加筋改良土抗滑挡土墙在高填路堤中的应用

王锡志

摘要 加筋改良土抗滑挡土墙作为一种改进的支挡结构，主要由面板、拉筋、改良土组成，在公路、铁路、建筑和水利等行业广泛应用。文章综合分析路堤边坡性质、类型和自然地质条件，并结合当地的材料供应情况等，合理确定支挡结构物的类型及具体形式，在整治边坡的同时，降低了建设费用，为类似工程项目高填路堤边坡的设计有一定借鉴意义。

关键词 加筋改良土;抗滑挡土墙;稳定性;处治

中图分类号 U416.12 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0086-04

0 引言

受场地条件限制，在不能正常放坡的填方路段，采取增设支挡结构物来满足实际需求，加筋改良土抗滑挡土墙作为一种改进的支挡结构，能解决高填方道路场地受限的问题，文章以某段高速公路高填路堤为例，介绍了不同类型支挡结构物的特点，着重阐述了加筋改良土抗滑挡土墙的设计计算、施工工艺及注意事项。

1 工程概况

某段高速公路高填路堤，原路基设计为正常放坡，路堤全长约107 m，边坡最大高度24.2 m，施工过程中发现设计地面与实际地面不符，实际填方坡脚超出红线范围，部分填方坡脚侵占当地民房和县道（如图1所示），实际地形情况不满足路基自然放坡条件，应采取措施进行收坡处理[1]。

2 现场地质调查分析

2.1 工程地质条件

2.1.1 地形地貌

场区地处残坡积地貌，微地貌属丘陵谷地，路线在该段斜跨山间沟谷，地形陡峭，两侧山坡斜坡自然坡度约为15°～30°，植被发育，沟谷多以杂草及灌木为主。场址区无道通行，交通不便[2]。

2.1.2 地层岩性

由场区内地质调绘、钻探结果可见，地层上覆为第四系全新统残坡积（Q4el+dl）可塑粉质黏土，下伏基岩为元古界板溪群五强溪组第一段（Ptbnw1）板岩，具体特征如下：

（1）第四系全新统残坡积（Q4el+dl）。3～13粉质黏土：土呈黄褐色，可塑，板岩角砾约为10%，粒径一般为5～25 mm，干强度中等，韧性中等，揭露层厚为1.5～

2.5 m，承载力基本容许值180 kPa，摩阻力标准值50 kPa。

（2）元古界板溪群五强溪组第一段（Ptbnw1）。10～23中风化板岩：岩石呈青灰色，变余砂质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，裂隙面见铁质浸染，岩芯较完整，多呈柱状，节长一般5～20 cm，少量岩芯因机械破碎多呈块状，块径50～70 mm，TCR约80%，未揭穿，承载力基本容许值1 200 kPa，摩阻力标准值120 kPa[3]。

2.2 水文地质条件

场区位于山间冲沟谷地，土体呈松散状，地表水贫乏，仅在雨季可见少量地表径流，地下水仅来源于上部土层孔隙潜水和深部基岩裂隙水，含水量较贫乏，其主要补给来源于大气降水的入渗。该次勘察未深揭至该层地下水。

2.3 场地稳定性、适宜性分析

据区域地质资料，场区地质环境相对较稳定，未发现活动性深大断裂。

项目区在历史上地震强度较小，区内及周围未发生过最大烈度（大于5度）的地震[4]。

据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2015），所在地区地震动峰值加速度为0.05 g，特征频率周期0.35 s。对应地震基本烈度Ⅵ度区。

通过对场区内地层钻探和现场工程地质调查，地层连续分布，未见地震作用下的可液化地层，场地土属硬土，场地类别为Ⅱ类，总体处于建筑抗震有利地段。依据《公路工程抗震规范》（JTG B02—2013）相关条款的规定，对于该路堤工程可采用简易抗震设防措施。

2.4 地基岩土分层物理力学性质参数

根据该地区的工程经验，现场鉴别钻探岩芯，结合原位测试、室内岩土试验确定该场区主要岩（土）层的物理力学性质参数建议值如表1。

2.5 地基与基础

场地内地表上覆第四系全新统残坡积可塑粉质黏土分布较广，其承载力基本容许值较低，工程地质性能一般，分布较稳定，揭露层厚1.5～2.5 m，夯实后可作为拟建路段路堤基底和小构造物扩大基础持力层。

