加筋擋土墻在變電站邊坡支護(hù)的工藝及應(yīng)用

劉竹根，劉志剛，謝樹華

（江西省送變電建設(shè)公司，江西南昌 330200）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，建設(shè)用地狀況日趨緊張，越來越多的變電站站址選擇在山區(qū)或丘陵地帶。變電站在場(chǎng)地平整后，將產(chǎn)生大面積的、落差較大的高填方邊坡，填方區(qū)的邊坡治理成為工程建設(shè)急需解決的重點(diǎn)問題，采用傳統(tǒng)的重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)占地多、工程量大、工期長(zhǎng)、造價(jià)高、結(jié)構(gòu)安全性要求高，容易造成生態(tài)環(huán)境破壞。本文將結(jié)合贛州南500 kV變電站工程的高填方邊坡加以說明擋土墻在變電站深填方邊坡支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，贛州南500 kV變電站最大挖方邊坡高度為27 m，最大填方高度32 m，平均填方高度18 m，擋土墻長(zhǎng)度約389 m，挖填方量達(dá)100萬m3，為江西省變電站工程填方量、填方高度之最。

1 加筋擋土墻的基本概念

1.1 加筋擋土墻原理

所謂加筋土就是在土中埋設(shè)抗拉強(qiáng)度比較高的材料而形成的一種復(fù)合土體，這些埋設(shè)的材料通常稱為加筋材料，即筋材。

加筋土其基本原理：由土與加筋材料所構(gòu)成的復(fù)合土體在受到外力作用時(shí)，土與筋材之間存在著似摩擦阻力，此摩擦阻力限制了土的變形，從而依靠筋材與填料之間的摩擦提高了土體的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。加筋機(jī)理具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1）格柵上下表面與土粒的摩擦作用。摩擦起決定作用時(shí)，格柵應(yīng)沿著土中最大拉力方向鋪設(shè)。

2）格柵肋條對(duì)土顆粒的被動(dòng)阻抗作用。

3）格柵上的孔眼對(duì)土的鑲嵌于咬合作用。

準(zhǔn)黏聚力原理：加筋土結(jié)構(gòu)可看作是各向異性的復(fù)合材料，一般情況下筋材的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于填土的彈性模量?；诮畈呐c填土的共同作用，加筋土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度包括了填土的抗剪力、填土與筋材的摩阻力和筋材抗拉力的共同作用，使得加筋土的強(qiáng)度明顯提高。

1.2 加筋擋土墻材料

加筋擋土墻材料主要有：土工格柵、生態(tài)袋、聯(lián)接扣、草籽、化肥等。

1.3 加筋擋土墻材料選用

選擇加筋擋土墻材料主要是對(duì)土工格網(wǎng)和生態(tài)袋的選用。

土工格網(wǎng)的選用：加筋土擋墻是一種柔性結(jié)構(gòu)，允許有一定的變形，但由于變電站工程的特殊性，擋墻變形和位移的要求更高，為此變電站擋土墻常采用強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)率小、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低廉的凸結(jié)點(diǎn)土工格柵材料作為加筋材料，常用的有TGG60-30、TGG80-30、TGG100-50、TGG130-50等凸結(jié)點(diǎn)加筋格網(wǎng)和ZTDL220-80高強(qiáng)聚酯格網(wǎng)。

生態(tài)袋的選用：生態(tài)袋應(yīng)具有透水不透土的過濾功能，需對(duì)植物根系友好。生態(tài)袋應(yīng)選用高質(zhì)量的環(huán)保材料，易于植物生長(zhǎng)，產(chǎn)品永不降解、抗老化、無毒、百分之百可回收，使用壽命達(dá)70年的高科技材料制成的護(hù)坡材料。它應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）允許水從袋體滲出，從而減輕袋體的壓力；（2）不允許袋中土壤瀉出袋外，達(dá)到水土保持的目的，成為植被賴以生存的介質(zhì)；（3）袋體柔軟，整體性好。

1.4 加筋擋土墻創(chuàng)新點(diǎn)

加筋擋土墻是采用凸節(jié)點(diǎn)土工格柵筋材反包+生態(tài)袋（形成墻面）相結(jié)合的方式構(gòu)成加筋土擋墻，采用分級(jí)放坡形式，相對(duì)直立擋墻有效的減小了后方填土對(duì)擋墻的側(cè)向壓力，擋墻更加安全、穩(wěn)定。

對(duì)加筋擋墻與重力式擋墻加塊石護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析見表1。

表1 加筋擋墻與重力式擋墻加塊石護(hù)坡技術(shù)對(duì)比

采用生態(tài)袋堆碼形成擋墻墻面，不但有效地減小了對(duì)地基承載力的要求，更是通過袋內(nèi)的草籽長(zhǎng)草形成了綠化表面，環(huán)保得到充分體現(xiàn)。

