加筋技術(shù)在高邊坡中的應(yīng)用

褚廣輝

（中鐵長(zhǎng)江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

0 引言

加筋邊坡是高陡邊坡設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)形式之一，加筋結(jié)構(gòu)在土體中摻入或鋪設(shè)適量的拉筋材料后，可以不同程度地改善土體的強(qiáng)度與變形特征。將拉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)還能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)物的穩(wěn)定性。加筋邊坡既能夠保證邊坡的穩(wěn)定性，同時(shí)還具有節(jié)約土地、減少回填量、生態(tài)環(huán)境友好等特點(diǎn)，在高山峽谷地區(qū)已成為常用的邊坡工程措施。

該研究以萬(wàn)州新田港一期工程高邊坡加筋土回填為實(shí)例，從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、施工方法以及施工后的效果等方面對(duì)加筋土高邊坡的施工要點(diǎn)及最終效果進(jìn)行介紹，為以后類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 新田港工程概況

萬(wàn)州新田港，位于重慶市萬(wàn)州區(qū)新田鎮(zhèn)，長(zhǎng)江右岸，距宜昌航道里程350.5～347.3 km，距萬(wàn)州城區(qū)10 km，距新田水泥廠3 km。新田作業(yè)區(qū)一期工程建設(shè)5個(gè)多用途泊位，設(shè)計(jì)吞吐量625萬(wàn)t/a，其中集裝箱45萬(wàn)TEU/a，件雜貨175萬(wàn)t/a，總投資23億元。該工程是重慶市四大鐵公水聯(lián)運(yùn)樞紐港口（包括江津珞璜、重慶果園、涪陵龍頭、萬(wàn)州新田）之一，也是三峽庫(kù)區(qū)心腹地帶最大的集裝箱集散中心。

萬(wàn)州新田港一期工程所在區(qū)位屬于典型的山區(qū)地形，地形相對(duì)高差大，高邊坡的開(kāi)挖、回填工程量大。在該項(xiàng)目平面圖（見(jiàn)圖1）布置中，碼頭前沿2#引橋和3#引橋之間為山谷深沖溝，碼頭前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為180 m，而地面標(biāo)高為135 m 左右，高差達(dá)45 m，若把本沖溝填平作為堆場(chǎng)，則前沿回填坡長(zhǎng)直接超出了碼頭平臺(tái)，不僅回填斜坡區(qū)對(duì)平臺(tái)樁基有不良的沖剪作用，還會(huì)影響碼頭前方的港池開(kāi)挖。但C段前沿距引橋邊線(xiàn)的距離僅有70 m左右，如何在70 m 的水平距離范圍內(nèi)克服45 m 的高差，是該工程實(shí)施的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

圖1 一期工程前沿護(hù)岸平面布置圖

1.2 工程特點(diǎn)和傳統(tǒng)手段的弊端

根據(jù)傳統(tǒng)的處理手段，一般采用坡度為1∶2 的塊石回填。但隨著環(huán)保力度的加大，很多地方禁止開(kāi)山采石，塊石的價(jià)格日益增高，若全部采用塊石回填，投資成本難以控制，并且坡長(zhǎng)會(huì)深入到前方的碼頭框架平臺(tái)，對(duì)碼頭平臺(tái)樁基產(chǎn)生不良的沖剪作用。該項(xiàng)目后方有大量的開(kāi)山土石，若不加以合理利用，而采用外購(gòu)塊石進(jìn)行回填，則會(huì)增加大量建設(shè)成本，違反開(kāi)挖平衡的原則。

由于該項(xiàng)目回填邊坡高度達(dá)45 m左右，已經(jīng)超出了現(xiàn)行規(guī)范的技術(shù)要求，根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法指導(dǎo)設(shè)計(jì)。因此，采用試驗(yàn)的方法來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)，從而保證設(shè)計(jì)的合理性和工程的安全性。

