山區(qū)高速公路高填路基加筋擋土墻施工技術(shù)

段小健，申夢(mèng)龍，方存星

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

目前，多數(shù)山區(qū)高速公路存在高填路基與深挖路塹，高填路基設(shè)計(jì)平均按照1∶1.5 的坡度進(jìn)行大面積的放坡施工，因此該路基只能在較寬廣的地區(qū)進(jìn)行施工。面對(duì)日趨嚴(yán)格的土地管理、地形受限問題的經(jīng)濟(jì)性考慮以及工程與環(huán)境協(xié)調(diào)性等綜合因素，可在高填路基設(shè)置占地少、生態(tài)環(huán)保、結(jié)構(gòu)新穎的加筋擋土墻。

加筋擋土墻是依靠加筋材料與土體間摩擦力平衡墻后土體壓力，從而阻擋墻后土體產(chǎn)生向外滑動(dòng)的一種由混凝土面板、土工布拉筋與土組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。同時(shí)，相關(guān)學(xué)者也結(jié)合工程實(shí)例對(duì)此類擋墻防護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和施工技術(shù)進(jìn)行研究討論。楊文娟[1]等運(yùn)用莫爾-庫倫理論分析了筋-土之間的相互作用，同時(shí)采用簡(jiǎn)化畢肖普法分析計(jì)算擋墻系統(tǒng)內(nèi)部整體穩(wěn)定性，得出山區(qū)公路路基采用加筋擋土墻設(shè)計(jì)安全可靠的結(jié)論。唐韜[2]等利用理論軟件，結(jié)合上浦高速高填方段落設(shè)置的加筋擋土墻進(jìn)行外部穩(wěn)定驗(yàn)算和內(nèi)部穩(wěn)定驗(yàn)算，同時(shí)提出了材料蠕變、填土與面板差異沉降的控制影響。李倩[3]等基于ABAQUS 建立了加筋擋土墻有限元模型，引入灰關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算各種工況下結(jié)構(gòu)體系的自身振動(dòng)頻率，算例對(duì)擋墻墻后填料進(jìn)行了參數(shù)分析。

本文依托靖黎高速K45+220—K45+380 段高路堤加筋擋土墻為研究對(duì)象，對(duì)加筋擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、施工流程、工序的過程控制等內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 工程概況

湖南省靖州至黎平（湘黔界）高速公路第三合同段項(xiàng)目起于靖州縣平茶鎮(zhèn)東部，終點(diǎn)位于湘黔界界牌，與貴州省規(guī)劃高速公路相接，路線全長(zhǎng)15.882km。路基工程中設(shè)計(jì)加筋擋土墻兩處，分別位于主線樁號(hào)K45+220—K45+380、 K55+540—K55+690 處 。 其 中K45+220—K45+380 處平均填土高度13.8m，加筋擋土長(zhǎng)160m，墻高13.8m，設(shè)計(jì)坡率為1∶0.05，加筋體在道路橫向方向?qū)挾葹?2～14m。

2 地質(zhì)、水文條件

2.1 地質(zhì)條件

據(jù)項(xiàng)目地勘顯示，項(xiàng)目位于地形起伏變化較大的低山丘陵地貌區(qū)，地層巖性較為單一。路線所經(jīng)走廊帶為風(fēng)化程度不一的構(gòu)造剝蝕低山、丘陵地貌區(qū)，微地貌為低山丘陵間U形盆地、河谷、溝谷地貌。在臨河邊、基本農(nóng)田多，無法自然放坡處設(shè)置加筋擋土墻。加筋擋土墻所處地層特性主要為填筑土、種植土、碎石、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化板巖上帶、強(qiáng)風(fēng)化板巖下帶，清除表層覆蓋土后可以硬塑粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化板巖作為加筋擋土墻基礎(chǔ)持力層。

2.2 水文條件

項(xiàng)目所在地屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候顯著，四季分明，降水多發(fā)生在6—8 月，降水集中且強(qiáng)度大，伴有明顯的季節(jié)性。地表水主要為溝中雨季面流、洪流以及常年伴有水流的四鄉(xiāng)河。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 計(jì)算原理

目前，山區(qū)高速公路加筋擋土墻設(shè)計(jì)主要采用極限平衡法、極限狀態(tài)法、數(shù)值模擬法進(jìn)行受力驗(yàn)算及穩(wěn)定性分析。該項(xiàng)目以簡(jiǎn)單斷面極限平衡法建立模型，對(duì)加筋擋土墻開展穩(wěn)定性驗(yàn)算。項(xiàng)目設(shè)計(jì)加筋材料為聚酯有紡?fù)凉げ?，依?jù)強(qiáng)度不同分為I 型、II 型、III 型土工布，其主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 加筋土工布性能指標(biāo)表

