綠色加筋格賓擋墻在尾礦庫(kù)壩體加固中的應(yīng)用

余新洲，吳均平

（1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.馬克菲爾（長(zhǎng)沙）新型支檔科技開(kāi)發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程建設(shè)過(guò)程中建設(shè)用地需求與建設(shè)用地供應(yīng)的矛盾日益突出，合理采取工程措施，優(yōu)化土地利用，在解決實(shí)際工程問(wèn)題中顯得十分重要。綠色加筋格賓材料是一種新型的巖土工程材料，它以天然或人工合成聚合物為原料，制成各類(lèi)產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各土層之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用[1]。由于綠色加筋格賓擋墻具有地基承載力要求較低、占地面積小且施工效率高、墻面生態(tài)綠化效果好、結(jié)構(gòu)抗震和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，廣泛用于公路、鐵路、水利、電力、礦山、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域[3]。

一般而言，土體具有一定抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度卻很低。在土體中摻入或鋪設(shè)適量的加筋材料后，可不同程度地改善土體的強(qiáng)度與變形特征。將加筋材料埋置在土體中，可以擴(kuò)散土體的應(yīng)力、增加土體模量、傳遞拉應(yīng)力、限制土體側(cè)向變形，同時(shí)還增加土體和其他材料之間的摩阻力，提高土體及有關(guān)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。綠色加筋格賓擋墻的主要材料包括綠色格賓石籠、拉筋、填土和面墻綠化。

1 工程實(shí)例

1.1 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地周邊為低山丘陵地貌，庫(kù)區(qū)為盆地，場(chǎng)地地面標(biāo)高約為126.13m～148.35m，場(chǎng)地開(kāi)闊平坦，地勢(shì)稍有起伏，高差最大可達(dá)22.22m。上覆厚度第四系全新統(tǒng)人工堆積層填土厚0.80m～11.30m、填土淤泥厚1.30m～24.80m，第四系上更新統(tǒng)殘積層黏土厚10.00m～29.70m，下伏泥盆紀(jì)灰?guī)r層（D）厚2.20m～17.80m。

1.2 項(xiàng)目背景

某工業(yè)園選址位于尾礦庫(kù)場(chǎng)地內(nèi)，該尾礦庫(kù)原用于堆存選礦后的錳渣，庫(kù)區(qū)原始地貌為盆地，已經(jīng)停止使用多年，原壩體施工時(shí)未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格分層碾壓，壩體結(jié)構(gòu)較為松散，壩體穩(wěn)定性較差。工業(yè)園區(qū)新材料分園建設(shè)分兩期實(shí)施，其中一期建設(shè)用地面積約770畝，二期建設(shè)用地面積約1030畝。為了充分利用土地，在尾礦庫(kù)初期壩和下游省道之間規(guī)劃設(shè)置擋墻并回填平整后形成約100畝有效可利用場(chǎng)地。為了保障在尾礦庫(kù)場(chǎng)地建設(shè)工業(yè)園的安全性，同時(shí)增加場(chǎng)地有效用地面積，在尾礦庫(kù)原初期壩壩腳設(shè)置擋墻，由于地基黏土層覆蓋層較厚，采用漿砌石或混凝土擋墻對(duì)基礎(chǔ)承載力要求較高，且造價(jià)較高，本次項(xiàng)目園區(qū)內(nèi)場(chǎng)地平整將產(chǎn)生大量挖方，可利用該部分棄土進(jìn)行加筋土填筑。因此本次規(guī)劃考慮采用綠色加筋格賓擋墻型式，該型式擋墻具有地基適應(yīng)能力強(qiáng)、抗變形、就地取材、造價(jià)低、生態(tài)效果好等優(yōu)點(diǎn)[3]。

2 綠色加筋格賓擋墻設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)擋墻頂部標(biāo)高為134.2m，擋墻最大高度為11.69m，擋墻軸線(xiàn)長(zhǎng)度為309.34m。擋墻頂部以上采用1：2放坡至140.0m標(biāo)高，并在134.2m標(biāo)高處設(shè)置2m寬?cǎi)R道，馬道和坡腳處分別設(shè)置馬道排水溝和坡腳排水溝。

