施工條件下雙級組合式綠色加筋格賓擋墻的工程特性研究

中圖分類號：U416.1 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）16-0064-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.16.013

Study on Construction Mechanical Properties of Two-stage Combined Green ReinforcedGabion Retaining Wall

LONG Zuhui1GAO Wenhui2HE Bin'CHEN Feng1LI Zan' （1.Yueyang Planning，Survey and Design Institute Co.，Ltd.， Yueyang 414OO4， China; 2.School of Civil Engineering，Central South University， Changsha 41oO75，China）

Abstract： [Purposes] To elucidate the evolution of internal forces and overall stability of a two-stage composite green reinforced gabion retaining wall during construction，and to provide a theoretical basis forconstruction optimization and safety control of such eco-friendly retaining structures.[Methods] Based onan actual project，earth-pressure cels，flexible displacement meters，and total-station monitoring points were installed to continuously measure reinforcement tensile forces，horizontal earth pressures，and facing displacements throughout the construction sequence.Simultaneously，a 3D finitedifference model （FLAC ^3D ）was established to simulate the staged construction process; the numerical results and field data were cross-validated.[Findings] Construction loads induced a cantilever-beam deformationof the facing： the crest and toe of the first stage exhibited the smallest displacements，whereas the maximum horizontal displacement occurred at mid-height （H/2）. Earth pressures in the second stage assumed a bulging distribution with the peak shifting outward; active unloading was achieved through outward bulging of the flexible facing.Tensile forces inall reinforcement layers first increased and then decreased along their length owing to the neting-bag effct，with the maximum located near the midlength toward the wallface.The discrepancy between simulated and measured values was less than 8% ， indicating excellent agreement.[Conclusions] The two-stage green reinforced gabion wall can adaptively dissipate construction loads through synergistic flexible deformation of the reinforcement and soil; overall stabilityis jointly ensured by thereinforcement neting-bag eect and the active unloading mechanism of the bulging facing.

Keywords： combined reinforced retaining wall; green reinforced gabion; field tests; numerical simulation; construction load

0 引言

在土中鋪設適量的筋材后形成加筋結構，其可以在土體內部擴散應力，增加土體模量，傳遞拉應力，限制土體的側向變形，從而不同程度地增強土的強度和變形特性，提高土體及有關結構物的穩定性[]。除此之外，加筋邊坡還兼具節約土地、減少回填量、生態環境友好等特點。

加筋土邊坡由面板2、填料和筋材組成，根據面墻的剛度可分為柔性擋墻和剛性擋墻兩類。剛性擋墻通常以混凝土面板為代表[3]，而柔性擋墻[4]則表現為筋材反包5、格賓等形式。以加筋格賓、綠色加筋格賓、土工格柵為加筋材料的組合式綠色加筋格賓擋墻是其中一種典型的代表，其工作機理在于“柔性鼓脹-網兜協同”：面板可隨填筑荷載產生適度外鼓，重新分布土壓力實現主動卸荷；筋材受拉形成網兜效應，提高土體等效圍壓，借助筋-土摩阻提供抗拔力矩，整體維持結構穩定，兼具排水與植被恢復的生態功能。

目前，相關學者對組合式綠色加筋格賓擋墻展開了一系列研究。楊果林等[7-10]以湖南湘潭—衡陽高速公路西線綠色加筋格賓擋墻實體工程為依托，對其特性進行了一系列室內和現場、動力和靜力試驗研究。白龍威等\"運用FLACD有限差分軟件建立典型監測斷面數值模型，對擋墻施工和填料填筑過程進行模擬，并結合現場監測數據，分析擋墻墻面位移發展、土工格柵受力機制和土壓力分布規律。陳建峰等基于離心模型試驗成果，建立軟土地基剛/柔性組合墻面加筋土擋墻離散-連續耦合數值模型，采用離散單元顆粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分別模擬加筋土擋墻和軟土地基，分析擋墻的變形、筋材拉力分布及內部破壞演化過程，并與剛性地基上擋墻情況進行比較，以探討剛柔性組合墻面加筋土擋墻的內部破壞機制。

本研究以某工程中雙級組合式綠色加筋格賓擋墻為工程實例，使用FLAC3D有限差分軟件建立典型監測斷面數值模型，對擋墻施工和填料填筑過程進行模擬，并結合現場監測數據，分析擋墻墻面位移發展，以及土工格柵受力機制和土壓力分布規律，以指導設計和施工。

