青島某高低組合墻面加筋土擋墻工程應(yīng)用實(shí)例

張吉慶 孫 濤 邵常華

（1.青島瑞源工程集團(tuán)有限公司，山東青島 266555；2.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266590）

0 引言

加筋土擋墻由擋墻、回填土和筋材三部分組成[1]，具有良好抗震穩(wěn)定性、節(jié)約土地、美觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域[2]。加筋土技術(shù)主要是將土體的抗壓、抗剪強(qiáng)度與加筋材料的抗拉強(qiáng)度有機(jī)結(jié)合，大幅提升加筋體整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性[2]。近年來(lái)，出現(xiàn)許多新的土工合成加筋材料、面板結(jié)構(gòu)形式、聯(lián)結(jié)方式和無(wú)面板加筋土擋墻類型[3]。目前的加筋土擋墻有單坡面包裹式擋墻、雙坡面包裹式擋墻、面板式加筋土擋墻、模塊式加筋土擋墻、格賓加筋土擋墻、吉奧擋墻、土工格室加筋土擋墻等[4—10]。

不同于常規(guī)加筋土擋墻形式，本文介紹了一種新型高低組合式墻面加筋土擋墻。通過(guò)該組合式墻面擋墻的實(shí)際工程應(yīng)用和變形監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)了該形式擋墻的空間布局優(yōu)勢(shì)和擋墻變形的特殊性。通過(guò)研究該擋土墻的適用性，為該新型組合墻面擋墻在工程中的推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

青島某景觀示范區(qū)湖體擋土墻工程位于青島市黃島區(qū)峨眉山路以東，漓江西路以北。標(biāo)高9.55 m以上為高擋墻，長(zhǎng)度約116 m，采用現(xiàn)澆混凝土面板+筋材反包土工袋加筋土擋墻系統(tǒng)。標(biāo)高9.55 m 以下為低擋墻，長(zhǎng)度約112 m，采用坡率1:0.10 的劈裂面模塊面板加筋土擋墻系統(tǒng)。1-1 剖面、2-2 剖面和3-3 剖面單元擋墻標(biāo)高5.65～17.10 m，為高低組合式墻面加筋土擋墻，即本文研究對(duì)象。4-4 剖面、5-5 剖面、6-6 剖面和7-7 剖面單元擋墻標(biāo)高5.65～9.55 m，為低擋墻。單元?jiǎng)澐制矫娌贾靡妶D1。

圖1 單元?jiǎng)澐制矫娌贾脠D

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)地表調(diào)查和鉆探揭露，場(chǎng)地地層主要有第四系全新統(tǒng)沼澤沉積、沖洪積相及燕山晚期侵入巖層。巖土特征自上而下分述如下：

第（1）層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4h）：灰褐色—黃褐色，流塑，飽和，稍有臭味，韌性較差、干強(qiáng)度一般，局部混中粗砂顆粒，可見植物腐殖質(zhì)等。

第（2）層粗礫砂（Q4al+pl）：灰褐色—黃褐色，飽和，松散，級(jí)配較差，磨圓度較差，主要成分為長(zhǎng)石、石英，含有黏性土約10%～35%。

第（3）層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（KqS）：灰紫色—褐紫色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。晶屑玻屑含量10%～50%，晶屑以石英、長(zhǎng)石及少量暗色礦物組成。巖石堅(jiān)硬程度等級(jí)為極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

場(chǎng)區(qū)地貌類型為剝蝕殘丘地貌，局部沼澤沉積地貌，地形起伏較大，擋墻位于水坑里，水坑大致呈圓形，直徑約60 m，現(xiàn)狀水面標(biāo)高約為9.76 m。地勢(shì)起伏較大，西北高，東南低。水坑為地表水，由降水補(bǔ)給形成，水深受降水影響大。場(chǎng)地中的粗礫砂、強(qiáng)風(fēng)化基巖為主要透水層。水坑擬改造為景觀湖，后期景觀湖水位標(biāo)高約為8.55 m，低擋墻建完后大部分位于水面以下。

