加筋格宾挡土墙加固高填方陡边坡路基施工技术应用

2022-04-28周君波

四川水利 2022年2期

周君波

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰，611830)

1 工程概况

红文区间道路工程位于遂宁市台商产业园区内，红线宽度为24m，总长约1049.688m。道路两侧地块均已经按红线范围开发建设完成，道路K0+600到K0+980桩号段设计路面高程与地块场平高程存在最高约2m～14m的高差，但因道路与地块红线重合，已无放坡填筑路基的条件，因此在道路南、北两侧均设置挡土墙。

由于挡墙段为沟壑新近素填土(重度19.2kN/m3、内聚力11.0kPa、内摩擦角8°)，最大填土深度26m(地质剖面见图1)，为确保地基承载力达标，保证工后沉降及路堤稳定性能满足规范要求，须结合路堤基础情况，采用合理的边坡支挡形式。设计阶段比选混凝土扶壁式路肩挡墙+放坡、路肩挡墙+桥梁、混凝土扶壁式高挡墙等方案。根据EPC总承包合同，经遂宁经开区专家委员会评审，采用承台基础格宾石笼加筋土挡墙。

图1 道路工程地质剖面

2 挡墙设计

2.1 设计标准

(1)支护结构类型：加筋土挡墙、支护结构工程安全等级为一级。

(2)设计基准期：100a，理论状态设计使用年限：100a。

(3)设计采用以承载能力极限状态设计的分项系数法为主的设计方法。

(4)设计荷载为城-A级，地震烈度：抗震设防烈度为6度，地震加速度0.05g。

2.2 挡墙布置

道路南侧挡墙范围桩号为K0+598～K0+948，墙高3.0m～14.0m；道路北侧挡墙范围桩号为K0+890～K0+980，墙高3.0m～7.0m。平面布置如图2。

图2 挡墙平面布置

2.3 挡墙结构

道路K0+700～K0+940地层由深厚回填土、粘土组成，回填土厚度16.5m～26m。为确保承载力及路堤稳定性满足规范要求，结合路堤边坡支挡形式，部分路段路基需采用桩基础处理，无桩基础段采用碎石换填基础。

挡墙由基础、墙身、填土、加筋料、护坡、栏杆及排水构成，挡墙典型断面如图3。

图3 挡墙典型断面图(单位：m)

2.3.1 基础设计

南侧段：K0+598～K0+690换填2m厚碎石作为挡墙基础(换填宽度12m)；K0+690～K0+766.5段，基础位于泥岩上，满足承载力要求，泥岩层作为挡墙基础；K0+766.5～K0+948采用承台+桩基作为挡墙基础(桩径1.5m，嵌入基础4m。钢筋混凝土承台高1m宽10.5m，长度每段不大于20m)。

北侧段：K0+888～K0+917.21换填2m厚碎石作为挡墙基础；K0+917.21～K0+938段，为过渡段，采用2m厚，15%水泥碎石换填作为挡墙基础。K0+938～K0+980采用承台+桩基作为挡墙基础。基础典型断面与南侧一致。

2.3.2 墙身设计

墙身由镀锌覆高耐磨有机涂层加筋格宾内部填充石料堆砌而成，笼间采用钢线铰接。格宾笼长3m(分3格)，高1m。格宾笼示意见图4，L长度3m～6m。

图4 格宾石笼示意

2.3.3 填土及加筋

填土采用开挖合格料和料场料，均为泥岩，块度超过15cm的作解小处理后利用。挡墙高度小于5m时，填土的挡墙采用100型(宽8m)高韧性聚酯纱线集土工格栅，高于5m填土的挡墙，高出部分采用加强型150(宽10m)的高韧性聚酯纱线集土工格栅。尾部固定在加筋格宾笼底部处；加筋挡土墙每施工一层都要铺设高韧性土工格栅，与面墙搭接0.8m。根据填料情况，必要时筋带上下各铺设10cm厚粗砂保护层，再回填合格土料，防止损伤筋带[1]。

2.3.4 挡墙混凝土护坡(压顶混凝土)

布置于挡墙顶部，高于人行道20cm，采用C25混凝土现浇形成。为满足混凝土浇筑时不漏料，在顶层格宾笼表面采用砂浆找平。

2.3.5 栏杆

采用不锈钢防护栏杆，布置于混凝土护坡上，栏杆高于人行道1150mm，每2m设置间距柱，柱基础采用C25混凝土浇筑，基础尺寸30cm×30cm×50cm。栏杆为25mm～76mm的不锈钢复合管。

