碎石回填高边坡锚箱挡墙加固效果实践研究

张森林 张永征

(中国葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北宜昌 443002)

0 引言

边坡工程与人类活动密切相关，近年来，广大学者对边坡工程的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性的问题。

网箱挡墙是由网箱(见图1)、回填碎石组成的复合结构，具有柔性整体结构，透水性强、不受冻害、施工简便迅速、施工质量易于控制等优点。本文以某碎石回填高边坡问题为例，将网箱锚钉挡墙加固技术引入到碎石回填高边坡工程中，选取网箱锚钉挡墙施工现场作为检测对象，根据实验室实验结果以及现场监测结果评价挡墙的稳定性。

图1 网箱结构

1 工程概况

该项目碎石回填高度为48 m，高边坡问题比较显著，拟建边坡总长为1 687.00 m，低于设计标高79.20 m的沟谷需设挡墙地段总长411 m，高于设计标高地段总长1 276.00 m，其中H≤15 m的二级边坡总长363.00 m。15 m＜H≤30 m的一级边坡总长198.00 m，H≤30 m的一级超限边坡总长715 m(最高约84.00 m)。挡墙总长252 m，其中东侧挡墙总长122 m为一层、二层及三层，底宽35 m，南侧挡墙总长为130 m。两端一层、中间三层底宽50 m。该场地层以填土、粘土、强风化板岩、强风化辉绿岩、强风化石英岩为主，地下水类型为潜水及上层滞水，埋深1.00 m～4.00 m。

2 试验研究及成果

2.1 试验方案

为了掌握碎石回填网箱的受力性能特征，对碎石回填网箱进行了压缩和直剪试验。试验用网箱整体尺寸为500 mm×500 mm×500 mm，使用三种直径的钢丝，分别为2.2 mm粗的绑扎用钢丝，2.7 mm粗的普通网丝以及3.4 mm粗的边丝(筋)，内填边长为8 mm～25 mm的方形石灰岩石料，孔隙率平均为36%，实验设备采用1 000 t万能试验系统。压力试验的破坏标准为铁丝断裂或纵向变形达到150 mm;剪切试验的破坏标准为后一级变形超过前一级变形的2倍，纵向压力分别为压力破坏值的10%，20%，30%，40%和50%。

2.2 试验结果

五组压力破坏值为 374 kN，431 kN，568 kN，470 kN，551 kN，五组剪切破坏力为88.9 kN，133.4 kN，200.1 kN，244.6 kN，244.6 kN。根据摩尔库仑破坏准则推算石笼的C，φ，φ0值分别为0.22 MPa，46.5°和76.4°。石笼试样的压缩试验应力应变曲线见图2～图6，直剪试验的应力应变关系曲线见图7～图11。

图2 试块1压缩试验压力与变形曲线

图3 试块2压缩试验压力与变形曲线

图4 试块3压缩试验压力与变形曲线

图5 试块4压缩试验压力与变形曲线

图6 试块5压缩试验压力与变形曲线

图7 试块1直剪试验剪切力与剪切变形曲线

图8 试块2直剪试验剪切力与剪切变形曲线

图9 试块3直剪试验剪切力与剪切变形曲线

3 现场监测及成果

3.1 碎石回填高边坡网箱挡墙深部位移观测

3.1.1 监测方案

本工程布置测斜钻孔共计4个，其中研究边坡1布置3个，选择3，4，5级网箱回填典型断面(3，4，5级网箱锚钉回填最低点断面)，分别位于K870(5级网箱锚钉回填最低点断面，测斜管编号HN14)，K526(4级网箱锚钉回填最低点断面，测斜管编号HN22)与K248(3级网箱锚钉回填最低点断面，测斜管编号HN23)。研究边坡2布置1个测斜钻孔位于5级网箱锚钉回填最低点断面，测斜管编号GH13，D0+191断面。本次监测岩体深部位移采用测斜仪监测，其各部组成及工作原理如图12所示。

图10 试块4直剪试验剪切力与剪切变形曲线

图11 试块5直剪试验剪切力与剪切变形曲线

图12 测斜仪的组成及工作原理

3.1.2 测试结果

经过监测，整理成曲线见图13～图15，每个测斜管在施工初期数据有些变化，但很快达到稳定，表明碎石回填高边坡不同层位网箱锚钉与回填碎石已经达到稳定。

图13 研究边坡1 HN14测斜检测曲线（10.28～11.05）

图14 研究边坡1 HN23测斜管角度变化曲线（10.28～11.05）

3.2 碎石回填高边坡网箱挡墙土层压力观测

土压力盒是一种测量土压力的钢弦式传感器，适用于各种条件下土体内部应力的测量，用于路基、抗滑桩、挡土墙、隧道等工程。可进行长期监测和自动化测量。为了有效地监测土压力情况，研究边坡1布置7个测点，布置在2个断面上，分别位于五级网箱回填最低位置K634.0 断面，1，2，3，4，5 级网箱回填底部各布置1 个压力盒(K634.0-1，K634.0-2，K634.0-3，K634.0-4，K634.0-5)，第二个断面位于四级网箱回填最低位置K364.0断面，2，3级网箱回填底部位置各布置1个压力盒，标号为K314.0-1与K314.0-2，测试结果与分析压力盒测站监测绘制曲线见图16～图19，压力盒监测数据表明大约在压力盒安装1个月后，本层施工结束时，数据基本稳定。

图15 研究边坡2 GH13测斜管角度变化曲线（10.28～11.05）

图16 研究边坡1 HN12-H挡墙土压力盒压力时间曲线

图17 研究边坡1 HN12-V挡墙土压力盒压力时间曲线

图18 研究边坡1 HN23-H挡墙土压力盒压力时间曲线

3.3 动力触探试验

动力触探试验是利用一定的落锤能量将与触探杆相连接的探头打入土中，根据打入的难易程度表示为贯入度或贯入阻力来判断土的工程性质的一种原位测试方法，可用于确定各类土的容许承载力。选取K504～K550五级网箱作为监测对象，实验结果见表1，通过实验可以说明该段地基承载力超过了设计要求，起到了预期的效果。

图19 研究边坡1 HN23-V挡墙土压力盒压力时间曲线

表1 K504～K550五级网箱动力触探成果

4 结语

1)五组压力破坏值为374 kN，431 kN，568 kN，470 kN，551 kN，五组剪切破坏力88.9 kN，133.4 kN，200.1 kN，244.6 kN，244.6 kN。根据摩尔库仑破坏准则推算石笼的C，φ，φ0值分别为0.22 MPa，46.5°和76.4°，试验表明，碎石回填网箱力学性质良好，有利于边坡整体稳定性的提高。

2)测斜管数据表明施工初期对碎石回填位移有所影响，影响时间大约为1个月，施工结束后，碎石回填锚钉层接近稳定。

3)挡墙承载力监测表明，本层施工对其水平承载力和竖直承载力均有所影响，其中对水平承载影响高于竖直承载影响，稳定时间与施工进度相关。上层施工对下层挡墙影响较小。

4)通过动力触探现场检测表明，网箱锚钉回填碎石地基承载力为260 kPa～320 kPa，设计为200 kPa，超出设计的30%～60%，这表明网状挡墙大大提高了所加固地基的承载力，使地基承载力满足了要求。

5)采用新型网箱锚钉和网状挡墙新型加固技术使得碎石高边坡坡度由1∶1.5增加到1∶1，碎石回填高边坡坡度的改变，可以减少碎石回填量，大大地节省了施工成本，缩短了工程工期，同时减少了占地。