1.2 環(huán)境條件

本擋墻為臨湖擋墻工程，臨湖東、西和南三側(cè)的低擋墻頂部后期為親水平臺(tái)道路，東側(cè)低擋墻往東約17 m 為園區(qū)18#樓。高擋墻頂部為園區(qū)消防道路，墻頂距離南側(cè)用地紅線約10 m，紅線外為后期市政道路。為避免后期和用地紅線外市政道路施工的相互影響，在靠近用地紅線處（即1-3 剖面單元）采用高低組合式墻面加筋土擋墻，形成加筋土體自穩(wěn)定體結(jié)構(gòu)。

2 擋墻設(shè)計(jì)

可用于加筋土擋墻的設(shè)計(jì)分析方法可分為極限平衡法、極限狀態(tài)法和數(shù)值分析法[11—20]。目前常用的是規(guī)范中的極限平衡法，包括擋墻外部穩(wěn)定性驗(yàn)算、擋墻內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算、加筋材料與墻面板的鏈接強(qiáng)度驗(yàn)算、確定墻后排水和墻頂防水措施[21]。

以2-2 典型剖面為例（見圖2），標(biāo)高9.55 m 以下的臨湖加筋擋墻采用混凝土劈裂面模塊做墻面（見圖3）。在模塊面板內(nèi)側(cè)豎向每隔420 mm 鋪設(shè)一層土體加筋筋材，筋材與模塊通過(guò)專用連接卡件連接，以保證足夠的連接強(qiáng)度以及加筋系統(tǒng)的整體性。采用透水性好的填料回填，劈裂面砌塊后側(cè)分層反包250 g/m2的無(wú)紡?fù)凉げ挤礊V層。

圖2 擋土墻典型剖面（單位：mm）

圖3 低擋墻墻面及后端處理大樣圖（單位：mm）

標(biāo)高9.55 m 以上的加筋擋墻采用現(xiàn)澆混凝土面板+筋材反包加筋土體系統(tǒng)（見圖4）。加筋擋墻面板為立?，F(xiàn)澆C30 鋼筋混凝土，面板厚度250 mm。筋材反包加筋土體系統(tǒng)的包裹體采用透水土工袋裝填粗粒土碼砌。豎向每隔400 mm 鋪設(shè)一層加筋筋材，分層填土碾壓。加筋筋材之間采用高密度聚乙烯（HDPE）連接棒連接成為整體。

圖4 高擋墻墻面及后端處理大樣圖（單位：mm）

現(xiàn)澆混凝土面板與筋材反包加筋土體系統(tǒng)通過(guò)在加筋體填筑過(guò)程中預(yù)埋的鋼筋相連。預(yù)埋鋼筋埋入加筋體錨固長(zhǎng)度6.0 m，并采用除銹、刷瀝青船底漆和瀝青玻纖布纏裹二層進(jìn)行防腐蝕處理。其水平和豎向間距1.5 m，鋼筋前端露出包裹體外，與整體面板的鋼筋網(wǎng)焊接成一體。加筋擋墻墻背后土工袋內(nèi)裝透水性好的粗粒料作為坡面濾水層，墻體底部每橫向間距1.5 m 設(shè)置?110 mm PVC 排水管，把加筋坡體內(nèi)的水導(dǎo)排到擋墻外側(cè)的景觀湖中。

2-2 剖面擋土墻安全等級(jí)為一級(jí)，其余區(qū)域擋土墻安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)正常使用年限為50 年。根據(jù)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50290—2014），外部穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)將整個(gè)加筋土體視為剛體，釆用一般重力式擋墻的方法驗(yàn)算墻體的抗水平滑動(dòng)穩(wěn)定性、抗深層滑動(dòng)穩(wěn)定性和地基承載力。加筋土體可不做抗傾覆校核，但墻底面上作用合力的著力點(diǎn)應(yīng)在底面中三分段之內(nèi)。墻背土壓力應(yīng)按朗肯土壓力理論確定。

外部穩(wěn)定性驗(yàn)算中，釆用一般重力式擋墻的方法驗(yàn)算墻體的抗水平滑動(dòng)穩(wěn)定性。計(jì)算過(guò)程如下：

式中：Epk=0；無(wú)地下水，um=0；c=0 kPa；B=10 m；γ=18 kN/m3；φ=28°；q=30 kPa；

內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)包括筋材強(qiáng)度驗(yàn)算和抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（1）筋材強(qiáng)度驗(yàn)算