2 加筋擋土墻的施工工藝及質(zhì)量控制

2.1 施工準(zhǔn)備

1）審查施工圖紙，編制施工方案，組織專家論證。

2）清理場(chǎng)地，修建施工臨時(shí)便道，進(jìn)行放線、找平。

3）組織材料、施工機(jī)具、施工設(shè)備等進(jìn)場(chǎng)。

4）組織勞動(dòng)力進(jìn)場(chǎng)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院、土工格網(wǎng)生產(chǎn)廠家派技術(shù)員到場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)、安全教育。

2.2 地基基礎(chǔ)處理

地基基礎(chǔ)處理需按照設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，地基處理完成后，地基土的壓縮模量一般應(yīng)達(dá)到131 MPa。贛州南500 kV變電站工程31 m高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達(dá)到494 MPa；24 m高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達(dá)到448 MPa；16 m 高的加筋擋土墻，地基承載力的要求達(dá)到312 MPa。贛州南500 kV 變電站工程針對(duì)粘性地基土采用了CFG 樁進(jìn)行地基處理，滿足了地基承載力。地基處理完成后，應(yīng)由試驗(yàn)單位對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證其承載力。

2.3 擋墻基礎(chǔ)

贛州南500 kV變電站工程擋墻基底采用了90 cm厚的碎石或砂礫加鋪3層凸結(jié)點(diǎn)格網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)處理。施工工藝應(yīng)注意：

1）在擋墻基礎(chǔ)開挖前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量定位；

2）基槽底部應(yīng)達(dá)到持力層，基底應(yīng)整平壓實(shí)。

2.4 填土碾壓

采用碎石類土進(jìn)行回填，分層碾壓。施工質(zhì)量控制應(yīng)注意：

1）填料最大粒徑不大于20 cm，填料內(nèi)不得混有垃圾或腐殖土，填料中不應(yīng)有不符合要求的石塊及其他雜物。

2）填料必須分層碾壓，碾壓回填虛鋪厚度為30 cm，每鋪一層格網(wǎng)之前應(yīng)檢測(cè)壓實(shí)度，壓實(shí)度不得小于0.95，檢測(cè)頻度每100 m2不少于2 點(diǎn)，壓實(shí)度達(dá)不到要求不得鋪設(shè)土工格網(wǎng)。

3）填料攤鋪的順序，應(yīng)先在格網(wǎng)的中部形成一縱向戧道，然后有戧道向兩邊擴(kuò)展，嚴(yán)禁由土工格網(wǎng)尾部向擋墻墻面推進(jìn)；填料碾壓的順序，碾壓機(jī)應(yīng)由土工格網(wǎng)中部壓至尾部，再由尾部壓至擋墻墻面處，其行走方向始終平行于擋墻墻面，在距擋墻墻面外邊緣1.0 m范圍，應(yīng)采用人工夯實(shí)或用小型壓路機(jī)壓實(shí)。

4）加筋體后方的一般填土應(yīng)基本上與加筋土體的填筑同步進(jìn)行，一起壓實(shí)，加筋體尾部應(yīng)交叉碾壓至少1.5 m。

5）施工中應(yīng)設(shè)置一定的排水通道，填料應(yīng)有一定坡勢(shì)，以利排除雨水，并在墻面設(shè)置一定數(shù)量的排水孔，保證斜坡的穩(wěn)定性。

2.5 土工格網(wǎng)的鋪設(shè)

土工格網(wǎng)的鋪設(shè)應(yīng)有如下工藝：

1）土工格網(wǎng)應(yīng)垂直于墻面鋪設(shè)，土工格網(wǎng)不應(yīng)有重疊、折曲，鋪設(shè)中不應(yīng)有損壞。

2）土工格網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)，不應(yīng)有漏鋪，可以有搭接，搭接寬度不得少于一個(gè)格網(wǎng)網(wǎng)孔。

3）土工格網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)固定可靠，防止填料攤鋪和碾壓時(shí)對(duì)土工格網(wǎng)的擾動(dòng)。

2.6 土袋碼放

袋裝土采用生態(tài)袋內(nèi)裝土、草籽及化肥的混合料，形成植被護(hù)面。

土袋碼放的質(zhì)量控制應(yīng)注意：

1）土袋碼放時(shí)，應(yīng)控制加筋擋土墻坡度，每完成一層，使用全站儀及水準(zhǔn)儀確定墻面的軸線和標(biāo)高，水平誤差應(yīng)逐層調(diào)整，不得將誤差累積后再進(jìn)行總調(diào)。

2）控制加筋擋土墻的平直度和墻斜率，以保證加筋擋墻軸線正確，墻斜率統(tǒng)一，外觀質(zhì)量美觀、整齊。

3）土袋碼放完成后，土工格網(wǎng)應(yīng)回折反包土袋固定，與后續(xù)土工格網(wǎng)綁扎在一起。

2.7 擋墻壓頂

為增加護(hù)坡的抗滑穩(wěn)定性及雨水的侵蝕，加筋擋土墻墻頂需采用壓頂措施。

2.8 加筋擋土墻的施工

以贛州南500 kV變電站為例，見圖1。

圖1 加筋擋土墻施工示意

3 檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)

