加筋格賓擋土墻加固高填方陡邊坡路基施工技術(shù)應(yīng)用

周君波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

紅文區(qū)間道路工程位于遂寧市臺商產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)，紅線寬度為24m，總長約1049.688m。道路兩側(cè)地塊均已經(jīng)按紅線范圍開發(fā)建設(shè)完成，道路K0+600到K0+980樁號段設(shè)計路面高程與地塊場平高程存在最高約2m～14m的高差，但因道路與地塊紅線重合，已無放坡填筑路基的條件，因此在道路南、北兩側(cè)均設(shè)置擋土墻。

由于擋墻段為溝壑新近素填土(重度19.2kN/m3、內(nèi)聚力11.0kPa、內(nèi)摩擦角8°)，最大填土深度26m(地質(zhì)剖面見圖1)，為確保地基承載力達標，保證工后沉降及路堤穩(wěn)定性能滿足規(guī)范要求，須結(jié)合路堤基礎(chǔ)情況，采用合理的邊坡支擋形式。設(shè)計階段比選混凝土扶壁式路肩擋墻+放坡、路肩擋墻+橋梁、混凝土扶壁式高擋墻等方案。根據(jù)EPC總承包合同，經(jīng)遂寧經(jīng)開區(qū)專家委員會評審，采用承臺基礎(chǔ)格賓石籠加筋土擋墻。

圖1 道路工程地質(zhì)剖面

2 擋墻設(shè)計

2.1 設(shè)計標準

(1)支護結(jié)構(gòu)類型：加筋土擋墻、支護結(jié)構(gòu)工程安全等級為一級。

(2)設(shè)計基準期：100a，理論狀態(tài)設(shè)計使用年限：100a。

(3)設(shè)計采用以承載能力極限狀態(tài)設(shè)計的分項系數(shù)法為主的設(shè)計方法。

(4)設(shè)計荷載為城-A級，地震烈度：抗震設(shè)防烈度為6度，地震加速度0.05g。

2.2 擋墻布置

道路南側(cè)擋墻范圍樁號為K0+598～K0+948，墻高3.0m～14.0m；道路北側(cè)擋墻范圍樁號為K0+890～K0+980，墻高3.0m～7.0m。平面布置如圖2。

圖2 擋墻平面布置

2.3 擋墻結(jié)構(gòu)

道路K0+700～K0+940地層由深厚回填土、粘土組成，回填土厚度16.5m～26m。為確保承載力及路堤穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，結(jié)合路堤邊坡支擋形式，部分路段路基需采用樁基礎(chǔ)處理，無樁基礎(chǔ)段采用碎石換填基礎(chǔ)。

擋墻由基礎(chǔ)、墻身、填土、加筋料、護坡、欄桿及排水構(gòu)成，擋墻典型斷面如圖3。

圖3 擋墻典型斷面圖(單位：m)

2.3.1 基礎(chǔ)設(shè)計

南側(cè)段：K0+598～K0+690換填2m厚碎石作為擋墻基礎(chǔ)(換填寬度12m)；K0+690～K0+766.5段，基礎(chǔ)位于泥巖上，滿足承載力要求，泥巖層作為擋墻基礎(chǔ)；K0+766.5～K0+948采用承臺+樁基作為擋墻基礎(chǔ)(樁徑1.5m，嵌入基礎(chǔ)4m。鋼筋混凝土承臺高1m寬10.5m，長度每段不大于20m)。

北側(cè)段：K0+888～K0+917.21換填2m厚碎石作為擋墻基礎(chǔ)；K0+917.21～K0+938段，為過渡段，采用2m厚，15%水泥碎石換填作為擋墻基礎(chǔ)。K0+938～K0+980采用承臺+樁基作為擋墻基礎(chǔ)?；A(chǔ)典型斷面與南側(cè)一致。

2.3.2 墻身設(shè)計

墻身由鍍鋅覆高耐磨有機涂層加筋格賓內(nèi)部填充石料堆砌而成，籠間采用鋼線鉸接。格賓籠長3m(分3格)，高1m。格賓籠示意見圖4，L長度3m～6m。

圖4 格賓石籠示意

2.3.3 填土及加筋

填土采用開挖合格料和料場料，均為泥巖，塊度超過15cm的作解小處理后利用。擋墻高度小于5m時，填土的擋墻采用100型(寬8m)高韌性聚酯紗線集土工格柵，高于5m填土的擋墻，高出部分采用加強型150(寬10m)的高韌性聚酯紗線集土工格柵。尾部固定在加筋格賓籠底部處；加筋擋土墻每施工一層都要鋪設(shè)高韌性土工格柵，與面墻搭接0.8m。根據(jù)填料情況，必要時筋帶上下各鋪設(shè)10cm厚粗砂保護層，再回填合格土料，防止損傷筋帶[1]。