1現場試驗

某工程的雙級組合式綠色加筋格賓擋墻，高19.89m ，分兩級放坡，其結構如圖1所示。加筋土擋墻位于PC500預應力管樁地基上，樁身材料為C60混凝土，平均樁長 8m ，標準壁厚為 0.1m ，間距為 2.0m×2.0m ，正方形布置。坡腳為兩層加筋格賓0 TM3×3×1ZNP）+ 土工格柵復合加筋層，土工格柵的加筋間距為 0.5m ，長度為 32m ，即沿著加筋格賓高度方向布置兩層土工格柵；一級邊坡坡度為1：0.466，高 8.03m ，采用綠色加筋格賓（GTM 3×3× 0.73ZNP）+ 土工格柵復合式加筋層，土工格柵的加筋間距為 0.365m 加筋長度為 32m ，沿著綠色加筋格賓高度方向布置兩層土工格柵；二級邊坡坡度為1：1.0 ，高 9.86m ，采用綠色加筋格賓（ GTM3×3× 0.58ZNP）+ 土工格柵復合式加筋層，土工格柵的加筋間距為 0.58m 、加筋長度為 25m ，即1層綠色加筋格賓對應1層土工格柵。

本研究對以上典型斷面進行現場監測，現場監測斷面及監測元器件布置如圖1所示。在面墻后布置8個土壓力盒用以監測墻后土壓力，同時在面墻上布置對應的8個全站儀坡面水平位移監測點。通過現場監測，獲得加筋格賓組合式擋墻施工過程和工后土壓力發展規律。現場監測如圖2所示。

2數值模擬

2.1 數值模型

根據設計圖紙和現場施工的實際情況，建立如圖3所示的組合式綠色加筋格賓擋墻實體單元模型。第一級邊坡高 8.03m ，第二級邊坡高 9.86m 平臺高 3m ，第一級邊坡和第二級邊坡的坡比分別為1：0.466和1：1。基礎部分模型長 84m 寬 30m ，向下高 20m ，共分為3層土，第一層厚 3.6m ，第二層厚2.4m ，第三層厚 14m 。對應建立如圖4所示的組合式綠色加筋格賓擋墻結構單元模型，格賓籠、綠色加筋格賓和土工格柵均采用FLAC3D自帶的結構單元Geogrid進行模擬。地基部分的PC500預應力管樁使用 FLAC^3D 自帶的結構單元pile進行模擬。總體分布長度為 38m ，管樁間距為 1.2m ，在模擬中簡化樁的布置形式為矩形布置。模型為底面固定，前后兩個側向限制 X 方向的位移，左右兩個側面限制Y方向的位移，墻面為自由面。

圖1雙級組合式綠色加筋格賓擋墻結構（單位：m）

（a）全站儀監測坡面水平位移

（b）綠色加筋格賓擋墻面墻

圖2組合式綠色加筋格賓擋墻現場監測

圖3實體單元模型

圖4結構單元模型

2.2 參數設置

根據相關設計資料數據，對組合式綠色加筋格賓擋墻各單元進行參數設置，填料及地基等實體單元均采用摩爾-庫倫模擬，其力學參數見表1，各筋材及筋土界面的力學參數見表2，樁單元的力學參數見表3。

2.3 施工過程模擬

在FLAC3模型中，通過自下而上依次激活回填土網格來模擬填土施工過程。為簡化模擬，每層填土厚度為 0.5m ，在激活下一層填土網格之前，對

表1取土場部分土樣試驗結果

表2筋材的力學參數

表3樁單元的力學參數

回填土表面施加臨時均勻分布的壓應力來模擬壓實的影響，每層填土在自重和壓實應力的作用下計算至平衡。壓實應力取 60kPa 。

3結果與討論

3.1 面墻位移

雙級組合式綠色加筋格賓擋墻的面墻水平位移分布規律如圖5所示。

圖5面墻水平位移分布規律

由圖5可知，在施工荷載的作用下，第二級邊坡面墻變形自上而下逐漸增大，表現出類似懸臂梁的變化特征，水平位移增加速率基本一致；第一級邊坡面墻處的水平位移在1/2處達到最大值，水平位移最大為 33.8mm ;水平位移達到最大值后快速于第一級邊坡坡底減小至 7.3mm ，為最大值的22% ;格賓籠面墻處的水平位移表現為自上而下的減小，但是減小速率較緩。這說明由上部的施工荷載產生的水平位移主要由下面一級的邊坡來承擔，墻趾處剛度較大的加筋格賓籠對提高跛腳的局部穩定性有重要作用。與此同時，臺階處的水平位移基本保持不變。除此之外，柔性擋墻的水平位移可能相較于其他的剛性擋墻（如重力式擋墻、樁板墻等）稍大，這主要是由柔性擋墻本身的特性導致的，其通過允許面墻有一定的變形來提高擋墻的穩定性。

