加筋土擋墻的施工技術(shù)實踐

王邦勛，董志鴻

(1.湖北省宜昌市夷陵區(qū)城建項目管理服務中心,湖北 宜昌 443100； 2.宜昌市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，湖北 宜昌 443000)

加筋土是一種通過在土體中加入一定種類、數(shù)量的筋帶來提高土體強度的新型材料[1]。土體具有一定的抗剪、抗壓強度，但并不具有抗拉性能。通過在土體中加入不同性質(zhì)的筋帶，利用加筋材料與土體顆粒之間的摩阻力，以改善土體的變形特性，提高整體工程性能，從而達到穩(wěn)定和增強土體的目的。加筋土擋墻便是利用了這一特性，將加筋材料、填料和墻面板組合成一個整體的復合結(jié)構(gòu)，它是一種柔性擋土墻，具有外形美觀、施工簡單、節(jié)約占地、造價低廉、抗震性強、適應性好等特點，工程建設應用得到迅速發(fā)展[2-4]。尤其是在大型公路、住建、水利等基礎設施工程中應用較廣，如三峽庫區(qū)建成55 m的超高填方加筋土擋土墻；重慶長江濱江路工程利用加筋土結(jié)構(gòu)建設的6 km長33 m高的護岸和公路擋墻；四川錦屏一級水電站建設中，受場地限制，隨坡就勢建成的52.5 m高加筋擋土墻；以及湖北神農(nóng)架機場的61 m高的加筋土擋墻[5]等。

1 工程概述

該工程位于市城區(qū)，場地空間狹窄，地勢起伏，現(xiàn)狀邊坡位于擬建小區(qū)內(nèi)，邊坡長約160 m，高約15 m，坡度約30°，出露基巖主要為白堊系下統(tǒng)五龍組紫紅色強～中等風化程度中層狀砂巖，力學性質(zhì)一般。覆蓋層主要為第四系松散殘坡積物，物質(zhì)組成主要為含碎石粉質(zhì)黏土，厚度較薄，一般約0.5 m。根據(jù)規(guī)劃設計方案，區(qū)內(nèi)坡腳場地平整后，將建設小區(qū)道路和綠化帶，分布高程+62.05 m～63.20 m；坡頂規(guī)劃小區(qū)道路及構(gòu)筑物，分布高程約+75.00。受場地空間和地形限制，為保證坡頂?shù)目臻g和構(gòu)造物穩(wěn)定，需對該邊坡進行支護，支護后該邊坡坡比將達到1∶0.2，坡高約15 m。

經(jīng)過設計對比分析，如果采用混凝土擋土墻等傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)，一是擋墻高度超過8 m，設計要求較高，施工難度較大；二是按照規(guī)劃方案，如果全部采用混凝土擋墻，工程量較大，且工程造價高；三是項目位于小區(qū)內(nèi)部，坡腳為小區(qū)綠化道路，高陡混凝土擋墻邊坡美觀性差，綠化難度大，難以和小區(qū)綠化景觀深度融合。因此，不宜選用混凝土擋墻支護。

筆者借鑒國內(nèi)外加筋土擋墻工程經(jīng)驗和效果，根據(jù)本工程地形條件、地質(zhì)特征、場地平整要求、擬建構(gòu)筑物特征、工程安全及造價等特點，綜合考量，選定了加筋土擋墻結(jié)構(gòu)，采用土工格柵加筋材料，結(jié)合填料、墻面板一體的復合型柔性擋土墻結(jié)構(gòu)支護。加筋土擋墻坡比1∶0.2，由下至上每8 m設置一馬道，寬度2 m。擋土墻底部設混凝土基礎，以中等風化砂巖為基礎持力層；經(jīng)現(xiàn)場試驗，地基基礎承載力能滿足要求，設計斷面如圖1所示。

2 加筋土擋墻施工要求

通過研究加筋土相關文獻，并對加筋土相關研究[6-10]分析，發(fā)現(xiàn)筋帶、擋墻面板、填料等施工材料的選擇和施工工藝的控制對加筋土擋墻性能影響極大。因此，在本項目施工中要嚴格各項施工要求，具體如下。