2.3.4 擋墻混凝土護坡(壓頂混凝土)

布置于擋墻頂部，高于人行道20cm，采用C25混凝土現(xiàn)澆形成。為滿足混凝土澆筑時不漏料，在頂層格賓籠表面采用砂漿找平。

2.3.5 欄桿

采用不銹鋼防護欄桿，布置于混凝土護坡上，欄桿高于人行道1150mm，每2m設(shè)置間距柱，柱基礎(chǔ)采用C25混凝土澆筑，基礎(chǔ)尺寸30cm×30cm×50cm。欄桿為25mm～76mm的不銹鋼復合管。

2.3.6 排水

土工布鋪設(shè)于加筋格賓背部與填土層間，折入壓實土中不小于30cm，進行反濾處理，防止填料流失；加筋體背后設(shè)置麥克排水墊及0.2m厚碎石排水通道，外包聚酯長纖無紡布，引排至擋墻外側(cè)排水溝。

3 材料要求

3.1 加筋格賓

加筋格賓籠是由鍍鋅覆高耐磨有機涂層鋼絲制作而成的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，網(wǎng)面標稱拉伸強度不低于42kN/m；網(wǎng)面標稱翻邊強度不低于35kN/m。有機涂層耐久性要求原材料經(jīng)過氙弧燈(GB/T 16422.2-2014)照射4000h或Ⅰ型熒光紫外燈按暴露方式Ⅰ(GB/T 16422.3-2014)照射2500h后，其延伸率和抗拉強度變化范圍，不應(yīng)大于初始值的25%。

綁扎鋼絲、水平加強絲應(yīng)采用與雙絞合鋼絲網(wǎng)面相同材質(zhì)(抗拉強度和鍍層類型)的鋼絲，直徑不小于2.2cm。

3.2 加筋材料-高韌性聚酯紗線集束土工格柵

3.2.1 成型工藝

聚酯紗線集束成股，外覆聚乙烯鞘套保護層形成的條帶式格柵通過超聲波焊接工藝相互連接形成網(wǎng)狀平面結(jié)構(gòu)的格柵。條帶式格柵表面通過滾軸在保護套上面形成紋理形狀[2]。

3.2.2 極限伸長率

整體土工格柵的極限伸長率要求小于等于9.5%。

3.2.3 土工格柵的長期性能指標

在設(shè)計溫度為20℃，使用年限為120a時，筋材的蠕變折減系數(shù)不高于1.38。

在設(shè)計溫度為20℃，土體4

在填土D50<15mm時，筋材的施工損傷折減系數(shù)不高于1.10。

3.3 土工復合排水材料

為將經(jīng)過特殊擠壓形成“W”形縱向全斷面排水通道的三維聚丙烯網(wǎng)墊與兩層針刺并經(jīng)熱處理的無紡土工布通過熱粘合作用形成反濾、排水、保護的三維排水墊，其單位重量為660g/m2(公差10%)，縱向抗拉強度13kN/m(最小值)。50kPa、水力梯度i=1時平面通水量為1.3L/m·s(公差±30%)；100kPa、水力梯度i=1時平面通水量為0.7L/m·s(公差±30%)[2]。

3.4 填充石料

(1)格賓填充石料采用質(zhì)地堅硬、不易崩解和水解、抗風化的卵石、片石或塊石，強度等級MU30，比重不小于2.5t/m3。

(2)石料粒徑宜為100mm～300mm，粒徑小于100mm或大于300mm的石料不應(yīng)超過5%，但其不得用于格賓網(wǎng)箱的外露面，格賓孔隙率不應(yīng)超過30%。

3.5 土工布

格賓擋墻墻后采用土工布進行反濾，標稱斷裂強度≥10kN/m，詳細指標符合《土工合成材料長絲紡粘針刺非織造土工布》(GB/T 17639-2008)要求。

3.6 加筋填料

(1)嚴格按設(shè)計文件，就地選取符合要求的填料；可采用砂性土、砂礫、碎(礫)石等材料，嚴禁采用淤泥、腐質(zhì)土；當采用粘性土作為填料時，應(yīng)在最佳含水量時施工。