每層筋材均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。第i層單位墻長(zhǎng)筋材承受的水平拉力Ti應(yīng)按下式計(jì)算。

對(duì)于柔性筋材，土壓力系數(shù)Ki應(yīng)按式（5）計(jì)算

筋材抗拉強(qiáng)度Ta應(yīng)滿足下式要求：

式中：T為筋材極限抗拉強(qiáng)度；RF為筋材綜合折減系數(shù)。

考慮到最下層筋材拉力Ti最大，最容易受拉破壞，取最下層筋材進(jìn)行抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。具體驗(yàn)算過(guò)程如下。

土工格柵為柔性筋材：

土工格柵滿鋪Ar=1；筋材豎向間距svi=0.4 m；∑Δδvi=30 kPa；Δδhi=0；

材料極限抗拉強(qiáng)度T=130 kN/m；筋材綜合強(qiáng)度折減系數(shù)RF取3.0；

（2）筋材抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算

第i層筋材的抗拔力Tpi應(yīng)根據(jù)填土破裂面以外筋材的有效長(zhǎng)度Le與周圍土體產(chǎn)生的摩擦力按式（8）計(jì)算

筋材抗拔穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)按式（9）確定

安全系數(shù)不應(yīng)小于1.5。當(dāng)不能滿足時(shí)，應(yīng)加長(zhǎng)筋材或增加筋材用量，重新進(jìn)行驗(yàn)算。

第i層筋材總長(zhǎng)度Li應(yīng)按式（10）計(jì)算

抗拔驗(yàn)算：最上層筋材，錨固段Lei，豎直壓力δvi最小，最容易受拔破壞。筋材滿堂鋪時(shí)B=1；摩擦系數(shù)f取0.25；最上一層

綜上所述，外部穩(wěn)定性驗(yàn)算中，墻體的抗水平滑動(dòng)穩(wěn)定性滿足要求，內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算中筋材強(qiáng)度驗(yàn)算和抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求，其他驗(yàn)算不再列述。

該高低組合式擋墻形式，優(yōu)化了擋墻空間布局，滿足了規(guī)劃景觀要求。下部低擋墻的墻后填土為人行道路和親水平臺(tái)，荷載不大，對(duì)擋墻基礎(chǔ)地基承載力和擋墻變形要求相對(duì)不嚴(yán)，采用混凝土劈裂面模塊墻面，施工便捷，降低了成本。低擋墻大部分位于景觀湖中，透水性好且美化了環(huán)境。上部高擋墻后填土作為消防道路的一部分，荷載相對(duì)較大，對(duì)基礎(chǔ)地基承載力和擋墻變形要求嚴(yán)格，采用鋼筋混凝土面板墻，提高了加筋土擋墻強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。垂直擋墻形式，節(jié)約了土地。

3 擋墻施工

3.1 下部擋墻施工要點(diǎn)

模塊采用廠家預(yù)制，模塊尺寸為400 mm×220 mm×210 mm，在條形基礎(chǔ)上按正確的施工線及高程漿砌底層模塊。擋墻砌塊壘砌方法為“反壘法”。第一皮干壘擋墻應(yīng)使用異型基礎(chǔ)塊與基礎(chǔ)用水泥砂漿砌筑。擋墻砌塊壘砌按設(shè)計(jì)圖紙要求配合格柵使用，格柵鎖件放入擋墻砌塊凹槽，上層砌塊的下凸榫壘砌入下層砌塊凹槽，使格柵鎖件嵌入上下砌塊的鎖槽內(nèi)。填土并壓實(shí)至底模塊層頂面后，安裝、張拉第一層土工格柵，再做下一道模塊層。

按設(shè)計(jì)要求裁剪格柵。裁剪時(shí)其中一格柵端沿格柵橫向必須保留一整排格柵縱向肋條。將準(zhǔn)備好的格柵端放置于模塊的凹槽內(nèi)并用連接件套住格柵橫檔，保證模塊連接件蓋住每一格柵網(wǎng)孔。