2.1 施工材料要求

1)筋帶要求。

本工程項目采用HDPE單向土工格柵，土工格柵材料必須滿足GB/T 17689—2008土工合成材料塑料土工格柵、QB/T 2854—2007塑料土工格柵蠕變試驗和評價方法與GB 50290—98土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范等相關規(guī)范和標準的要求。另外，還須滿足以下要求:

a.土工格柵以原始粒狀顆粒狀的高密度聚乙烯(HDPE)為原材料，嚴禁使用粉狀、再造粒狀等顆粒原料，且各項技術(shù)參數(shù)應根據(jù)國家標準在相應的檢測機構(gòu)檢測(見表1)。

表1 單向土工格柵系列技術(shù)參數(shù)指標表

b.單向土工格柵是利用單向拉伸、擠壓沖壓成孔、縱向拉伸三道工藝形成的高強度的土工格柵材料。此工藝具有以下特點：一是材質(zhì)強度得到提高，格柵的節(jié)點整體性、穩(wěn)定性更佳；二是抗拉模量得到明顯提高，在對低應變影響下土工格柵的抗拉強度性能發(fā)揮更出色；三是長期蠕變實驗表明，經(jīng)過拉伸處理的高密度聚乙烯土工格柵，受長期持續(xù)荷載作用，其蠕變強度衰減趨勢呈現(xiàn)大幅度下降。

c.施工使用的筋帶材料必須滿足長期蠕變強度要求，并有蠕變試驗報告等。蠕變外推折減系數(shù)RFex=1.0，抗化學、生物影響的折減系數(shù)為1。

2)擋墻面層要求。

目前常用的加筋土擋墻面層主要有反包式和模塊式。筆者收集整理了一些加筋土擋墻實例，發(fā)現(xiàn)反包式加筋土擋墻在高速路堤、坡度較緩的地段使用較多，在墻面綠化、恢復自然生態(tài)等方面效果明顯，但其在抗水流沖刷能力、防火能力等方面表現(xiàn)較差，且后期的養(yǎng)護難度較大(見圖2，圖3)。

本工程位于建筑小區(qū)內(nèi)，邊坡高度大、坡面陡，外觀統(tǒng)一美觀、防火、安全及后期養(yǎng)護等要重點考慮，因此，采用了混凝土模塊式擋墻面層，墻面采用C20混凝土模塊疊加，錨固件固定，墻頂位采用混凝土壓肩，尺寸為0.3 m×0.5 m(見圖4)，使其具有一定的抗形變能力，保證了擋墻外立面的整體統(tǒng)一，不易變形；混凝土模塊墻背設置40 cm厚碎石層且模塊方形洞及兩塊相鄰模塊縫隙碎石灌滿，保證了墻體的排水通暢；此外，模塊采用混凝土結(jié)構(gòu)，在防水沖刷、防火等方面性能較好。

3)填料要求。

加筋土擋墻填料對擋墻整體性能有極大影響。一般有如下要求：a.填料內(nèi)摩擦角要不小于35°，填料粒徑不宜大于15 cm；b.填料壓實度達到95%以上，不得采用建筑垃圾、腐殖性土等；c.墻后1 m范圍內(nèi)，或機械施工不方便的地段，可采用人工夯實，壓實度不小于82%；d.每層填料均應進行壓實度檢測，檢測點數(shù)目按驗收標準確定。

2.2 施工工序及要點

加筋土擋墻施工相對簡便，但是筋帶鋪設、面板拼接、填料施工等施工工序?qū)鯄φw穩(wěn)定性有著重要影響。根據(jù)本項目施工情況，系統(tǒng)地梳理了各項施工工序，歸納總結(jié)了施工要點[11]。

1)基槽開挖?；蹜丛O計要求開挖平整，雜草、第四系覆蓋土層清理干凈，直至達到設計要求的基礎標高。

2)地基處理?；坶_挖后，要檢查基礎持力層是否到達中等風化砂巖；并按照要求開展地基承載力試驗，以保證其能滿足設計要求；如不能滿足的，可利用換填墊層法、攪拌樁等方法進行處理，并進行檢測，以確保地基滿足要求。