(2)浸水地區(qū)的加筋土擋墻應(yīng)采用水穩(wěn)性好的滲水性土作為填料。

(3)填料不得含有有機料及生活垃圾；填料粒徑不宜大于填料壓實厚度的2/3，且最大粒徑不得大于15cm；含有尖銳棱角的粗粒料應(yīng)避免攤鋪在鋪設(shè)的土工格柵的表層。

3.7 鋼筋混凝土

承臺采用C40現(xiàn)澆混凝土，樁基采用C35水下現(xiàn)澆混凝土。鋼筋均采用HRB400，抗拉強度設(shè)計值應(yīng)達到330MPa，護坡采用C25現(xiàn)澆混凝土和砂漿M10找平。

3.8 碎石及水泥碎石

(1)碎石保證質(zhì)地堅硬、清潔。碎石中針片狀顆粒的總含量不應(yīng)超過20%，軟弱顆粒含量應(yīng)小于5%，最大粒徑不應(yīng)超過53mm，液限小于28%，塑性指數(shù)小于9。

(2)15%水泥碎石水泥應(yīng)選初凝時間4h以上和終凝時間較長(宜大于6h)，且各項性能指標滿足要求的32.5級水泥，不得使用快硬水泥、早強水泥及已受潮變質(zhì)的水泥。不應(yīng)采用強度形成緩慢的粉煤灰水泥；水泥碎石集料采用骨架密實型混合料，采用灰?guī)r軋制成的碎石，壓碎值不得大于30%，碎石針片狀含量不得大于20%。有機質(zhì)含量不宜超過2%，含泥量不得大于3%；采用不含油質(zhì)和非酸性的水。

4 施工工藝

4.1 施工流程

加筋土擋墻施工流程如圖5所示。

圖5 加筋土擋墻施工流程

4.2 施工腳手架

格賓石籠的連接、石籠外露面的處理，需要人工在擋墻外側(cè)作業(yè)，因此，高度超過2m的擋墻外側(cè)設(shè)置施工腳手架。

4.3 基礎(chǔ)開挖施工

樁基+承臺段分兩次開挖，第一次開挖到設(shè)計樁頂高程高1m，然后進行樁基施工。在樁基施工完成并混凝土達到設(shè)計75%強度時再開挖到設(shè)計高程。無承臺段一次開挖到底，當開挖接近基底高程時，保留30cm厚土層，在基礎(chǔ)施工前，人工撿底。開挖按路基工程開挖要求，采用反挖、破碎錘、裝載機、自卸汽車聯(lián)合作業(yè)。

4.4 樁基施工

樁基均為D150雙排布置嵌巖樁，入中風化泥巖深度不小于4m，采用旋挖鉆機成孔。由于地質(zhì)多為素填土和粘土，深度達到26m，鉆孔時采用護筒+泥漿護壁方案，避免塌孔和掉渣。樁基澆筑采用水下灌注法。

4.5 基底處理施工

非承臺段采用換填2m厚碎石和15%水泥碎石路段，填料分層填筑，每層壓實厚度為30cm，換填區(qū)段按照網(wǎng)格化布料，用裝載機攤鋪、人工整平，壓路機碾壓密實。

4.6 承臺施工

承臺鋼筋、模板、混凝土均采用常規(guī)施工方法。

4.7 格賓石籠施工

加筋格賓網(wǎng)由廠家定制，現(xiàn)場人工拼裝。需要拼裝的網(wǎng)片碼放在承臺左側(cè)路基位置處，方便施工。拼裝成型的格賓網(wǎng)箱，前面板、側(cè)面板、隔板以及背板都呈垂直關(guān)系。各相接面板邊緣采用專門配備的絞合鋼絲按照10cm～15cm單圈纏繞-雙圈纏繞，鎖緊間隔絞合，如圖6所示。

圖6 格賓籠絞邊示意

第一層石籠按照距承臺邊25cm的距離碼放在基礎(chǔ)上，以后每層按照向內(nèi)回退10cm的距離固定在前一層石籠上，用不銹鋼鐵絲封閉上口，高度超過2m時，利用搭設(shè)的外架連續(xù)接高施工。每一階格賓網(wǎng)填充完成，測量人員對墻面平整度、標高測量，保證墻面順直、標高一致。