场地内下伏的中风化板岩分布连续，工程性能较好，其承载力基本容许值建议取2 000 kPa，可作为地基基础持力层。

3 改性加筋土路堤边坡稳定性验算

该高填路堤位于陡坡路段，为确保路基安全，依据该路段地质条件，结合路基填料及地面横坡等情况，通过稳定性验算进行综合设计和动态设计，合理拟定处治方案[5]。

根据现行公路路基设计规范，该段路堤边坡坡率为1∶1，可不进行抗倾覆稳定性验算。采用不平衡推力法对改性加筋土路堤边坡抗滑稳定性进行验算。通过对陡坡路堤边坡填土与自然边坡原状土间进行反分析，求取正常工况条件和湿化滑坡况条件下接触带的抗剪强度参数，从而进行稳定性验算。

（1）正常工况条件下，陡坡路堤边坡填土与自然边坡原状土间抗剪强度反分析陡坡路堤稳定性分析的难点在于如何确定路堤边坡填土与自然边坡原状土间抗剪强度。该次采用最不利设计原则，假定当路堤按8 m一级放台阶2 m，坡率为1∶1.5时，正常工况下，稳定性系数为1.1以上，通过反分析方法求取路堤填土与原状土边坡坡面接触带的抗剪强度参数。反算结果表明：正常工况下，路堤边坡填土与自然边坡原状土间抗剪强度c值可取为21 kPa，φ值可取为19°。

（2）湿化滑坡破坏状态下，为得到最不利状态下陡坡路堤邊坡填土与自然边坡原状土间的抗剪强度，假定路堤一级按8 m设置，放台阶2 m，坡率为1∶1.5时，降雨湿化，造成路堤沿填土与自然边坡原状土间快速滑移变形，不考虑地震和地下水的影响，稳定性系数达到0.5以下，进行反分析。反算结果表明：湿化滑坡破坏状态下，陡坡路堤边坡填土与自然边坡原状土间抗剪强度c值可取为10 kPa，φ可取为8°。

（3）改性加筋土路堤边坡整体稳定性验算。取正常工况条件下，反算得到的路堤填土与自然边坡原状土间的强度为设计改性加筋土路堤边坡沿填土与自然边坡原状土间的抗剪强度，取改性加筋土加筋引起的强度增长计算为黏聚力，取改性土提高的抗剪强度为安全储备。以某断面为分析断面，计算模型如图2所示。

采用不平衡推力法对改性加筋土路堤典型断面整体稳定性的验算结果为：

（1）正常工况，累计下滑力为292.49 kN/m，累计抗滑力为1 536.76 kN/m，改性加筋土路堤整体稳定性安全系数为5.25，规范要求安全系数为1.25，满足设计要求。

（2）濕化滑坡工况，累计下滑力为437.75 kN/m，累计抗滑力为1 185.06 kN/m，改性加筋土路堤整体稳定性安全系数为2.71，规范要求安全系数为1.25，满足设计要求[6]。

4 处治方案比选

4.1 方案比选

该次处治方案初步确定采用加筋改良土护坡、抗滑挡土墙、加筋改良土护坡与抗滑挡土墙结合三种处理方案，并对三种处理方案从安全、经济的角度进行对比论证[7]。

4.1.1 方案（一）加筋改良土护坡

该类型护坡工程造价低，现场适应变形能力较强，施工难度较大，施工工艺要求高;加筋土内部稳定性及变形较难控制，安全度较低。

4.1.2 方案（二）抗滑挡土墙

挡墙内部稳定性较好，安全度较高;现场施工难度小，工期短;采用片石混凝土砌筑，工程造价较高，地基承载力要求高，抵御变形能力较差，易造成损坏。

4.1.3 方案（三）加筋改良土+抗滑挡土墙

上部采用改性土和碎石土加土工格栅，下部采用片石混凝土砌筑，工程造价适中。下部设置抗滑挡土墙，加固坡脚，上部设置加筋土挡土墙保证路堤边坡稳定，安全度较高。

通过对三种方案优缺点对比论证可知：

方案（一）为柔性护坡方案，适应变形能力较强，但抵御下滑力的支挡力不足。

方案（二）可根据下滑力大小合理设计抗滑挡土墙，但受限于挡土墙高度、地基承载力要求等，抵御变形能力较差，易造成损坏。

方案（三）通过将方案（一）、方案（二）进行组合设计，充分利用二者的优势，采用就地取材、方便施工、加快进度、易于控制质量的原则。

通过对比论证，确定推荐方案为加筋改良土护坡与抗滑挡土墙结合方案。

4.2 推荐方案说明

根据路基稳定性分析结果，此次推荐方案稳定安全系数为1.313，满足规范要求，为保证路基稳定，采取以下边坡加固防护措施。

4.2.1 地基处理

填筑在陡坡上的路基应重视对地基的处理，当地表覆盖土层厚度小于2.5 m时，必须清除表层覆盖土层，在基岩开挖宽度不小于2 m的反向台阶，并酌情铺设土工格栅，地下水及地表水丰富的路段设置渗水盲沟排除路基水。