進(jìn)場(chǎng)后的土工格網(wǎng)應(yīng)檢查其合格證及檢測(cè)報(bào)告，并對(duì)土工格網(wǎng)抽檢其縱橫向拉伸屈服力、屈服伸長(zhǎng)率、結(jié)點(diǎn)極限剝離力等筋材技術(shù)指標(biāo)。為確保施工過程中及變電站運(yùn)營(yíng)期的邊坡的安全，還應(yīng)對(duì)加筋擋土墻體內(nèi)的位移及應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1 位移監(jiān)測(cè)

在各主要斷面設(shè)置地表位移檢測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)其水平位移和垂直位移變化，在施工中，雨季每10天觀測(cè)一次，旱季每半月觀測(cè)一次；施工結(jié)束后轉(zhuǎn)為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，采集的數(shù)據(jù)做好記錄，通過時(shí)間位移累計(jì)曲線圖，分析判斷位移情況。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在站區(qū)南側(cè)高加筋土擋墻部位，2個(gè)剖面布置土壓力監(jiān)測(cè)斷面，土壓力盒分為監(jiān)測(cè)垂直土壓力盒和監(jiān)測(cè)水平土壓力的水平土壓力盒，在底層同時(shí)埋置垂直土壓力盒和水平土壓力盒，至下而上在每個(gè)馬道處分別埋入垂直土壓力盒或者水平土壓力盒。

測(cè)試工作在施工的過程中就要開始，施工過程中每回填1 m土層，讀取土壓力盒數(shù)據(jù)一次。施工完成后，按每周讀取數(shù)據(jù)一次，直到土壓力穩(wěn)定，采集的數(shù)據(jù)做好記錄，綜合考慮荷載變化、時(shí)間周期、前期數(shù)據(jù)，分析加筋擋土墻的土壓力變化。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

加筋擋土墻相比已有同類先進(jìn)技術(shù)可節(jié)省投資，具有經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)，在同等的施工條件下，通過與重力式擋土墻加塊石護(hù)坡造價(jià)進(jìn)行比較，結(jié)果見表2（以贛州南500 kV變電站為例）。

表2 加筋擋土墻與重力式擋土墻造價(jià)比較

4.2 社會(huì)效益

贛州南500 kV變電站因采用加筋擋土墻相比傳統(tǒng)的護(hù)坡方式，使得治理邊坡的工期提前了72天，確保了工程按時(shí)順利投運(yùn)，極大滿足了贛南蘇區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。

4.3 環(huán)境效益

采用加筋擋土墻在施工中減少亦避免了對(duì)環(huán)境的破壞，減少了水土流失，增加了綠化面積，滿足國(guó)網(wǎng)提出的“兩型一化”中的“環(huán)境友好型”的要求，贛州南500 kV 變電站因采用該工藝減少了征地47%，合理節(jié)約了土地資源。

5 推廣及應(yīng)用前景

相對(duì)直立擋墻，加筋擋土墻更加安全、穩(wěn)定，它能有效的減小后方填土對(duì)擋墻的側(cè)向壓力。加筋擋土墻屬柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)地基變形適應(yīng)強(qiáng)，建筑高度大，適用于填方區(qū)邊坡處理，具有占地少、投資省、工期短、施工工藝簡(jiǎn)單、與周圍環(huán)境和諧融為一體的優(yōu)點(diǎn)，具備廣泛的推廣條件。贛州南500 kV變電站在深填方采用了加筋擋土墻，有效的節(jié)約了變電站的占地面積，加快了工期，為保證后續(xù)的按時(shí)送電奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通過近二年對(duì)加筋擋土墻的位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)正常，充分說明了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

通過這幾年的發(fā)展，加筋擋土墻已得到廣大科研院校、設(shè)計(jì)院、施工單位及建設(shè)單位的認(rèn)可，目前已在多個(gè)變電站工程中采用此種技術(shù)，并不斷延伸到其他領(lǐng)域：煤礦、水利水電、機(jī)場(chǎng)、鐵路、公路等部門都在大力采用該技術(shù)，并且都編制了相應(yīng)的規(guī)范文件。

加筋土結(jié)構(gòu)作為一種新型的支擋結(jié)構(gòu)，在土工合成材料領(lǐng)域有著非常重要的地位。有關(guān)的國(guó)內(nèi)、國(guó)際學(xué)會(huì)在加筋土技術(shù)的研究和推廣方面都非?；钴S，每四年一次定期召開的全國(guó)加筋土技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)已成功舉辦多次（舉辦地有武漢、昆明、重慶、濟(jì)南、泰安、鎮(zhèn)江、上海等），許多工程技術(shù)人員非?？春眉咏钔良夹g(shù)，并在工程中不斷地研究和探索。

[1]JTJ033-95 公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTJ/T019-98 公路土工合成材料施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]何春光.加筋土工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]劉成宇.土力學(xué)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.

[5]劉光耀，等.土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.