言

受場地條件限制，在不能正常放坡的填方路段，采取增設(shè)支擋結(jié)構(gòu)物來滿足實際需求，加筋改良土抗滑擋土墻作為一種改進的支擋結(jié)構(gòu)，能解決高填方道路場地受限的問題，文章以某段高速公路高填路堤為例，介紹了不同類型支擋結(jié)構(gòu)物的特點，著重闡述了加筋改良土抗滑擋土墻的設(shè)計計算、施工工藝及注意事項。

1 工程概況

某段高速公路高填路堤，原路基設(shè)計為正常放坡，路堤全長約107 m，邊坡最大高度24.2 m，施工過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計地面與實際地面不符，實際填方坡腳超出紅線范圍，部分填方坡腳侵占當?shù)孛穹亢涂h道（如圖1所示），實際地形情況不滿足路基自然放坡條件，應采取措施進行收坡處理[1]。

2 現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查分析

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

場區(qū)地處殘坡積地貌，微地貌屬丘陵谷地，路線在該段斜跨山間溝谷，地形陡峭，兩側(cè)山坡斜坡自然坡度約為15°～30°，植被發(fā)育，溝谷多以雜草及灌木為主。場址區(qū)無道通行，交通不便[2]。

2.1.2 地層巖性

由場區(qū)內(nèi)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探結(jié)果可見，地層上覆為第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4el+dl）可塑粉質(zhì)黏土，下伏基巖為元古界板溪群五強溪組第一段（Ptbnw1）板巖，具體特征如下：

（1）第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4el+dl）。3～13粉質(zhì)黏土：土呈黃褐色，可塑，板巖角礫約為10%，粒徑一般為5～25 mm，干強度中等，韌性中等，揭露層厚為1.5～

2.5 m，承載力基本容許值180 kPa，摩阻力標準值50 kPa。

（2）元古界板溪群五強溪組第一段（Ptbnw1）。10～23中風化板巖：巖石呈青灰色，變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面見鐵質(zhì)浸染，巖芯較完整，多呈柱狀，節(jié)長一般5～20 cm，少量巖芯因機械破碎多呈塊狀，塊徑50～70 mm，TCR約80%，未揭穿，承載力基本容許值1 200 kPa，摩阻力標準值120 kPa[3]。

2.2 水文地質(zhì)條件

場區(qū)位于山間沖溝谷地，土體呈松散狀，地表水貧乏，僅在雨季可見少量地表徑流，地下水僅來源于上部土層孔隙潛水和深部基巖裂隙水，含水量較貧乏，其主要補給來源于大氣降水的入滲。該次勘察未深揭至該層地下水。

2.3 場地穩(wěn)定性、適宜性分析

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場區(qū)地質(zhì)環(huán)境相對較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)活動性深大斷裂。

項目區(qū)在歷史上地震強度較小，區(qū)內(nèi)及周圍未發(fā)生過最大烈度（大于5度）的地震[4]。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2015），所在地區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，特征頻率周期0.35 s。對應地震基本烈度Ⅵ度區(qū)。

通過對場區(qū)內(nèi)地層鉆探和現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查，地層連續(xù)分布，未見地震作用下的可液化地層，場地土屬硬土，場地類別為Ⅱ類，總體處于建筑抗震有利地段。依據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02—2013）相關(guān)條款的規(guī)定，對于該路堤工程可采用簡易抗震設(shè)防措施。

2.4 地基巖土分層物理力學性質(zhì)參數(shù)

根據(jù)該地區(qū)的工程經(jīng)驗，現(xiàn)場鑒別鉆探巖芯，結(jié)合原位測試、室內(nèi)巖土試驗確定該場區(qū)主要巖（土）層的物理力學性質(zhì)參數(shù)建議值如表1。

2.5 地基與基礎(chǔ)

場地內(nèi)地表上覆第四系全新統(tǒng)殘坡積可塑粉質(zhì)黏土分布較廣，其承載力基本容許值較低，工程地質(zhì)性能一般，分布較穩(wěn)定，揭露層厚1.5～2.5 m，夯實后可作為擬建路段路堤基底和小構(gòu)造物擴大基礎(chǔ)持力層。

場地內(nèi)下伏的中風化板巖分布連續(xù)，工程性能較好，其承載力基本容許值建議取2 000 kPa，可作為地基基礎(chǔ)持力層。

3 改性加筋土路堤邊坡穩(wěn)定性驗算

該高填路堤位于陡坡路段，為確保路基安全，依據(jù)該路段地質(zhì)條件，結(jié)合路基填料及地面橫坡等情況，通過穩(wěn)定性驗算進行綜合設(shè)計和動態(tài)設(shè)計，合理擬定處治方案[5]。