2.3.6 排水

土工布铺设于加筋格宾背部与填土层间，折入压实土中不小于30cm，进行反滤处理，防止填料流失；加筋体背后设置麦克排水垫及0.2m厚碎石排水通道，外包聚酯长纤无纺布，引排至挡墙外侧排水沟。

3 材料要求

3.1 加筋格宾

加筋格宾笼是由镀锌覆高耐磨有机涂层钢丝制作而成的网箱结构，网面标称拉伸强度不低于42kN/m；网面标称翻边强度不低于35kN/m。有机涂层耐久性要求原材料经过氙弧灯(GB/T 16422.2-2014)照射4000h或Ⅰ型荧光紫外灯按暴露方式Ⅰ(GB/T 16422.3-2014)照射2500h后，其延伸率和抗拉强度变化范围，不应大于初始值的25%。

绑扎钢丝、水平加强丝应采用与双绞合钢丝网面相同材质(抗拉强度和镀层类型)的钢丝，直径不小于2.2cm。

3.2 加筋材料-高韧性聚酯纱线集束土工格栅

3.2.1 成型工艺

聚酯纱线集束成股，外覆聚乙烯鞘套保护层形成的条带式格栅通过超声波焊接工艺相互连接形成网状平面结构的格栅。条带式格栅表面通过滚轴在保护套上面形成纹理形状[2]。

3.2.2 极限伸长率

整体土工格栅的极限伸长率要求小于等于9.5%。

3.2.3 土工格栅的长期性能指标

在设计温度为20℃，使用年限为120a时，筋材的蠕变折减系数不高于1.38。

在设计温度为20℃，土体4

在填土D50<15mm时，筋材的施工损伤折减系数不高于1.10。

3.3 土工复合排水材料

为将经过特殊挤压形成“W”形纵向全断面排水通道的三维聚丙烯网垫与两层针刺并经热处理的无纺土工布通过热粘合作用形成反滤、排水、保护的三维排水垫，其单位重量为660g/m2(公差10%)，纵向抗拉强度13kN/m(最小值)。50kPa、水力梯度i=1时平面通水量为1.3L/m·s(公差±30%)；100kPa、水力梯度i=1时平面通水量为0.7L/m·s(公差±30%)[2]。

3.4 填充石料

(1)格宾填充石料采用质地坚硬、不易崩解和水解、抗风化的卵石、片石或块石，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3。

(2)石料粒径宜为100mm～300mm，粒径小于100mm或大于300mm的石料不应超过5%，但其不得用于格宾网箱的外露面，格宾孔隙率不应超过30%。

3.5 土工布

格宾挡墙墙后采用土工布进行反滤，标称断裂强度≥10kN/m，详细指标符合《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》(GB/T 17639-2008)要求。

3.6 加筋填料

(1)严格按设计文件，就地选取符合要求的填料；可采用砂性土、砂砾、碎(砾)石等材料，严禁采用淤泥、腐质土；当采用粘性土作为填料时，应在最佳含水量时施工。

(2)浸水地区的加筋土挡墙应采用水稳性好的渗水性土作为填料。

(3)填料不得含有有机料及生活垃圾；填料粒径不宜大于填料压实厚度的2/3，且最大粒径不得大于15cm；含有尖锐棱角的粗粒料应避免摊铺在铺设的土工格栅的表层。

3.7 钢筋混凝土

承台采用C40现浇混凝土，桩基采用C35水下现浇混凝土。钢筋均采用HRB400，抗拉强度设计值应达到330MPa，护坡采用C25现浇混凝土和砂浆M10找平。

3.8 碎石及水泥碎石

(1)碎石保证质地坚硬、清洁。碎石中针片状颗粒的总含量不应超过20%，软弱颗粒含量应小于5%，最大粒径不应超过53mm，液限小于28%，塑性指数小于9。

(2)15%水泥碎石水泥应选初凝时间4h以上和终凝时间较长(宜大于6h)，且各项性能指标满足要求的32.5级水泥，不得使用快硬水泥、早强水泥及已受潮变质的水泥。不应采用强度形成缓慢的粉煤灰水泥；水泥碎石集料采用骨架密实型混合料，采用灰岩轧制成的碎石，压碎值不得大于30%，碎石针片状含量不得大于20%。有机质含量不宜超过2%，含泥量不得大于3%；采用不含油质和非酸性的水。