圖1 綠色加筋格賓擋墻立面圖

圖2 綠色加筋格賓擋墻斷面結(jié)構(gòu)圖

圖3 面墻綠化示意圖

加筋格賓擋墻面墻坡比為1：0.75，基礎(chǔ)坐落于黏土層，底部設(shè)置三維排水墊層，加筋格賓埋深不小于1.46m。加筋格賓面墻內(nèi)填充土料，其后需鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布反濾，施工折邊每側(cè)0.3m，外表面噴射有機(jī)質(zhì)基材和草籽進(jìn)行綠化。加筋格賓采用鍍鋅覆塑防腐處理，土工格柵采用單向高韌性聚酯紗線(xiàn)集束格柵，水平方向采用滿(mǎn)鋪，擋墻頂部以下7m范圍內(nèi)垂直方向每間隔1m高度設(shè)置，擋墻頂部以下7m范圍外垂直方向每間隔0.5m高度設(shè)置，其中上部四層筋帶采用150型高韌性聚酯紗線(xiàn)集束格柵，長(zhǎng)度為10m；以下采用200型高韌性聚酯紗線(xiàn)集束格柵，長(zhǎng)度為12m。墻后采用黏土分層壓實(shí)回填，虛鋪厚度不得大于30cm，施工前應(yīng)進(jìn)行碾壓實(shí)驗(yàn)，確定最大干密度、最優(yōu)含水率和碾壓遍數(shù)，最終檢測(cè)壓實(shí)度不小于92%，施工過(guò)程中應(yīng)避免施工機(jī)械對(duì)土工格柵造成損傷[4]。

2.2 加筋格賓單元

加筋格賓單元為鍍鋅或鍍高爾凡并覆塑的低碳鋼絲經(jīng)機(jī)器編織而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面。其面墻為格賓網(wǎng)箱，拉筋為鋼絲網(wǎng)面，拉筋與面墻網(wǎng)面為同一網(wǎng)面的無(wú)節(jié)點(diǎn)連接。在現(xiàn)場(chǎng)直接充填塊石料構(gòu)成面墻，在加筋網(wǎng)面上分層填土、壓實(shí)。格賓網(wǎng)箱、網(wǎng)面與壓實(shí)填土共同作用的受拉體系一起組成加筋格賓結(jié)構(gòu)。加筋格賓單元的一般規(guī)格為幅寬2m，高0.5或1.0m（見(jiàn)圖4），加筋網(wǎng)面長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)確定。單元間通過(guò)絞合鋼絲連接，其擋墻墻面型式可以是直立式和階梯式，并可設(shè)置分級(jí)平臺(tái)。

圖4 加筋格賓單元結(jié)構(gòu)圖

3 穩(wěn)定性分析

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)選取

（1）工程巖土力學(xué)參數(shù)。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 工程巖土力學(xué)參數(shù)

（2）土工格柵材料參數(shù)。本次采用土工格柵分為高韌性聚酯紗線(xiàn)集束格柵150型和高韌性聚酯紗線(xiàn)集束格柵200型，相應(yīng)極限抗拉強(qiáng)度分別為150kN和200kN。

（3）加筋格賓網(wǎng)強(qiáng)度參數(shù)。六角形雙絞合金屬網(wǎng)考慮綜合折減系數(shù)，其長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度（60年）如表2所示。

表2 綜合折減系數(shù)及長(zhǎng)期運(yùn)行抗拉強(qiáng)度

3.2 計(jì)算結(jié)果

綠色加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算包括內(nèi)部穩(wěn)定性、外部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性[5]，其中外部穩(wěn)定性包括抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和地基承載力驗(yàn)算。通過(guò)加筋土專(zhuān)用軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6、圖7。

計(jì)算所得擋墻內(nèi)部穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.302，抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為1.443；抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)6.539；基底最大壓應(yīng)力為265KPa；擋墻整體穩(wěn)定系數(shù)為1.424。上述系數(shù)均現(xiàn)行規(guī)范的要求。

圖5 內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果

圖6 外部穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果

圖7 整體穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)綠色加筋格賓擋墻在某尾礦庫(kù)用于工業(yè)園改造工程的應(yīng)用，對(duì)原有壩體進(jìn)行加固的同時(shí)，增加了土地利用面積，具有良好的生態(tài)效應(yīng)。該結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了安全性、經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)性、適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)際工程踐行了“工程與環(huán)境的完美結(jié)合”的優(yōu)秀設(shè)計(jì)理念，在此類(lèi)工程中具有較高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。