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

以13.8m 高加筋擋土墻為例進(jìn)行計(jì)算研究，在加筋體內(nèi)、外部及深層進(jìn)行圓弧穩(wěn)定分析（畢肖普?qǐng)A?。?。有紡?fù)凉げ济扛?.5m 設(shè)置一層，回填材料為黏土、開山石渣，回填壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。為保證與上一層有紡?fù)凉げ即罱娱L(zhǎng)度大于2m，每層有紡?fù)凉げ季蚵坊鈧?cè)伸出3m，保證反包搭接長(zhǎng)度滿足要求。

（1）控制參數(shù)

在利用簡(jiǎn)單斷面極限平衡法進(jìn)行加筋擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算中取抗拉拔最小安全系數(shù)Fs-po為1.50，取抗滑動(dòng)最小安全系數(shù)Fs-sliding為1.50；每層筋材處最大允許的偏心率比為0.1667，復(fù)合驗(yàn)算和整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)最小安全系數(shù)（靜態(tài)）Fs-comp-static取1.30，最小錨固長(zhǎng)度Le取1.0m、每層筋材的長(zhǎng)度范圍每層筋材最小總長(zhǎng)度L=2.50m。

（2）地基承載力計(jì)算

由總應(yīng)力控制計(jì)算地基承載力。計(jì)算中最大允許的偏心率比（土）的取值為考慮極限承載力的最小安全系數(shù)（梅耶霍夫法）的取值為2.00，地基承載力系數(shù)Nc取30.14，Nγ取22.4。

（3）筋材的設(shè)計(jì)允許抗拉強(qiáng)度

允許抗拉強(qiáng)度應(yīng)滿足Tallow≤Tult，結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)為Fs=Tallow/Tdesign，依據(jù)國(guó)標(biāo)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50209—2014）給出的計(jì)算公式：

式（1）～（2）中：Ta為允許抗拉強(qiáng)度（kN/m）；T為加筋材料拉伸試驗(yàn)測(cè)得的極限抗拉強(qiáng)度（kN/m）；RF為綜合強(qiáng)度折減系數(shù)；RFCR為材料因蠕變影響的強(qiáng)度折減系數(shù)；RFiD為材料在施工過程中受損傷的強(qiáng)度折減系數(shù)；RFD為材料長(zhǎng)期老化影響的強(qiáng)度折減系數(shù)。各項(xiàng)折減系數(shù)的取值參照《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50209—2014）和《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）選擇。

（4）加筋材料—土界面作用系數(shù)

計(jì)算依據(jù)《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）里的規(guī)定：

式（3）中：fGS為加筋材料與土接觸的阻力系數(shù)；Ψs為加筋材料接觸的土內(nèi)摩擦角。

（5）土體參數(shù)取值

加筋擋土墻加筋區(qū)土體容重γ取18kN/m3，內(nèi)摩擦角取30°；加筋體后土體容重γ取18kN/m3，內(nèi)摩擦角取30°；地基土容重γ取 20.5kN/m3，內(nèi)摩擦角取 30°；黏聚力c取3kPa；隨深度變化的側(cè)向土壓力系數(shù)為1。

（6）其他參數(shù)

加筋擋土墻高度為13.8m，陡坡角度為87.14°，承受均布荷載20kPa。

（7）計(jì)算結(jié)果

加筋擋土墻內(nèi)外部及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 加筋擋土墻驗(yàn)算結(jié)果

4 施工技術(shù)

4.1 基底處理

先在基礎(chǔ)四周設(shè)置排水溝，再開挖基底。基底開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上20～30cm 時(shí)，用人工開挖、鑿平，鑿平后開展平面高程復(fù)測(cè)、基坑承載力檢驗(yàn)工作，若局部地基承載力不滿足時(shí)可采用石渣、片石等材料進(jìn)行換填碾壓處理以達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)入下一步工序施工。

4.2 基座施工

基坑開挖完成后及時(shí)進(jìn)行基座施工，依據(jù)設(shè)計(jì)文件采用C30混凝土每10m 一次澆筑成形?；鹉：蠓謱踊靥顑?nèi)側(cè)，材料選擇碎石土，不可摻雜細(xì)顆土。

4.3 加筋體鋪設(shè)

（1）土工布裁剪

依據(jù)設(shè)計(jì)圖將各類型的土工布裁剪，下料長(zhǎng)度不得低于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。土工布緊貼下承層，局部無扭曲、褶皺現(xiàn)象，確保土工布平順后再用U形釘固定于下承層。

（2）袋裝碎石碼砌

加筋土轉(zhuǎn)角處設(shè)置50cm 厚袋裝碎石，袋為塑料編織袋，規(guī)格為1m 長(zhǎng)、0.5m 寬，碎石采用人工提前裝置至塑料編織袋，人工拉線碼砌。

