普通國(guó)省道改建工程中加筋格賓擋墻設(shè)計(jì)

王儒飛

(廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司 廣州市 510000)

普通國(guó)省道改建工程中，由于工程項(xiàng)目資金有限，這在一定程度上影響路線方案，經(jīng)濟(jì)性成為首要考慮因素。特別在路堤較高、周圍環(huán)境復(fù)雜路段，常規(guī)的路基支擋結(jié)構(gòu)難以兼顧經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行?；诩咏罡褓e擋墻自身優(yōu)越性[1-4]，且在高速公路避險(xiǎn)車道、水利工程等項(xiàng)目中大量采用加筋格賓擋墻[1-4]設(shè)計(jì)方案，技術(shù)較成熟、施工較簡(jiǎn)便，因此，研究了加筋格賓擋墻技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理、穩(wěn)定性計(jì)算及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為普通國(guó)省道改建工程路基設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目背景

工程位于廣東省梅州市的大埔縣勝坑至豐埔橋段，屬于國(guó)道G235線大埔勝坑至豐埔橋段改建工程，路線起點(diǎn)位于大埔縣銀江鎮(zhèn)葛里村附近，接國(guó)道G235線(起點(diǎn)樁號(hào)1975+711)，路線沿舊路裁彎取直，然后在K1977+000與G235線舊路分離，由北往南，經(jīng)西洋坑、合水埠、勝坑村、李子窩、山棗坪，終點(diǎn)至銀江鎮(zhèn)豐埔橋(豐順交界附近，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)終點(diǎn)K1982+840)，對(duì)接國(guó)道G235線豐埔橋至三合段改建工程。

1.2 工程項(xiàng)目

項(xiàng)目位于K1982+144～K1982+186左側(cè)路基，長(zhǎng)度42m，路基填土最大高度22m。該路基左側(cè)有四棟住宅民房(2層高)，需要設(shè)置路堤擋土墻收坡，路堤擋土墻墻高需要滿足H≥13m。一般的衡重式擋土墻高度難以滿足，且其自身圬工體積量大、基底壓力大，對(duì)于地基承載力要求高。經(jīng)初步設(shè)計(jì)方案比選后，綜合考慮“經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、施工方便”等原則，本項(xiàng)目推薦采用路堤式加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)，擋墻面墻坡比為1∶0.2，墻后豎向排水采用麥克排水墊，水平排水采用碎石排水層，基礎(chǔ)需坐落在混凝土基礎(chǔ)上。加筋格賓擋墻總體布置見圖1。

圖1 加筋格賓擋墻總體布置圖

2 加筋格賓擋墻

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

加筋土技術(shù)已有40余年歷史，廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，其優(yōu)越性越來越明顯。與常規(guī)的路堤擋土墻相比，歸納起來有如下幾點(diǎn)：

(1)適用于地基承載力低路段。加筋格賓擋墻材料輕質(zhì)，自重小，從而降低了基底應(yīng)力。

(2)結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)地基較大的不均勻變形，抗震性能優(yōu)。

(3)施工簡(jiǎn)便。加筋土的面墻、筋材等構(gòu)件可以預(yù)制，減少山區(qū)陡坡現(xiàn)場(chǎng)澆注施工難度。同時(shí)施工效率高、施工工期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低。

(4)生態(tài)性好。面墻設(shè)置孔隙，可以種植綠化植物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，結(jié)合一定的綠化措施(插枝)，還能實(shí)現(xiàn)達(dá)到快速高效的綠化效果。

(5)經(jīng)濟(jì)性好?？梢圆捎脻{砌石、干砌石等成本較低的石材填充格賓擋墻，山區(qū)巖石地段石材豐富，且沿河路段存在大量的鵝卵石，這與混凝土材料相比，工程造價(jià)更低廉，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.2 設(shè)計(jì)原理