人工向拼裝好的格賓網(wǎng)填充碼砌石料，人工碼砌石料時，要分層碼砌筑，相鄰格賓面墻的石料高差控制在30cm，避免對面板擠壓變形，蓋板無法吻合。每層石料填充完畢后，人工再次填隙，使格賓籠填充飽滿，減小孔隙率，格賓孔隙率不超過30%。每層格賓籠施工完成后，土工布由人工現(xiàn)場鋪設(shè)、整平。土工布鋪在加筋格賓面墻背部與填土層間，折入壓實土中長度不小于30cm。土工布鋪設(shè)完畢，進行結(jié)構(gòu)回填[3]。

加筋擋土墻每一層臺階向墻背收縮10cm，后背采用格賓格柵與格賓石籠墻面拉結(jié)，格柵與格賓網(wǎng)搭接不小于3m；每層采用高韌性聚酯紗線集束格柵(100型、150型)作為加強層，長度8m～10m。

擋墻施工時段，每天上下午分別進行一次監(jiān)測，監(jiān)測下層石籠變形情況。

4.8 回填施工

施工同路基要求，采用裝載機、自卸汽車、反挖、20t振動式壓路機聯(lián)合作業(yè)。碾壓先輕后重碾壓，先從筋材中部開始，逐步碾壓至筋材尾部，再碾壓靠近面板部位。靠近石籠墻面1m范圍內(nèi)的填料壓實用小型機械由面板后輕壓，減少對格賓籠的擾動、破壞。

4.9 排水層施工

在墻體和回填施工到地面高程時，設(shè)置排水層。清除擋墻開挖坡面突出的巖石，雜草灌木等雜物，對于低洼處進行回填、壓實、平整坡面。沿坡面鋪設(shè)麥克墊，麥克墊邊緣應(yīng)至少搭接60mm并將搭接處用U型釘進行錨固。

用φ8鋼筋加工制作U型金屬錨釘，將麥克墊固定于坡面，錨釘穿過鋼絲網(wǎng)格錨固于地面，U型釘間距1m，梅花形布置且與地面齊平，以提高最大的抗拔出力并保持邊坡穩(wěn)定。再將麥克墊沿坡面簡單折疊，將其固定于坡面，并在此層回填0.2m厚碎石排水層，外包聚酯長纖無紡布，形成排水通道，并利用擋土墻對土體水分滲透，最后引流到路基邊溝。[4]

4.10 水泥混凝土護坡及欄桿施工

擋墻回填至設(shè)計高程后，在格賓籠頂施做混凝土護坡。由于格賓石籠孔隙率高，護坡混凝土澆筑時容易漏空，在護坡混凝土澆筑前，先采用砂漿封閉、抹平格賓籠表面，再在砂漿面上支立模板澆筑護坡。砂漿采用M20低坍落度砂漿，現(xiàn)場人工填料并找平。

混凝土護坡采用C25混凝土人工分段支模澆筑。欄桿采用4mm不銹鋼復合管壁，護欄高1150mm，柱距2m。

4.11 邊坡植草

路基邊坡施工成型后，由人工解小較大石塊、整理邊坡土層，采用混合草籽，人工撒播在邊坡上，噴水保濕并覆蓋地膜養(yǎng)護，直到草籽全部生長成活。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 加筋土擋墻結(jié)構(gòu)

(1)根據(jù)地形和地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟合理以及施工方便等因素綜合確定。

(2)加筋體基底和后方邊坡，在填筑時不論是土質(zhì)或巖石，原則上都應(yīng)開挖成臺階形，使新填土與原邊坡不形成明顯的界面。

5.2 基礎(chǔ)工程

(1)基礎(chǔ)的埋置深度，對于土質(zhì)地基不應(yīng)小于1m。當設(shè)置在巖石上時應(yīng)清除表面風化層，如風化層較厚難以清除時，采用土質(zhì)地基的埋置深度。

(2)當基槽底為巖性土，且滿足承載力和穩(wěn)定要求時，僅進行整平夯實即可；當基槽底為素填土等軟弱地基，且加筋土擋墻高度不大于5m時，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和承載力要求、地基土質(zhì)情況進行地基換填處理；當基槽底為素填土等軟弱地基，且加筋土擋墻高度大于5m時，應(yīng)采用承臺樁基礎(chǔ)。

(3)浸水地區(qū)的加筋體墻面基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)按《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)的有關(guān)規(guī)定確定。