4 施工工艺

4.1 施工流程

加筋土挡墙施工流程如图5所示。

图5 加筋土挡墙施工流程

4.2 施工脚手架

格宾石笼的连接、石笼外露面的处理，需要人工在挡墙外侧作业，因此，高度超过2m的挡墙外侧设置施工脚手架。

4.3 基础开挖施工

桩基+承台段分两次开挖，第一次开挖到设计桩顶高程高1m，然后进行桩基施工。在桩基施工完成并混凝土达到设计75%强度时再开挖到设计高程。无承台段一次开挖到底，当开挖接近基底高程时，保留30cm厚土层，在基础施工前，人工捡底。开挖按路基工程开挖要求，采用反挖、破碎锤、装载机、自卸汽车联合作业。

4.4 桩基施工

桩基均为D150双排布置嵌岩桩，入中风化泥岩深度不小于4m，采用旋挖钻机成孔。由于地质多为素填土和粘土，深度达到26m，钻孔时采用护筒+泥浆护壁方案，避免塌孔和掉渣。桩基浇筑采用水下灌注法。

4.5 基底处理施工

非承台段采用换填2m厚碎石和15%水泥碎石路段，填料分层填筑，每层压实厚度为30cm，换填区段按照网格化布料，用装载机摊铺、人工整平，压路机碾压密实。

4.6 承台施工

承台钢筋、模板、混凝土均采用常规施工方法。

4.7 格宾石笼施工

加筋格宾网由厂家定制，现场人工拼装。需要拼装的网片码放在承台左侧路基位置处，方便施工。拼装成型的格宾网箱，前面板、侧面板、隔板以及背板都呈垂直关系。各相接面板边缘采用专门配备的绞合钢丝按照10cm～15cm单圈缠绕-双圈缠绕，锁紧间隔绞合，如图6所示。

图6 格宾笼绞边示意

第一层石笼按照距承台边25cm的距离码放在基础上，以后每层按照向内回退10cm的距离固定在前一层石笼上，用不锈钢铁丝封闭上口，高度超过2m时，利用搭设的外架连续接高施工。每一阶格宾网填充完成，测量人员对墙面平整度、标高测量，保证墙面顺直、标高一致。

人工向拼装好的格宾网填充码砌石料，人工码砌石料时，要分层码砌筑，相邻格宾面墙的石料高差控制在30cm，避免对面板挤压变形，盖板无法吻合。每层石料填充完毕后，人工再次填隙，使格宾笼填充饱满，减小孔隙率，格宾孔隙率不超过30%。每层格宾笼施工完成后，土工布由人工现场铺设、整平。土工布铺在加筋格宾面墙背部与填土层间，折入压实土中长度不小于30cm。土工布铺设完毕，进行结构回填[3]。

加筋挡土墙每一层台阶向墙背收缩10cm，后背采用格宾格栅与格宾石笼墙面拉结，格栅与格宾网搭接不小于3m；每层采用高韧性聚酯纱线集束格栅(100型、150型)作为加强层，长度8m～10m。

挡墙施工时段，每天上下午分别进行一次监测，监测下层石笼变形情况。

4.8 回填施工

施工同路基要求，采用装载机、自卸汽车、反挖、20t振动式压路机联合作业。碾压先轻后重碾压，先从筋材中部开始，逐步碾压至筋材尾部，再碾压靠近面板部位。靠近石笼墙面1m范围内的填料压实用小型机械由面板后轻压，减少对格宾笼的扰动、破坏。

4.9 排水层施工

在墙体和回填施工到地面高程时，设置排水层。清除挡墙开挖坡面突出的岩石，杂草灌木等杂物，对于低洼处进行回填、压实、平整坡面。沿坡面铺设麦克垫，麦克垫边缘应至少搭接60mm并将搭接处用U型钉进行锚固。

用φ8钢筋加工制作U型金属锚钉，将麦克垫固定于坡面，锚钉穿过钢丝网格锚固于地面，U型钉间距1m，梅花形布置且与地面齐平，以提高最大的抗拔出力并保持边坡稳定。再将麦克垫沿坡面简单折叠，将其固定于坡面，并在此层回填0.2m厚碎石排水层，外包聚酯长纤无纺布，形成排水通道，并利用挡土墙对土体水分渗透，最后引流到路基边沟。[4]