4.2.2 边坡坡率及边坡加固

高陡路堤分级进行填筑，第一级填筑高度为8 m，坡率为1∶1.5，采用一般路基填料进行填筑;第二级填筑高度为10 m，坡率为1∶1.0，采用加筋改良土护坡;第三级采用抗滑挡土墙支挡结构，每级边坡之间设置2 m宽平台。

4.2.3 路基填料要求

填方路基应分层铺筑，均匀压实，填料应采自指定的料场，并经试验确认满足表2所列填料规格、最小强度等要求。

4.2.4 排水设计

（1）在该高填路段左侧设置填平区，填平区应做好截、排水处理，应将填平区上方冲沟内汇水提前拦截并引入路侧边沟内。

（2）在地形最低点处设置一道1.5 m×1.5 m横向盲沟，与0.8 m×1.1 m纵向渗沟相连，加筋改良土顶面设置间距为2 m的横向渗沟，将下渗到路基内的地表水及地下水排除到路基范围以外，路基坡脚设置排水沟[8]。

4.2.5 加筋改良土护坡

陡坡路堤存在3个主要问题是：

（1）填土与原坡土体交界面存在抗剪强度不足，已形成滑移变形开裂。

（2）填土与原坡土体交界面存在湿化变形，引起路基沉降开裂变形。

（3）陡坡路堤边坡稳定性安全系数不足导致路肩边坡开裂变形破坏。

针对上述问题，采用防护、支护与抗滑相结合，防排水与加固相结合的设计原则，实现边坡坡面防水及边坡加固作用，解决路肩边坡开裂变形破坏问题;在路堤下部采用改性加筋土层及改性土加筋土墙形成改性加筋土防湿排水抗滑垫来提高填土与原坡土体交界面底部的抗剪强度和抗湿化能力，解决陡坡路堤滑移变形与湿化变形问题。

4.2.6 抗滑挡土墙

（1）挡土墙一般为稳定陡坡地段路堤，或为避免边坡侵占临近的道路、建筑物等。陡坡路段采用衡重式挡土墙，地形平坦时设置仰斜式挡土墙。一般宜设置路肩挡土墙，受地形限制无法设置路肩墙时可采用路堤挡土墙。

（2）挡土墙高度依据路堤高度、地形、地质、土石方平衡等因素综合确定。路肩挡土墙高度一般不超过10 m，最大高度不高于12 m;路堤挡土墙最大高度应小于10 m，支挡高度超过12 m的填方路段，原则上采用桩板式挡土墙，并应进行稳定性计算。

5 施工注意事项

（1）为了保障路堤整体稳定性，高陡路基施工全过程应进行水平位移和竖向位移观测，以获取路堤填筑过程中或以后的地基变形动态。

（2）路堤填筑每层均应观测，具体频率依据沉降、稳定的变形速率;当层间填筑间隔超过3天时，每3天不少于一次;路堤填筑完成至预压期结束期间，每半月或一个月不少于一次。

（3）具体的监测断面、项目和频率参见相应设计文件。

6 结束语

通过工程实例的成功应用，可知在高填方路段，采用加筋改良土抗滑挡土墙不失为一种经济省时的好方法，不仅能就地取材、方便施工、加快进度，还具有良好的经济效益，在设计、施工方面也日益成熟，可在土木工程领域中广泛应用。

参考文献

[1]公路工程技术标准： JTG B01—2014[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[2]工程地质手册（第五版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2018.

[3]公路工程地质勘察规范： JTG C20—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[4]公路工程抗震规范： JTG B02—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2014.

[5]公路滑坡防治设计规范： JTG/T 3334—2018[S].北京： 人民交通出版社， 2019.

[6]公路路基设计规范： JTG D30—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[7]铁路路基支挡结构设计规范： TB 10025—2019[S]. 北京：中国铁道出版社， 2019.

[8]公路排水设计规范： JTG/T D33—2012[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.