2 理論研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 理論研究介紹

采用目前的加筋土擋墻背土壓力計(jì)算公式計(jì)算出的水平土壓力都有一定程度的偏大，且其分布形式也與實(shí)際分布不相符［1］。離心模擬技術(shù)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的離心場(chǎng)模擬重力場(chǎng)，在研究重力作用占主導(dǎo)作用的邊坡問(wèn)題中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所做的加筋高陡邊坡離心模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬可知：①加筋邊坡離心模型試驗(yàn)通過(guò)提高離心場(chǎng)模擬原型重力場(chǎng)，試驗(yàn)結(jié)果表明，離心模型試驗(yàn)?zāi)軌蚪沂炯咏钸吰鹿こ痰淖冃我?guī)律和破壞形式，能夠反映原型的關(guān)鍵影響因素，提高填料和加筋體的強(qiáng)度，可明顯提高邊坡的安全系數(shù)。②離心模型試驗(yàn)結(jié)果表明，邊坡安全系數(shù)為1.37～1.40 時(shí)，加筋邊坡的破壞模式在邊坡高度的1/6～1/3 處出現(xiàn)應(yīng)力集中，發(fā)生側(cè)向擠出。同時(shí)，由于試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂s尺、材料相似性、邊界條件以及測(cè)量技術(shù)等因素的影響，模型試驗(yàn)也存在一定的局限性，實(shí)際工程中可參考離心模型試驗(yàn)的成果，依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，考慮一定的安全裕度［2］。

但該試驗(yàn)沒(méi)有考慮水的作用，即沒(méi)有考慮在重慶三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)，水位落差對(duì)加筋邊坡的影響。周世良［3］的研究表明：①土工格柵不僅可以提高加筋土體的內(nèi)聚力而且可以增大其內(nèi)摩擦角。②飽水格柵加筋土擋墻從內(nèi)部和外部穩(wěn)定性各個(gè)方面，都表現(xiàn)出比無(wú)水條件下更加不利的特性。這就從理論上解釋了加筋土擋墻變形發(fā)展和破壞事例大多發(fā)生在洪水期或暴雨季節(jié)。③在飽水條件下墻面最大變形點(diǎn)位置向擋墻上部轉(zhuǎn)移，即擋墻有外傾變形的趨勢(shì)。對(duì)于無(wú)臺(tái)階的直立式加筋土擋墻，飽水后墻體外傾現(xiàn)象更加明顯，因此，設(shè)置臺(tái)階有利于減少擋墻在飽水條件下的外傾變形。④臺(tái)階式擋墻的筋帶拉力沿筋帶長(zhǎng)度不均勻分布，在筋帶的前端出現(xiàn)較大值。這是因?yàn)樯蟽呻A擋墻下部為回填土，擋墻面板和后側(cè)的填土沉降均勻、協(xié)調(diào)，而第一階擋墻的下部為固定邊界，面板和后側(cè)的填土出現(xiàn)較大的沉降差。因此，在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)基礎(chǔ)固定的加筋土擋墻，墻頂應(yīng)適當(dāng)增加布筋數(shù)量，避免出現(xiàn)筋帶在與面板連接處發(fā)生拉斷破壞。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)介紹

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)根據(jù)本工程加筋土高邊坡施工圖紙（典型橫斷面如圖2 所示），結(jié)合理論研究的結(jié)果，為保證底部穩(wěn)定，不產(chǎn)生不均勻沉降。因此，首先完成了標(biāo)高150 m 以下大塊石回填，再經(jīng)歷1 個(gè)水漲水落沉降后，在接橋臺(tái)處進(jìn)行了加筋邊坡試驗(yàn)段施工。根據(jù)監(jiān)理、業(yè)主批準(zhǔn)的試驗(yàn)段施工方案，該試驗(yàn)施工段長(zhǎng)35 m、寬28 m。試驗(yàn)段從2015 年8月15日開(kāi)始施工，至2015年9月15日完成施工，共歷時(shí)32 d?，F(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)段的主要目的有以下幾個(gè)方面。

圖2 土工格柵回填典型斷面圖

2.2.1 確定標(biāo)準(zhǔn)的填筑施工工藝。首先將符合要求的回填料運(yùn)輸至試驗(yàn)段回填區(qū)域卸料，采用165 型推土機(jī)進(jìn)行攤鋪整平，壓實(shí)采用22 T 震動(dòng)式壓路機(jī)碾壓，靜壓2 遍，振動(dòng)碾壓5 遍，局部邊角人工輔助機(jī)械進(jìn)行整平，小型電動(dòng)蛙式夯機(jī)夯實(shí)，完成后測(cè)得孔隙率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。從而確定滿(mǎn)足不同回填料的壓實(shí)度或孔隙率各自所需的碾壓遍數(shù)、碾壓方式、碾壓速度等施工工藝。