根據(jù)現(xiàn)行公路路基設(shè)計規(guī)范，該段路堤邊坡坡率為1∶1，可不進行抗傾覆穩(wěn)定性驗算。采用不平衡推力法對改性加筋土路堤邊坡抗滑穩(wěn)定性進行驗算。通過對陡坡路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間進行反分析，求取正常工況條件和濕化滑坡況條件下接觸帶的抗剪強度參數(shù)，從而進行穩(wěn)定性驗算。

（1）正常工況條件下，陡坡路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間抗剪強度反分析陡坡路堤穩(wěn)定性分析的難點在于如何確定路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間抗剪強度。該次采用最不利設(shè)計原則，假定當路堤按8 m一級放臺階2 m，坡率為1∶1.5時，正常工況下，穩(wěn)定性系數(shù)為1.1以上，通過反分析方法求取路堤填土與原狀土邊坡坡面接觸帶的抗剪強度參數(shù)。反算結(jié)果表明：正常工況下，路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間抗剪強度c值可取為21 kPa，φ值可取為19°。

（2）濕化滑坡破壞狀態(tài)下，為得到最不利狀態(tài)下陡坡路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間的抗剪強度，假定路堤一級按8 m設(shè)置，放臺階2 m，坡率為1∶1.5時，降雨濕化，造成路堤沿填土與自然邊坡原狀土間快速滑移變形，不考慮地震和地下水的影響，穩(wěn)定性系數(shù)達到0.5以下，進行反分析。反算結(jié)果表明：濕化滑坡破壞狀態(tài)下，陡坡路堤邊坡填土與自然邊坡原狀土間抗剪強度c值可取為10 kPa，φ可取為8°。

（3）改性加筋土路堤邊坡整體穩(wěn)定性驗算。取正常工況條件下，反算得到的路堤填土與自然邊坡原狀土間的強度為設(shè)計改性加筋土路堤邊坡沿填土與自然邊坡原狀土間的抗剪強度，取改性加筋土加筋引起的強度增長計算為黏聚力，取改性土提高的抗剪強度為安全儲備。以某斷面為分析斷面，計算模型如圖2所示。

采用不平衡推力法對改性加筋土路堤典型斷面整體穩(wěn)定性的驗算結(jié)果為：

（1）正常工況，累計下滑力為292.49 kN/m，累計抗滑力為1 536.76 kN/m，改性加筋土路堤整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為5.25，規(guī)范要求安全系數(shù)為1.25，滿足設(shè)計要求。

（2）濕化滑坡工況，累計下滑力為437.75 kN/m，累計抗滑力為1 185.06 kN/m，改性加筋土路堤整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.71，規(guī)范要求安全系數(shù)為1.25，滿足設(shè)計要求[6]。

4 處治方案比選

4.1 方案比選

該次處治方案初步確定采用加筋改良土護坡、抗滑擋土墻、加筋改良土護坡與抗滑擋土墻結(jié)合三種處理方案，并對三種處理方案從安全、經(jīng)濟的角度進行對比論證[7]。

4.1.1 方案（一）加筋改良土護坡

該類型護坡工程造價低，現(xiàn)場適應變形能力較強，施工難度較大，施工工藝要求高;加筋土內(nèi)部穩(wěn)定性及變形較難控制，安全度較低。

4.1.2 方案（二）抗滑擋土墻

擋墻內(nèi)部穩(wěn)定性較好，安全度較高;現(xiàn)場施工難度小，工期短;采用片石混凝土砌筑，工程造價較高，地基承載力要求高，抵御變形能力較差，易造成損壞。

4.1.3 方案（三）加筋改良土+抗滑擋土墻

上部采用改性土和碎石土加土工格柵，下部采用片石混凝土砌筑，工程造價適中。下部設(shè)置抗滑擋土墻，加固坡腳，上部設(shè)置加筋土擋土墻保證路堤邊坡穩(wěn)定，安全度較高。

通過對三種方案優(yōu)缺點對比論證可知：

方案（一）為柔性護坡方案，適應變形能力較強，但抵御下滑力的支擋力不足。

方案（二）可根據(jù)下滑力大小合理設(shè)計抗滑擋土墻，但受限于擋土墻高度、地基承載力要求等，抵御變形能力較差，易造成損壞。

方案（三）通過將方案（一）、方案（二）進行組合設(shè)計，充分利用二者的優(yōu)勢，采用就地取材、方便施工、加快進度、易于控制質(zhì)量的原則。

通過對比論證，確定推薦方案為加筋改良土護坡與抗滑擋土墻結(jié)合方案。

4.2 推薦方案說明

根據(jù)路基穩(wěn)定性分析結(jié)果，此次推薦方案穩(wěn)定安全系數(shù)為1.313，滿足規(guī)范要求，為保證路基穩(wěn)定，采取以下邊坡加固防護措施。