格柵張拉采用張拉梁張拉首先向后拉格柵，使格柵連接件立起、緊貼模塊的后槽面上。再用張拉梁鉤住格柵的自由端，施加足夠的張拉力以繃緊格柵確保格柵與地面緊帖，不得有松弛或者皺褶。拉緊后在格柵末端用木楔或“U”型鋼釘固定。在保持張拉格柵的同時(shí)，在格柵上填鋪一層填土，以保證在釋放張拉力以后格柵不會(huì)回縮。

3.2 上部擋墻施工要點(diǎn)

根據(jù)圖紙要求進(jìn)行預(yù)埋件安裝，鋼筋混凝土擋墻在綁扎擋土墻鋼筋過(guò)程中進(jìn)行預(yù)埋件固定與安裝，采用直徑25 mm 三級(jí)鋼預(yù)留錨固段，間距1.5 m×1.5 m，預(yù)埋鋼筋做除銹、刷瀝青船底漆和瀝青玻纖布裹兩層處理，預(yù)留鋼筋伸出模板20 cm，后期采用套筒連接到6 m 長(zhǎng)度。每隔40 cm 預(yù)埋一層加筋網(wǎng)連接件，以便鋪設(shè)加筋格柵時(shí)能銜接完好，保證施工質(zhì)量。

在擋墻縱向，擋墻面處的相臨格柵相互對(duì)接，格柵層間距為400 mm。格柵安裝施工見圖5。

圖5 鋪設(shè)單向土工格柵

格柵應(yīng)分段張拉，分段張拉格柵的長(zhǎng)度以5～6 m 為宜，同時(shí)格柵的縱向銷釘數(shù)量布置為間距2～3 m 二個(gè)，二個(gè)銷釘間距現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)整。

4 擋墻監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖6。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

（1）擋墻墻頂沉降監(jiān)測(cè)

擋墻墻頂沉降和周邊地面沉降采用天寶 DiNi精密電子水準(zhǔn)儀及配套的條碼銦鋼水準(zhǔn)尺。標(biāo)稱精度：±0.3 mm/km。本項(xiàng)目共布設(shè) 10 個(gè)擋墻頂部沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中低擋墻6 個(gè)，高擋墻4 個(gè)。布設(shè)8 個(gè)周邊道路地面沉降觀測(cè)點(diǎn)。

2020 年12 月25 日高擋土墻澆筑完成，2021 年1 月15 日填土完成。2021 年1 月21 日開始第1 次進(jìn)行擋土墻頂部位移監(jiān)測(cè)，截止到2021 年11 月14 日，進(jìn)行了24 次觀測(cè)（見圖7）。2021 年3 月7 日，擋墻后道路出現(xiàn)明顯裂縫（見圖8），其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)DCJ03 第4 次觀測(cè)的沉降量最大值為—3.9 mm。經(jīng)分析，裂縫出現(xiàn)的前2 天降雨，雨水浸入到填土中，加劇了地面的沉降。

圖7 擋墻頂部沉降累計(jì)變化量

圖8 道路地面裂縫

10 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，GCJ01 的累計(jì)沉降量最大，為-4.3 mm。不同于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，GCJ04 未發(fā)生沉降，反而隆起，隆起最大位移為1.7 mm。擋土墻填土厚度為自西往東逐漸變厚，西側(cè)基巖埋深淺（見圖9），擋土墻基礎(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，東側(cè)下沉，導(dǎo)致西側(cè)挑起所致。

圖9 貼近擋墻一側(cè)加筋土

（2）墻后道路地面沉降

擋墻后填土經(jīng)壓實(shí)，墻后道路施工完成后進(jìn)行了8 個(gè)點(diǎn)的道路沉降觀測(cè)。因監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在道路上，后續(xù)道路收尾施工損壞多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，僅剩2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)保存完整，道路平均沉降9.5 mm。道路沉降觀測(cè)點(diǎn)自2021 年7 月17 日開始觀測(cè)，2021 年11 月14日觀測(cè)結(jié)束。由圖10 可知，后期道路沉降趨于穩(wěn)定。