2.2.2 通過(guò)測(cè)量碾壓沉降量計(jì)算出松鋪厚度。通過(guò)測(cè)量得到不同回填料松鋪厚度、壓實(shí)厚度，計(jì)算出各自松鋪系數(shù)及控制方法，然后根據(jù)松鋪系數(shù)確定每一層回填料的填筑厚度。

2.2.3 確定格柵的損傷系數(shù)。試驗(yàn)段每層施工完后開(kāi)倉(cāng)取樣一組進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，根據(jù)施工前后格柵拉伸強(qiáng)度比值確定損傷系數(shù)。土工格柵上下各鋪5 cm中粗砂保護(hù)層，可以保證土工格柵的損傷系數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)及結(jié)論

2.3.1 外觀尺寸及質(zhì)量控制。用水準(zhǔn)儀控制每層填筑厚度不超過(guò)松鋪厚度。在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制每層的填筑厚度，并且隨時(shí)控制填筑高程，因?yàn)槊繉雍穸葘?duì)格柵作用的發(fā)揮、整體穩(wěn)定性有較大的影響。因此，要確保每層厚度在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.3.2 施工機(jī)械的配套作業(yè)。①試驗(yàn)段施工前先對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行整平、碾壓，達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的壓實(shí)質(zhì)量及平整度要求。②土石方填料存在二次轉(zhuǎn)運(yùn)和解料及和料的工序。土石方回填料為項(xiàng)目后方場(chǎng)地爆破開(kāi)挖取材，由于填料粒徑過(guò)大，必須運(yùn)輸至堆料場(chǎng)進(jìn)行解料加工后，重新使用挖掘機(jī)裝車(chē)、自卸汽車(chē)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。③填筑施工時(shí)用推土機(jī)進(jìn)行找平，壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。如果含水量偏大或偏小，采取翻曬、晾干或?yàn)⑺竽雺骸?/p>

2.3.3 施工時(shí)必須嚴(yán)格按測(cè)量人員放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，不合格填料嚴(yán)禁使用；同時(shí)嚴(yán)格按監(jiān)理程序辦事，遵循相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)交底。

2.3.4 設(shè)計(jì)施工損傷系數(shù)。一般施工損傷系數(shù)為1.15，試驗(yàn)段填筑壓實(shí)后，實(shí)測(cè)土工格柵的損傷（計(jì)算施工前后的土工格柵拉伸強(qiáng)度比值），若大于1.15 須采取設(shè)置中粗砂砂墊層等保護(hù)措施。中粗砂保護(hù)層為在格柵上下各鋪設(shè)5 cm厚中粗砂。

2.3.5 自卸車(chē)上料時(shí)車(chē)速。自卸車(chē)上料時(shí)車(chē)速應(yīng)不超過(guò)5 km/h；履帶型施工機(jī)械不得直接在格柵上行走。

3 施工工藝

3.1 技術(shù)交底

施工前召開(kāi)包括工程技術(shù)負(fù)責(zé)人、測(cè)量、試驗(yàn)、機(jī)械及現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員參加的工程安全技術(shù)交底會(huì)議。會(huì)議對(duì)該試驗(yàn)段有關(guān)工程技術(shù)、安全等方面做出了詳細(xì)的交底，對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量控制、試驗(yàn)計(jì)劃及可能遇到的各種問(wèn)題做出了周密的部署。

3.2 測(cè)量放線(xiàn)

根據(jù)邊坡坡比及格柵設(shè)計(jì)尺寸，按邊坡樁號(hào)放出邊坡基準(zhǔn)線(xiàn)和格柵鋪設(shè)范圍線(xiàn)，每隔10 m 設(shè)置一根位置控制樁，鋪設(shè)時(shí)拉線(xiàn)進(jìn)行控制，保證坡面前沿線(xiàn)順直。

3.3 基底碾壓

第一層施工前，先進(jìn)行基底整平碾壓，基底平整度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，以減小施工過(guò)程中對(duì)格柵的損傷，碾壓后壓實(shí)度或孔隙率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.4 格柵鋪設(shè)

基底處理完成后進(jìn)行土工格柵的鋪設(shè)，采用人工進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)，鋪設(shè)時(shí)格柵卷長(zhǎng)方向與邊坡垂直，每條鋪設(shè)后按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度剪斷，相鄰鋪設(shè)格柵間搭接長(zhǎng)度不小于2個(gè)肋條，鋪設(shè)好后用PP帶進(jìn)行綁扎加固，受力方向接茬采用與格柵同種材料的連接棒進(jìn)行連接固定，局部格柵起拱的位置用U形釘固定在地面或用石塊壓住，防止回填施工過(guò)程中發(fā)生位移。鋪設(shè)時(shí)一定要將格柵拉緊，然后再固定［4］。