4.2.1 地基處理

填筑在陡坡上的路基應重視對地基的處理，當?shù)乇砀采w土層厚度小于2.5 m時，必須清除表層覆蓋土層，在基巖開挖寬度不小于2 m的反向臺階，并酌情鋪設(shè)土工格柵，地下水及地表水豐富的路段設(shè)置滲水盲溝排除路基水。

4.2.2 邊坡坡率及邊坡加固

高陡路堤分級進行填筑，第一級填筑高度為8 m，坡率為1∶1.5，采用一般路基填料進行填筑;第二級填筑高度為10 m，坡率為1∶1.0，采用加筋改良土護坡;第三級采用抗滑擋土墻支擋結(jié)構(gòu)，每級邊坡之間設(shè)置2 m寬平臺。

4.2.3 路基填料要求

填方路基應分層鋪筑，均勻壓實，填料應采自指定的料場，并經(jīng)試驗確認滿足表2所列填料規(guī)格、最小強度等要求。

4.2.4 排水設(shè)計

（1）在該高填路段左側(cè)設(shè)置填平區(qū)，填平區(qū)應做好截、排水處理，應將填平區(qū)上方?jīng)_溝內(nèi)匯水提前攔截并引入路側(cè)邊溝內(nèi)。

（2）在地形最低點處設(shè)置一道1.5 m×1.5 m橫向盲溝，與0.8 m×1.1 m縱向滲溝相連，加筋改良土頂面設(shè)置間距為2 m的橫向滲溝，將下滲到路基內(nèi)的地表水及地下水排除到路基范圍以外，路基坡腳設(shè)置排水溝[8]。

4.2.5 加筋改良土護坡

陡坡路堤存在3個主要問題是：

（1）填土與原坡土體交界面存在抗剪強度不足，已形成滑移變形開裂。

（2）填土與原坡土體交界面存在濕化變形，引起路基沉降開裂變形。

（3）陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)不足導致路肩邊坡開裂變形破壞。

針對上述問題，采用防護、支護與抗滑相結(jié)合，防排水與加固相結(jié)合的設(shè)計原則，實現(xiàn)邊坡坡面防水及邊坡加固作用，解決路肩邊坡開裂變形破壞問題;在路堤下部采用改性加筋土層及改性土加筋土墻形成改性加筋土防濕排水抗滑墊來提高填土與原坡土體交界面底部的抗剪強度和抗?jié)窕芰Γ鉀Q陡坡路堤滑移變形與濕化變形問題。

4.2.6 抗滑擋土墻

（1）擋土墻一般為穩(wěn)定陡坡地段路堤，或為避免邊坡侵占臨近的道路、建筑物等。陡坡路段采用衡重式擋土墻，地形平坦時設(shè)置仰斜式擋土墻。一般宜設(shè)置路肩擋土墻，受地形限制無法設(shè)置路肩墻時可采用路堤擋土墻。

（2）擋土墻高度依據(jù)路堤高度、地形、地質(zhì)、土石方平衡等因素綜合確定。路肩擋土墻高度一般不超過10 m，最大高度不高于12 m;路堤擋土墻最大高度應小于10 m，支擋高度超過12 m的填方路段，原則上采用樁板式擋土墻，并應進行穩(wěn)定性計算。

5 施工注意事項

（1）為了保障路堤整體穩(wěn)定性，高陡路基施工全過程應進行水平位移和豎向位移觀測，以獲取路堤填筑過程中或以后的地基變形動態(tài)。

（2）路堤填筑每層均應觀測，具體頻率依據(jù)沉降、穩(wěn)定的變形速率;當層間填筑間隔超過3天時，每3天不少于一次;路堤填筑完成至預壓期結(jié)束期間，每半月或一個月不少于一次。

（3）具體的監(jiān)測斷面、項目和頻率參見相應設(shè)計文件。

6 結(jié)束語

通過工程實例的成功應用，可知在高填方路段，采用加筋改良土抗滑擋土墻不失為一種經(jīng)濟省時的好方法，不僅能就地取材、方便施工、加快進度，還具有良好的經(jīng)濟效益，在設(shè)計、施工方面也日益成熟，可在土木工程領(lǐng)域中廣泛應用。

參考文獻

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[5]公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范： JTG/T 3334—2018[S].北京： 人民交通出版社， 2019.

[6]公路路基設(shè)計規(guī)范： JTG D30—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[7]鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范： TB 10025—2019[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2019.

[8]公路排水設(shè)計規(guī)范： JTG/T D33—2012[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.