路基填土在一定的坡率和坡高下，其自身穩(wěn)定性不足將導(dǎo)致填土產(chǎn)生較大的變形，甚至坍塌。在土中設(shè)置加筋材料，猶如混凝土中設(shè)置了抗拉鋼筋，通過拉筋與土體相互摩擦、相互粘合，土體獲得圍壓，其力學(xué)性能得到改善，從而提高抗剪強(qiáng)度(C、φ)。加筋土中的筋土相互作用示意圖見圖2。

圖2 加筋土中的筋土相互作用

3 加筋格賓擋墻計(jì)算參數(shù)

(1)計(jì)算位置

根據(jù)路基邊坡填土高度，選取最不利斷面計(jì)算，即K1982+165左側(cè)橫斷面。

圖3 路堤式加筋格賓擋墻斷面圖(單位：m)

(2)物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)地勘報(bào)告及工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)取值，具體詳見表1。

表1 材料計(jì)算參數(shù)表

(3)計(jì)算程序

采用MacStARS 加筋格賓擋墻專用計(jì)算分析軟件。

(4)巖土荷載

程序自動(dòng)考慮巖土荷載。

(5)地震

不考慮地震荷載的影響。

(6)六角形雙絞合金屬網(wǎng)長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度

六角形雙絞合金屬網(wǎng)長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度(60年)，按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Tc為土工格柵極限抗拉強(qiáng)度；fm為與制造工藝相關(guān)的折減系數(shù)；fd為施工損壞的折減系數(shù)；fe為環(huán)境影響的折減系數(shù)。

根據(jù)歐洲規(guī)范，網(wǎng)面型號(hào)為8×10、鋼絲直徑d=2.7mm的網(wǎng)片，其極限抗拉強(qiáng)度的最小值TC=42kN/m。

式(1)中的折減系數(shù)，有條件時(shí)，可以通過試驗(yàn)確定，也可以根據(jù)表2～表4選取。

表2 折減系數(shù)fm

表3 折減系數(shù)fd

表4 折減系數(shù)fe

綜上所述，金屬網(wǎng)綜合折減系數(shù)，以及長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度如表5所示。

表5 綜合折減系數(shù)及長(zhǎng)期運(yùn)行抗拉強(qiáng)度

(7)格柵長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度

格柵長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度，以及相關(guān)的折減系數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)確定，也可以通過式(2)確定：

RF=RFCR×RFID×RFD

(2)

其中：Tallow為長(zhǎng)期設(shè)計(jì)強(qiáng)度；Tult為極限抗拉強(qiáng)度；RF為折減系數(shù)；RFID為施工損傷的折減系數(shù)；RFCR為蠕變折減系數(shù)；RFD為生物化學(xué)影響折減系數(shù)。

4 加筋格賓擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.1 內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算

加筋土內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算采用軟件程序計(jì)算。綠色加筋格賓擋墻的第i層筋材水平拉力計(jì)算如式(3)：

Ti=[(r1zi+r2h+∑Δσv)Ka(int)]Sv

(3)

式中：∑Δσv為超載擴(kuò)散至zi深度處的垂直附加應(yīng)力；h為外部荷載換算成等代均布土厚度(m)；r1為填料重度(kN/m3)；r2為填土重度(kN/m3)；Sv為筋材間距(m)。

同時(shí)，筋材強(qiáng)度應(yīng)滿足式(4)條件：

Timax≤Ta

(4)

式中：Timax為筋材水平拉力(kN/m)；Ta為允許抗拉強(qiáng)度(kN/m)。

塊體內(nèi)部穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果，與規(guī)范值對(duì)比如表6所示。

表6 內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果

從表6及圖4、圖5軟件計(jì)算結(jié)果可以得到：內(nèi)部最小穩(wěn)定安全系數(shù)1.460(計(jì)算值)>1.30(規(guī)范值)，內(nèi)部穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

圖4 TM1內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算

圖5 TM2內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算

4.2 外部穩(wěn)定性計(jì)算

加筋土擋土墻的外部穩(wěn)定性分析包括：土壓力計(jì)算；基底滑移；傾覆穩(wěn)定性；地基承載力。

從表7、表8及圖6軟件計(jì)算結(jié)果可以得到：抗滑移安全穩(wěn)定系數(shù)1.485(計(jì)算值)>1.30(規(guī)范值)，抗傾覆安全穩(wěn)定性2.890(計(jì)算值)>1.50(規(guī)范值)，均滿足規(guī)范要求。基礎(chǔ)底面地基壓應(yīng)力為310kPa。