土工格柵的搭接一般采取塑料扎扣或尼龍繩綁扎牢固，橫向搭接寬度不少于兩個(gè)肋條（3 個(gè)孔格），綁扎點(diǎn)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求均勻布置?？v向采用同種材料的連接棒進(jìn)行連接，要求用連接棒連接處必須是100%足夠強(qiáng)度連接，格柵的強(qiáng)度不能在連接處有任何損失。筋材鋪好后，鋪設(shè)石籠，土工格柵和石籠通過(guò)鍍鋅覆塑低碳鋼絲綁扎（點(diǎn)綁）連接。鋪設(shè)多層土工格柵時(shí)，其上下層接縫應(yīng)交替錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)距離為0.5 m。

在外轉(zhuǎn)角處，土工格柵分別沿坡面線(xiàn)水平鋪設(shè)。對(duì)因外轉(zhuǎn)角處而產(chǎn)生的土工格柵未鋪設(shè)到的缺口，允許最大缺口的距離為10 cm，如果超過(guò)最大缺口距離，在缺口處加鋪土工格柵水平鋪設(shè)。在內(nèi)轉(zhuǎn)角處，土工格柵鋪設(shè)時(shí)會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生重疊，此時(shí)土工格柵應(yīng)分別垂直于各自的坡面線(xiàn)水平鋪設(shè)，并且確保土工格柵張緊，必要時(shí)采取措施固定土工格柵于填土層表面，重疊的格柵宜加土隔開(kāi)，盡量避免格柵大面積直接重疊。

3.5 格柵填料及碾壓

經(jīng)土工格柵在不同保護(hù)措施下的損傷系數(shù)推斷，格柵鋪設(shè)前后都必須鋪設(shè)砂墊層，才能有效地保護(hù)格柵，減小格柵在施工過(guò)程中的受損系數(shù)。施工時(shí)先按填筑面積及松鋪厚度計(jì)算需要的填料數(shù)量，現(xiàn)場(chǎng)定好布料框格，指揮自卸車(chē)按定好的框格進(jìn)行布料，推土機(jī)進(jìn)行攤鋪整平，壓路機(jī)碾壓。施工過(guò)程中嚴(yán)禁履帶式機(jī)械直接在格柵上行走，必須要行走的先鋪設(shè)不小于20 cm的填料層。

3.6 護(hù)坡面層鋪砌

回填區(qū)域按設(shè)計(jì)每隔8 m 高度設(shè)置一條寬度為2 m的馬道，每完成8 m高度碾壓回填后，進(jìn)行人工理坡。理坡之后，進(jìn)行護(hù)坡面層鋪砌，護(hù)坡面層采用兩層碎石墊層加一層土工布，外層為漿砌六角塊。

3.7 排水盲溝實(shí)施

在三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)，水位的陡升陡落對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響極大。如不及時(shí)將墻后水排出去，降低墻后水壓力，則會(huì)造成墻后水壓力過(guò)大而引起邊坡垮塌。因此，在項(xiàng)目的回填過(guò)程中，分別在高程157 m和高程165 m處設(shè)置了兩道排水盲溝。

4 施工后效果

該次加筋土回填施工，從2015年9月底開(kāi)始全面開(kāi)展工作到2016年4月完成全部的加筋土回填，自然沉降1 年之后，于2017 年10 月完成頂部的前沿?fù)鯄κ┕?。根?jù)最新的監(jiān)測(cè)位移記錄數(shù)據(jù)，整體沉降已趨于穩(wěn)定，前沿?fù)鯄λ嚼鄯e位移不超過(guò)1 cm，豎向累積位移不超過(guò)3 cm，整體控制良好。

5 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目的實(shí)施很好地檢驗(yàn)了土工格柵加筋技術(shù)在三峽庫(kù)區(qū)高水位差情況下的回填應(yīng)用。從實(shí)施效果來(lái)看，其處理方法、施工工藝是科學(xué)可行的，為在庫(kù)區(qū)大水位差地區(qū)處理高回填邊坡提供了經(jīng)驗(yàn)，可在今后施工中進(jìn)行推廣。