3.2墻后土壓力

考慮施工荷載作用下，雙級組合式綠色加筋格賓擋墻墻后的水平土壓力分布規律如圖6所示。由圖6可知，第二級邊坡的水平土壓力表現為鼓脹型，通過向著第二級邊坡面墻外側的柔性變形來進行施工荷載的卸荷作用，距離坡面的位置越遠這種卸荷作用就越小；第一級邊坡后的水平土壓力就完全不受這種作用的影響，而表現出隨墻高的增加而增大的變化趨勢，在坡腳加固的格賓籠剛度較大，因此在坡腳出現了明顯的應力集中。

圖6墻后水平土壓力分布規律（面墻處）

同時，選取距離面墻 20m 的位置分析加筋體處土體的水平土壓力分布規律如圖7所示。由圖7可知，在施工荷載的作用下，綠色加筋邊坡在面墻處與加筋體處表現出較為相似的規律。除此之外，明顯發現加筋體處的水平土壓力較面墻處的水平王壓力大很多，這說明了筋-土相互作用對面墻處水平土壓力的減小起到了重要作用。

圖7墻后水平土壓力分布規律（距面墻 20m 處）

3.3筋材的受力特性

第一級邊坡高 8.03m ，沿邊坡高度在加筋格賓面板后每隔 0.365m 均勻布置土工格柵，共22層。選擇不同高度的5組土工格柵得到考慮施工荷載作用下拉應力隨長度的變化規律，如圖8所示。由圖8可知，土工格柵的拉應力從面墻沿著邊坡內部的長度方向逐漸增大，到達峰值后緩慢減小。隨著邊坡高度的增加，各層土工格柵拉應力的最大值出現向著邊坡內部移動的趨勢。越靠近邊坡頂部，土工格柵的拉應力越大且最大拉應力的位置越靠近內部。由此可知，在施工荷載、上部土體自重和樁基礎的支撐作用下，第一級邊坡土工格柵的加固效果是由上至下逐步發揮的。

圖8第一級邊坡筋材應力隨長度的變化規律

第二級邊坡高 9.86m ，沿邊坡高度在加筋格賓面板后每隔 0.58m 均勻布置土工格柵，共17層。選擇不同高度的4組土工格柵得到考慮施工荷載作用下拉應力隨長度的變化規律，如圖9所示。由圖9可知，受網兜效應的影響，土工格柵沿著長度方向受到的拉力逐漸增大，達到峰值又逐漸減小。這說明土工格柵的性能從坡面向內逐漸發揮，加筋邊坡所承受的拉力范圍慢慢擴大。各級土工格柵的最大拉應力隨著高度的增加逐漸減小，這與第一級邊坡呈現的規律是相反的，這主要是土體自重減小和受到樁基礎支撐影響降低的原因。

圖9第二級邊坡筋材應力隨長度的變化規律

土工格柵最大拉應力沿墻高的分布規律如圖10所示。由圖10可知，土工格柵的最大拉應力沿著高度方向呈現先增大后減小的分布規律。最大拉應力出現在邊坡分級點處，為 14.1kPa 。該工程采用的王工格柵縱向抗拉強度不小于 300kPa 。數值模擬結果表明，土工格柵在抗拉強度方向僅發揮了 4.7% 的作用。這一現象與許多研究者得出的結論一致，即筋材的強度沒有得到充分利用。

圖10土工格柵最大拉應力沿墻高分布規律

4結論

通過現場監測與數值模擬對雙級組合式綠色加筋格賓擋墻的工程特性進行研究，得出以下結論。

① 在施工荷載的作用下，整個邊坡的水平位移沿著墻高從上到下逐漸增大，在第一級邊坡中間1/2處到達最大值，其后受到加筋格賓籠加固影響，水平位移在第一級邊坡坡底處迅速減小至最大值的 22% 。

② 第二級邊坡面墻柔性變形而產生的卸荷作用使得水平土壓力表現為鼓脹型，而第一級邊坡后的水平土壓力呈現從上到下逐漸增大的趨勢。

③ 受網兜效應的影響，土工格柵沿著長度方向受到的拉力逐漸增大，達到峰值又逐漸減小。土工格柵的最大拉應力沿著高度方向呈現先增大后減小的分布規律。最大拉應力出現在邊坡分級點處，為 14.1kPa ，但也僅發揮了其全部抗拉強度的 4.7% 。

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