表7 外部穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

表8 外部穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

圖6 外部穩(wěn)定性計(jì)算

4.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

采用MacStars軟件計(jì)算整體穩(wěn)定性。根據(jù)本工程地質(zhì)條件，巖土比較均勻，采用畢肖普法計(jì)算整體穩(wěn)定性。

從表9匯總圖7軟件計(jì)算結(jié)果可以得到：整體穩(wěn)定性安全系數(shù)1.38(計(jì)算值)>1.30(規(guī)范值)，滿足規(guī)范要求。

表9 整體穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

5 加筋格賓擋墻設(shè)計(jì)

5.1 細(xì)部構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)加筋土單元規(guī)格要求：TM3×3×1×0.8ZNP，長(zhǎng)3m、寬3m、高度1m、厚度0.8m的鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層加筋格賓，見圖7(a)。

(2)力學(xué)性能：網(wǎng)面標(biāo)稱拉伸強(qiáng)度42kN/m，網(wǎng)面標(biāo)稱翻邊強(qiáng)度35kN/m。其中網(wǎng)面構(gòu)造如圖7(b)，包含邊絲、端絲及網(wǎng)面鋼絲，網(wǎng)面鋼絲采用雙絞合連接，其間距M值不小于10個(gè)連續(xù)網(wǎng)孔雙絞合軸線距離的平均值，雙絞合大樣圖如圖7(c)，絞邊連接采用鋼絲綁扎，單圈與雙圈鋼絲間距為10cm～15cm，如圖7(d)所示。

圖7 整體穩(wěn)定性計(jì)算

圖8 鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層加筋格賓細(xì)部構(gòu)件

5.2 土工格柵設(shè)計(jì)

(1)路堤擋墻：擋墻上坡放坡坡比1∶1.5，墻高8m，擋墻面坡坡比為1∶0.2，擋墻最大高度13m。地基承載力應(yīng)滿足≥300kPa。

(2)土工格柵：高韌性聚酯紗線集束格柵采用高韌性、高分子模量聚酯紗線集束成股后外覆PE鞘套保護(hù)層所形成的條袋式超聲波焊接土工格柵。縱向長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度(20℃，4

(3)麥克排水墊：為波形縱向全斷面排水通道的三維聚丙烯網(wǎng)墊，與兩層聚丙烯長(zhǎng)絲紡粘土工布熱粘形成的三維復(fù)合排水材料。復(fù)合體排水能力：水力梯度為1時(shí)，100kPa下平面通水量1.3L/(m·s)，200kPa下平面通水量1.18L/(m·s)。聚丙烯長(zhǎng)絲紡粘土工布厚度(2kPa)≤0.75mm，縱橫向抗拉強(qiáng)度≥8kN/m。

(4)石料填充：可以采用片石或塊石，空隙率控制在30%以下，強(qiáng)度等級(jí)不小于MU30，比重不小于2.5t/m3，不應(yīng)采用風(fēng)化石材；加筋格賓要求石料粒徑大小為100～300mm，雷諾護(hù)墊填石粒徑不能太大，粒徑范圍為70～150mm。加筋格賓墻面30cm內(nèi)應(yīng)采取干砌。

6 結(jié)語(yǔ)

以國(guó)道G235線大埔勝坑至豐埔橋段改建工程為依托，在常規(guī)擋土墻設(shè)置時(shí)受到周圍環(huán)境的影響，且經(jīng)濟(jì)代價(jià)高、技術(shù)性難度大，加筋格賓擋墻應(yīng)運(yùn)而生，其優(yōu)越性非常明顯。計(jì)算分析了加筋格賓擋墻穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，并且論述了設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)，為設(shè)計(jì)、施工提供有益參考。