石籠擋墻在凍土地區(qū)邊坡工程中的應(yīng)用

潘 鋒

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

石籠擋墻源于竹籠、羊圈、鉛絲籠等堤岸防護(hù)技術(shù),兩千多年前,李冰父子在都江堰水利工程中就運(yùn)用了這種結(jié)構(gòu),用竹子和藤蔓、木條編織成籠狀箱體內(nèi)裝填石頭(卵石)而成,開創(chuàng)了石籠防護(hù)工程的先河。隨著科技的發(fā)展,現(xiàn)在的石籠擋墻,是用抗腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度的低碳重鍍鋅鋼絲,采用專用的機(jī)械編織成五鉸狀六邊形網(wǎng)目的網(wǎng)片,力學(xué)性能和耐久性均有顯著提高。由于生態(tài)環(huán)保,與周圍自然環(huán)境融合度高,具有較強(qiáng)的適應(yīng)變形能力,石器擋墻在公路邊坡防護(hù)、水利工程堤坡防護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1,2]。

1 工程實(shí)例應(yīng)用分析

1.1 項(xiàng)目概況

某高寒高海拔地區(qū)公路邊坡位于坡積裙上,坡積裙在后緣接受地下水的補(bǔ)給,在前緣排泄。坡積裙上表層為季節(jié)性凍土,以粉質(zhì)黏土為主,在夏季融化時(shí),因土顆粒較細(xì),滲透性較差,融化水不易排出,產(chǎn)生超靜孔隙水壓力,融化面上的土體受水浸泡,抗剪強(qiáng)度大幅降低,加上邊坡前緣未設(shè)置有效支擋結(jié)構(gòu),存在臨空面。上述因素共同作用下,道路路塹邊坡表層產(chǎn)生熱融滑塌,部分路段滑塌體已從現(xiàn)狀老擋墻頂“越頂”侵占半幅寬度(圖1)。

圖1 熱融滑塌工點(diǎn)全貌

1.1.1 地形地貌

滑坡工點(diǎn)為構(gòu)造侵蝕中高山地貌,微地貌單元屬于坡積裙區(qū),地勢起伏稍大,沿線路中心地面標(biāo)高一般在3380～3447m之間,自然坡角15°～35°,與周圍環(huán)境比,地形相對平緩,路線在該段呈S形,場地近南北向展布,南北高,中部低,為負(fù)地形區(qū),易匯水。

1.1.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料,挖方區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)冰水融化堆積粉質(zhì)黏土混碎石、新近系泥巖,砂巖、砂礫巖,巖性特征如下:

(1)粉質(zhì)黏土混碎石(Q4fg+del)。淺灰、灰黑色,土質(zhì)不均,含大量腐殖質(zhì)及泥炭質(zhì),混碎石,含量10%,潮濕飽和,可塑。揭露厚度 3.5～16 m,上部1.2～1.8 m為季節(jié)性凍土區(qū)。承載力容許值Fa0=140 kPa。

(2)全風(fēng)化砂巖(N1)。磚紅色,結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已破壞,巖土風(fēng)化成硬土狀,巖芯短柱狀,揭露厚度3.2～4.2 m,承載力容許值Fa0=280 kPa。

(3)強(qiáng)風(fēng)化砂巖(N1)。磚紅色,泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造,巖芯成短柱狀,錘擊聲啞,成巖性差,未揭穿,承載力容許值Fa0=400 kPa。

2 凍土地區(qū)邊坡綜合處置方案

該段屬于季節(jié)性凍土熱融滑塌區(qū),是典型的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn),夏季溫度升高凍土熱融后,含水量增加,坡面飽水,土體抗剪強(qiáng)度降低,坡面整體向前蠕動(dòng)變形;坡腳老擋墻為干砌片石,整體性較差且高度不足,表層蠕滑形成“越頂”現(xiàn)象,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)[3,4]。