圖10 道路地面沉降量

（3）擋墻墻頂水平位移

擋墻墻頂水平位移采用徠卡電子全站儀，標(biāo)稱精度：角度±0.5″，距離±0.6 mm+1 ppm.D。共布設(shè)13個(gè)擋墻墻頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（前期10 個(gè)，跟擋墻墻頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用，后期補(bǔ)3 個(gè)）。監(jiān)測(cè)點(diǎn)GSP01 在第7 次監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)被破壞，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GSP02 在第9 次監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)被破壞，破壞后的數(shù)據(jù)不列入統(tǒng)計(jì)分析范圍（見圖11）。

圖11 擋墻墻頂累計(jì)水平位移

不同于常規(guī)擋土墻傾向臨空一側(cè)，此項(xiàng)目擋墻傾向于填土一側(cè)，高擋墻平均累計(jì)水平位移+22.5 mm，其中高擋墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)GSP04 最大累計(jì)水平位移+28 mm，低擋墻平均累計(jì)水平位移+2.5 mm。經(jīng)分析，貼近高擋墻一側(cè)為土工格柵返包土工袋，且中間留有預(yù)變形空隙，約20～30 cm。填土道路壓實(shí)后，土體向兩側(cè)擠壓，導(dǎo)致土工格柵繃緊。土工格柵提供拉力防止土體側(cè)向水平壓力直接傳遞到混凝土面板墻上。而混凝土面板墻預(yù)留出的鋼筋錨桿受到垂直土壓力后，鋼筋錨桿被拉緊，導(dǎo)致混凝土面板墻向填土一側(cè)移動(dòng)。

（4）擋墻墻身位移監(jiān)測(cè)

擋墻墻身位移監(jiān)測(cè)儀器采用GR-DDWYXXB系列多點(diǎn)位移計(jì)，標(biāo)稱精度：±0.01 mm。共布設(shè)6 個(gè)擋墻墻身位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)2 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

墻身平均累計(jì)位移為—0.2 mm，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)GQS01-2 最大墻身累計(jì)位移—0.35 mm。2021 年7月2 日，墻身位移計(jì)因施工保護(hù)不善，全部損壞，后期的數(shù)據(jù)不在統(tǒng)計(jì)之內(nèi)（見圖12）。

圖12 墻身位移累計(jì)變化量

由圖中可知，墻身底部位移幾乎變化不大，由此可知擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性可以滿足工程需要。

（5）現(xiàn)場(chǎng)巡視

現(xiàn)場(chǎng)巡視主要以目測(cè)為主，輔以錘、釬、量尺、放大鏡等工器具以及攝影、攝像等設(shè)備進(jìn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡視，未發(fā)現(xiàn)明顯錯(cuò)位位移，完工現(xiàn)場(chǎng)見圖13。

圖13 項(xiàng)目完工效果圖

5 結(jié)論

（1）高低組合式擋墻，下部劈裂面模塊往外側(cè)變形越大，土工格柵張拉越緊。上部墻后荷載和土壓力越大，加筋土越密實(shí)，返包土工格柵和鋼筋錨桿提供向墻后的拉力越大，限制了土體的側(cè)向變形，擋墻形式受力合理。

（2）通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，墻后土體位移及擋墻變形較荷載施加具有一定的滯后。當(dāng)上部土工袋填土與擋墻之間的空隙充分?jǐn)D密后，變形趨于穩(wěn)定。

（3）與常規(guī)擋土墻傾斜方向不同，該形式的擋土墻位移方向表現(xiàn)為向填土一側(cè)移動(dòng)。最大墻頂沉降量—4.3 mm，最大水平位移+28 mm，墻身底部幾乎無(wú)變化。

（4）在工程應(yīng)用中，利用高擋墻后填土作為消防道路的一部分，節(jié)約土地。低擋墻的混凝土劈裂面模塊墻面透水性高，施工便捷，價(jià)格便宜且美化環(huán)境。高低組合式擋墻具有一定的適用性，建議在景觀綠化、市政道路等工程中推廣應(yīng)用。