4.10 水泥混凝土护坡及栏杆施工

挡墙回填至设计高程后，在格宾笼顶施做混凝土护坡。由于格宾石笼孔隙率高，护坡混凝土浇筑时容易漏空，在护坡混凝土浇筑前，先采用砂浆封闭、抹平格宾笼表面，再在砂浆面上支立模板浇筑护坡。砂浆采用M20低坍落度砂浆，现场人工填料并找平。

混凝土护坡采用C25混凝土人工分段支模浇筑。栏杆采用4mm不锈钢复合管壁，护栏高1150mm，柱距2m。

4.11 边坡植草

路基边坡施工成型后，由人工解小较大石块、整理边坡土层，采用混合草籽，人工撒播在边坡上，喷水保湿并覆盖地膜养护，直到草籽全部生长成活。

5 施工质量控制

5.1 加筋土挡墙结构

(1)根据地形和地质条件、结构稳定、经济合理以及施工方便等因素综合确定。

(2)加筋体基底和后方边坡，在填筑时不论是土质或岩石，原则上都应开挖成台阶形，使新填土与原边坡不形成明显的界面。

5.2 基础工程

(1)基础的埋置深度，对于土质地基不应小于1m。当设置在岩石上时应清除表面风化层，如风化层较厚难以清除时，采用土质地基的埋置深度。

(2)当基槽底为岩性土，且满足承载力和稳定要求时，仅进行整平夯实即可；当基槽底为素填土等软弱地基，且加筋土挡墙高度不大于5m时，应根据稳定和承载力要求、地基土质情况进行地基换填处理；当基槽底为素填土等软弱地基，且加筋土挡墙高度大于5m时，应采用承台桩基础。

(3)浸水地区的加筋体墙面基础埋置深度应按《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的有关规定确定。

(4)斜坡上的加筋体应设宽度不小于1m的护脚，墙面基础埋置深度从护脚算起。

(5)季节性冰冻地区，当基础埋深小于冻结线时，自基底至冻结线范围内的土，应换填为非冻胀性的中砂、粗砂、砾石等粗粒土，其中，粉土、黏土粒的含量不应大于15%。

(6)桩基成孔方法、孔深、孔径满足设计要求，孔底沉渣不超过5cm。钢筋笼宜整体组装入孔，需要分段时，上下段保持顺直。

5.3 排水设施

(1)加筋格宾面墙后采用土工布进行反滤处理，防止填料的流失。

(2)当加筋体背后有地下水渗入时，应设置通向加筋体的排水层。

(3)当加筋体顶面有渗水可能时，粘性土填料必须采取防渗封闭措施[5]。

5.4 加筋土挡墙施工

(1)格宾笼组装、摆放严格按设计要求，填充后不得外倾，其连接绞合材料和绞合工艺满足厂家工艺要求。

(2)格宾笼块石填充由人工仔细堆砌，确保密实和外露面无逊径料。如因当地材料原因，无法避免逊径较多时，可以采用在笼内设置相同材料密目网片隔挡。相邻格宾网均匀填石，高度相差不超过30cm.

(3)格宾笼块石填充后回填后背土料时，卸料时机具与面板距离不应小于1.5m，机具不得在未覆盖填料的筋材上行驶，并不得扰动下层筋材。可用人工摊铺或机械摊铺，摊铺厚度均匀一致，表面平整，并设不小于3%的横坡。机械摊铺时，摊铺机械距面板不应小于1.5m，运行方向与筋材垂直，不得在未覆盖填料的筋材上行驶或停车。距面板1.5m范围内，应用人工摊铺。每层填料摊铺平整后应及时碾压。一般采用振动式压路机，先轻后重碾压，作业一般先从筋材中部开始，逐步碾压至筋材尾部，再碾压靠近面板部位。靠近墙面1m范围内的填料压实用小型机械由面板后轻压至线路中心，避免对面层的扰动。用粘性土作填料时，雨季施工应采取排水和遮盖措施。

(4)施工设备、机具不得碰撞格宾笼，如施工引起格宾笼外倾、格宾网钢丝断开、格宾网涂层破损等均需要返工处理或修复。

(5)格宾网中设置的间隔加强丝顺直受力张紧，确保格宾笼立面不变形凸出。