（3）錨筋安裝

在加筋土工布上設(shè)置縱橫間距1m 梅花形布置的直徑為20mm的HRB400鋼筋錨桿。

4.4 排水設(shè)置

（1）碎石排水層

為確保加筋擋土墻墻后原狀山體排水順暢，采用在I 形有紡?fù)凉げ间佋O(shè)回填完成后鋪設(shè)下層透水土工布、鋪設(shè)30cm 厚碎石、鋪設(shè)上層透水土工布形成排水通道的措施。

（2）泄水管

泄水管采用直徑為50mm 的軟式透水管，按橫向間距1m、縱向間距2m 交錯(cuò)布置，并設(shè)置4%的排水縱坡，透水管進(jìn)水口采用透水無紡布包裹，穿過面板至少2cm，管身鉆間距30mm、直徑2mm 的梅花型孔。

4.5 回填碾壓

（1）上料、填平

機(jī)具不得在未覆蓋填料的筋材上行駛，卸料時(shí)機(jī)具與面板距離不應(yīng)小于1.5m，并不得擾動(dòng)下層筋材。機(jī)械攤鋪時(shí)，攤鋪方向與筋材保持垂直，攤鋪至距面板1.5m 范圍內(nèi)改用人工攤鋪。攤鋪時(shí)設(shè)置不小于3%的橫坡，并保證厚度均勻，表面平整。

（2）碾壓

在裝載機(jī)將砂礫料及填料垂直傾倒在鋪好加筋土工布的基礎(chǔ)上，用挖掘機(jī)或推土機(jī)平整填料，用光輪振動(dòng)壓路機(jī)將填料壓實(shí)，先輕后重碾壓，碾壓作業(yè)按照筋材中部、尾部及面板的順序開展，控制壓實(shí)厚度為25cm。

（3）反包土工布

在第一層回填碾壓檢驗(yàn)合格后將預(yù)留的土工布用袋裝碎石體進(jìn)行反包，并用U 形釘固定在回填土體上，然后進(jìn)行第二層回填施工。

4.6 面板施工

加筋擋土墻面板為C30鋼筋混凝土，分段分級(jí)澆筑而成，節(jié)段長(zhǎng)10m、高1m，節(jié)段間預(yù)留2cm 沉降縫。加筋擋土墻面板厚30cm，內(nèi)置直徑12mmⅠ級(jí)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)綁扎在預(yù)埋錨桿上，縱橫間距20cm，凈保護(hù)層厚4cm，并預(yù)留PVC50泄水孔。面板鋼筋應(yīng)留出預(yù)留部分伸入護(hù)欄基礎(chǔ)。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）加筋土工布、反包土工布進(jìn)場(chǎng)應(yīng)覆蓋防暴曬雨露，鋪設(shè)反包時(shí)土工布必須順直、緊繃。同時(shí)嚴(yán)格控制包裹體砌體的坡率、平整度及U形釘緊固程度，減少后續(xù)施工運(yùn)營(yíng)中加筋擋土墻的變形。

（2）袋裝的碎石飽和抗壓強(qiáng)度控制大于30MPa，其壓碎值、軟化系數(shù)等指標(biāo)滿足相關(guān)要求，提高袋裝碎石體的抗風(fēng)化能力及整體穩(wěn)定性。

（3）錨筋依次做二層防銹漆、一層熱瀝青汁、麻筋纏緊以及一層熱瀝青汁的處理，減少錨桿與土工布的接觸摩擦系數(shù)，避免刺損土工布，減少對(duì)土工布力學(xué)性能的影響。

（4）為提高回填材料與土工布的摩擦，增強(qiáng)整個(gè)加筋擋墻的受力，回填材料可選擇砂性土、砂礫、碎（礫）石等材料。同時(shí)，減少回填材料中尖銳物對(duì)土工布的破壞，可在回填之前采用人工先在土工布上鋪設(shè)一層約3cm厚的黏土，再使用大型機(jī)械回填、碾壓，禁止履帶式設(shè)備直接接觸土工布。

（5）結(jié)合設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際填挖交接、換填、陡坡等情況設(shè)置垂直沉降縫，沉降縫內(nèi)用泡沫板填充，阻止回填細(xì)料排出的同時(shí)保證水流通暢。

（6）及時(shí)澆筑混凝土面板，同時(shí)對(duì)包裹編織袋的加筋土工布外露面涂刷瀝青，涂刷應(yīng)飽滿密實(shí)，不得遺漏。消除澆筑的面板混凝土的強(qiáng)堿環(huán)境對(duì)加筋土工布腐蝕的同時(shí)延長(zhǎng)土工布的老化時(shí)間。

6 結(jié)語

靖黎高速公路第三合同段項(xiàng)目?jī)商幖咏顡跬翂σ讶渴┕ね瓿?，施工質(zhì)量可靠。本文闡述了加筋擋土墻在山區(qū)公路建設(shè)中的設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝流程及質(zhì)量控制要點(diǎn)，為同類項(xiàng)目提供參考。