3)排水。加筋土擋墻設計是建立在墻體排水通暢的基礎上的。近年來極端天氣頻發(fā)，宜昌城區(qū)最大日降雨量為271.6 mm，屬特大暴雨。

因此，為防止排水不暢引發(fā)墻體變形，對加筋土擋墻排水系統(tǒng)進行了專項論證。采取了以下措施:一是在加筋擋墻底部鋪設了30 cm碎石層排水；二是模塊式面板擋墻墻后設置了40 cm厚碎石層；三是墻頂加筋土和原始坡體交接處設置了擋水條、排水溝，防止坡頂雨水向加筋土擋墻匯集。此舉形成了一個良好的排水通道，保證擋墻排水效果，又確保了填料的含水率。

4)基礎澆筑。加筋土擋墻采用現(xiàn)澆混凝土條形基礎，混凝土強度等級為C25，基礎沉降縫的設置要和擋土墻的沉降縫對應。

5)構(gòu)件預制與安裝。主要包含擋墻混凝土面板、土工格柵及相關連接件，均為預制件。

6)筋帶鋪設。筋帶是加筋土擋墻成功的關鍵，按照設計和規(guī)范要求，土工格柵必須嚴格按設計長度完整切割，不能進行搭接、拼接；格柵需要沿垂直墻面方向水平鋪放，尾部用騎馬釘或U型釘固定。但是在施工中發(fā)現(xiàn)，仍有細節(jié)不容忽視：a.本工程筋帶長度最大達到12 m，需要鋪設寬度達160 m，受筋帶自重、填料壓實平整情況影響，鋪設后難以保證筋帶處于相同的拉伸狀態(tài)。為此，我們在每一幅筋帶鋪設后，在尾部使用拉力機將格柵拉緊，經(jīng)過多次試驗后，確定了統(tǒng)一施加的拉力為0.5 kN，再在尾部用騎馬釘或U型釘固定。這樣既保證了模塊、筋帶等各部件處于拉緊狀態(tài)，又不會破壞筋帶等材料，還保證了各幅筋帶受力均勻，保證了筋帶效果的發(fā)揮。b.施工發(fā)現(xiàn)，筋帶垂直墻面布設，在遇到擋墻轉(zhuǎn)折時，會出現(xiàn)土工格柵重疊現(xiàn)象，導致加筋效果大打折扣。經(jīng)過理論計算和現(xiàn)場模擬試驗，在重疊部分格柵垂向間距調(diào)整為22.5 cm，即原土工格柵垂向間距的1/2，增加了筋帶和填料之間的接觸面積，增大了摩阻力，保證擋墻整體性和穩(wěn)定性。

7)面板拼接。第一層混凝土面板必須置于混凝土基礎層和土工格柵上，保證其水平、對齊。用自由排水較好的沙子或礫石填入混凝土面板，用填土蓋住土工格柵，蓋時略微高出混凝土面板，壓實密度不得小于95%。特別說明第一層對墻的整體穩(wěn)定相當重要，格柵和面板的銜接、填料的壓實度、排水層的鋪設等各項工序均需要嚴格把關。

8)填料施工。采用機械設備將填料從格柵尾端開始卸到土工格柵上；填料卸載需要緩慢進行，可采用人工或推土機等機械攤鋪；通過現(xiàn)場試驗確定填料的攤鋪厚度，分多次多層壓實至相應高程。施工過程中，為防止土工格柵受到機械損壞，機械設備輪子、履帶與格柵之間填料厚度不得少于150 mm。填料壓實可采用振動碾進行，不能使用羊足碾；需要注意的是在靠近擋墻墻面板處，應采用輕型設備碾壓。填料壓實要保證壓實度不低于95%，并按相關規(guī)范及要求，確定壓實度檢測點數(shù)目，開展壓實度檢測。填料應按最佳含水量施工。