(4)斜坡上的加筋體應(yīng)設(shè)寬度不小于1m的護腳，墻面基礎(chǔ)埋置深度從護腳算起。

(5)季節(jié)性冰凍地區(qū)，當基礎(chǔ)埋深小于凍結(jié)線時，自基底至凍結(jié)線范圍內(nèi)的土，應(yīng)換填為非凍脹性的中砂、粗砂、礫石等粗粒土，其中，粉土、黏土粒的含量不應(yīng)大于15%。

(6)樁基成孔方法、孔深、孔徑滿足設(shè)計要求，孔底沉渣不超過5cm。鋼筋籠宜整體組裝入孔，需要分段時，上下段保持順直。

5.3 排水設(shè)施

(1)加筋格賓面墻后采用土工布進行反濾處理，防止填料的流失。

(2)當加筋體背后有地下水滲入時，應(yīng)設(shè)置通向加筋體的排水層。

(3)當加筋體頂面有滲水可能時，粘性土填料必須采取防滲封閉措施[5]。

5.4 加筋土擋墻施工

(1)格賓籠組裝、擺放嚴格按設(shè)計要求，填充后不得外傾，其連接絞合材料和絞合工藝滿足廠家工藝要求。

(2)格賓籠塊石填充由人工仔細堆砌，確保密實和外露面無遜徑料。如因當?shù)夭牧显?，無法避免遜徑較多時，可以采用在籠內(nèi)設(shè)置相同材料密目網(wǎng)片隔擋。相鄰格賓網(wǎng)均勻填石，高度相差不超過30cm.

(3)格賓籠塊石填充后回填后背土料時，卸料時機具與面板距離不應(yīng)小于1.5m，機具不得在未覆蓋填料的筋材上行駛，并不得擾動下層筋材?？捎萌斯備伝驒C械攤鋪，攤鋪厚度均勻一致，表面平整，并設(shè)不小于3%的橫坡。機械攤鋪時，攤鋪機械距面板不應(yīng)小于1.5m，運行方向與筋材垂直，不得在未覆蓋填料的筋材上行駛或停車。距面板1.5m范圍內(nèi)，應(yīng)用人工攤鋪。每層填料攤鋪平整后應(yīng)及時碾壓。一般采用振動式壓路機，先輕后重碾壓，作業(yè)一般先從筋材中部開始，逐步碾壓至筋材尾部，再碾壓靠近面板部位?？拷鼔γ?m范圍內(nèi)的填料壓實用小型機械由面板后輕壓至線路中心，避免對面層的擾動。用粘性土作填料時，雨季施工應(yīng)采取排水和遮蓋措施。

(4)施工設(shè)備、機具不得碰撞格賓籠，如施工引起格賓籠外傾、格賓網(wǎng)鋼絲斷開、格賓網(wǎng)涂層破損等均需要返工處理或修復。

(5)格賓網(wǎng)中設(shè)置的間隔加強絲順直受力張緊，確保格賓籠立面不變形凸出。

5.5 土工材料施工

(1)土工格柵鋪設(shè)時拉直、繃緊、不得有皺褶和破損；土工格柵中筋材受力方向應(yīng)垂直于墻面，鋪設(shè)時卷材垂直于擋墻，平順展鋪。

(2)為避免填料攤鋪和碾壓時對筋材的擾動，可在筋材的尾部采用適當?shù)姆椒ü潭ń畈摹?/p>

(3)土工格柵要求幅寬盡量大，長度要盡可能滿足大于受力長度，相鄰水平布置格柵搭接一個條帶。

(4)未設(shè)保護層之前，禁止任何車輛在格柵上行駛。回填土在50cm以下且壓實完畢之前，禁止機械做任何幅度較大的轉(zhuǎn)向動作。

(5)當填料采用比較尖銳的碎塊石土時，為減少對筋帶的損傷，需在筋帶上下各鋪10cm厚的中粗砂保護層。

(6)土工布鋪設(shè)于加筋格賓面墻背部與填土層間，折入壓實土中長度不小于30cm。

6 結(jié)語

加筋格賓擋土墻具有環(huán)保、耐腐蝕，整體穩(wěn)定性好，能適應(yīng)局部變形減少后期維護工作，材料加工運輸方便，施工簡單快速，充分利用當?shù)夭牧辖档褪┕こ杀?，可施工組裝成各種形狀等優(yōu)點，能夠廣泛適應(yīng)于山坡、岸灘、堤防和景觀工程等各種工程場景。