2.1 熱融邊坡設(shè)計(jì)原則

凍土地區(qū)路塹設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮區(qū)域氣候條件和凍土條件,包括換填隔熱設(shè)計(jì)和支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)[5]。因此加固方案中要求對該工點(diǎn)路基基底采用粗顆粒換填處理,同時(shí)遵循支擋與截排水措施并重的原則[6]。

2.2 路塹邊坡綜合治理方案

該邊坡失穩(wěn)的主要原因?yàn)榧竟?jié)性凍土表層熱融以后,向下蠕變滑動(dòng),坡腳處老擋墻高度不夠,整體性不足,導(dǎo)致上部滑體“越頂”破壞。傳統(tǒng)的重力式擋墻圬工體積大,對承載力要求高,對凍脹產(chǎn)生的不均勻變形較敏感,極易開裂。一般認(rèn)為,凍土地區(qū)擋墻宜采用預(yù)制拼裝工業(yè)施工的輕型、柔性結(jié)構(gòu),效果較好?？紤]項(xiàng)目周邊砂石料豐富,因此采用格賓石籠擋墻作為支擋結(jié)構(gòu)。格賓是由鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層鋼絲制作而成的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu),在工程現(xiàn)場用片石或碎石填充網(wǎng)箱,形成柔性的、透水的、整體性結(jié)構(gòu)[7]。邊坡綜合治理的典型斷面如圖2所示。

圖2 邊坡綜合治理典型斷面

2.3 擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求,對擋土墻應(yīng)進(jìn)行抗滑移、抗傾覆、整體穩(wěn)定性、地基承載力等驗(yàn)算。

2.3.1 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

基底抗滑穩(wěn)定系數(shù)FSsl按下式計(jì)算:

式中:∑N=豎向力總和,kN;∑T=水平力總和,kN;μ為基底摩擦系數(shù)。

2.3.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko按下式計(jì)算:

式中:∑My為穩(wěn)定力系對格賓墻體墻趾的力矩,kN·m;∑Mo為傾覆力系對格賓墻體墻趾的力矩,kN·m。

抗滑移抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果見表1。

表1 抗滑移抗傾覆驗(yàn)算

2.3.3 地基承載力驗(yàn)算

2.3.4 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

該工點(diǎn)邊坡為土石二元邊坡,采用簡化Bishop法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算[8],計(jì)算模型如圖3所示，計(jì)算結(jié)果見表2。

圖3 計(jì)算模型

表2 穩(wěn)定性驗(yàn)算

2.4 石籠擋墻相關(guān)技術(shù)要求

擋墻為外臺(tái)階式,擋墻總墻高4 m,面墻每級退臺(tái)1 m,擋墻埋深不少于0.8 m;對墻底及墻前采用碎石換填,碎石為挖方段利用,減輕或消除凍脹影響。

格賓采用鍍鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層防腐處理,格賓網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度為42 kN/m。

填石要求:格賓填石粒徑以100～300 mm為宜,空隙率不超過30%,要求石料質(zhì)地堅(jiān)硬,強(qiáng)度等級MU 30,比重不小于2.5 t/m3,遇水不易崩解和水解,抗風(fēng)化,格賓面墻靠墻面0.3 m范圍內(nèi)采取干砌的方式。

圖4 石籠網(wǎng)箱大樣圖

3 結(jié)束語

石籠擋墻具有能與周圍環(huán)境自然融合、易于就地取材、墻體斷面型式組合靈活、透水性好、抵抗變形能力強(qiáng)等優(yōu)勢,在路基邊坡防護(hù)、水利堤壩護(hù)岸等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文以高海拔山區(qū)二級公路工程實(shí)例為依托,介紹了石籠擋墻在凍土地區(qū)路基邊坡防護(hù)中的應(yīng)用情況,擋墻設(shè)計(jì)的要點(diǎn)為網(wǎng)箱材料及充填石料的選擇,以及擋墻的抗傾覆、抗滑移、地基承載力、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算等方面。研究結(jié)果可為后期類似項(xiàng)目提供參考。