根據(jù)現(xiàn)場碾壓機械特點和填料的性質(zhì)，需開展試驗性碾壓以確定每層的碾壓遍數(shù)。碾壓方向要平行于擋墻面板，每一次碾壓的輪跡和上一次碾壓輪跡重疊寬度約1/3。需要注意的是，填料推鋪后，第一次宜采用輕壓不帶振。碾壓順序宜從土工格柵中部向尾部方向進行，然后再轉(zhuǎn)向擋墻墻面方向。

待碾壓完成后，按照步驟6)“筋帶鋪設”鋪上第二層土工格柵和混凝土砌塊。用U型釘或騎馬釘將土工格柵尾端固定，然后松開張拉鉤。

9)重復面板拼接、填料施工等以上程序，直到達到結(jié)構(gòu)的設計高度。

10)墻頂封閉。最后墻頂采用混凝土帽石砌塊壓頂封閉，混凝土砌塊注意和擋墻沉降縫一一對應。

3 加筋土擋墻變形監(jiān)測

在擋墻設計階段，通過數(shù)值模擬計算了其水平位移、沉降形變情況，為保證擋墻的安全使用，并加強對加筋土擋墻的研究分析，施工完成后在擋墻上部署了監(jiān)測點，采用全站儀開展定期監(jiān)測。

3.1 變形監(jiān)測點布設

沿擋墻墻面每隔30 m部署一個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面部署3個變形監(jiān)測點(分別為擋墻墻角基礎、中部馬道和擋墻頂部)，共計6個監(jiān)測斷面，18個監(jiān)測點位，每個點位分別監(jiān)測水平位移(X，Y方向)和垂直沉降位移(Z方向)。監(jiān)測周期為1次/每月。

3.2 監(jiān)測成效

經(jīng)過1個水文年監(jiān)測，共收集了216組648個水平位移和沉降觀測數(shù)據(jù)，對以上監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計對比分析。因篇幅有限，本文僅列舉水平和沉降位移監(jiān)測累積變形量最大的斷面予以展示(見圖5,圖6)。

1)水平位移監(jiān)測成果：水平位移最明顯位于擋墻的4-4斷面，擋墻頂部監(jiān)測點JC43，水平位移最大值7.8 mm；中間馬道上監(jiān)測點JC42，水平位移最大值5.4 mm；擋墻底部監(jiān)測點JC41，水平位移最大值 2.8 mm。分析表明，擋墻水平位移量最大為7.8 mm，位于墻頂監(jiān)測點，從上往下水平位移量呈遞減趨勢；水平位移速率從0.07 mm/d逐漸下降至0.01 mm/d，說明水平位移速率呈逐漸減小趨勢，擋墻水平方向逐漸趨于穩(wěn)定，能滿足設計要求和安全使用。

2)沉降監(jiān)測成果：沉降最明顯位于擋墻1-1斷面，擋墻頂部監(jiān)測點JC13，沉降最大值9.8 mm；中間馬道上監(jiān)測點JC12，沉降最大值6.2 mm；擋墻底部監(jiān)測點JC11，沉降最大值2.1 mm。分析發(fā)現(xiàn)擋墻沉降最明顯的均位于墻頂監(jiān)測點，且越往下沉降量越小，固結(jié)效果越好；擋墻最大沉降量為9.8 mm，沉降速率呈減小趨勢，說明擋墻垂直方向逐漸趨于穩(wěn)定，能滿足設計要求和安全使用。

綜上所述，按照上述施工工藝，嚴格加筋土材料選擇、嚴控施工工藝和要點，擋墻水平位移、沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)比原設計的值要小，收斂趨勢更為明顯，能更好地保證其安全使用。

4 結(jié)語

本文以建筑工程高邊坡加筋土擋墻施工為實例，從筋帶、填料、面板等材料選擇和施工過程等方面，詳細地總結(jié)了加筋土擋墻的施工方法，提出了施工關鍵工序和要點，并通過一個水文年效果監(jiān)測對比分析，驗證了加筋土擋墻的安全性，也說明了加筋土材料和施工工藝控制對擋墻整體穩(wěn)定、安全的重要性，為其他加筋土工程提供了重要經(jīng)驗，可供其他類似施工借鑒和推廣。