加筋技术在高边坡中的应用

褚广辉

（中铁长江交通设计集团有限公司，重庆 401121）

0 引言

加筋边坡是高陡边坡设计的主要结构形式之一，加筋结构在土体中掺入或铺设适量的拉筋材料后，可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。将拉筋材料埋置在土体中，可以扩散土体的应力、增加土体模量、传递拉应力、限制土体侧向变形。同时还能增加土体和其他材料之间的摩阻力，提高土体及有关结构物的稳定性。加筋边坡既能够保证边坡的稳定性，同时还具有节约土地、减少回填量、生态环境友好等特点，在高山峡谷地区已成为常用的边坡工程措施。

该研究以万州新田港一期工程高边坡加筋土回填为实例，从现场试验、施工方法以及施工后的效果等方面对加筋土高边坡的施工要点及最终效果进行介绍，为以后类似工程提供经验。

1 工程概况

1.1 新田港工程概况

万州新田港，位于重庆市万州区新田镇，长江右岸，距宜昌航道里程350.5～347.3 km，距万州城区10 km，距新田水泥厂3 km。新田作业区一期工程建设5个多用途泊位，设计吞吐量625万t/a，其中集装箱45万TEU/a，件杂货175万t/a，总投资23亿元。该工程是重庆市四大铁公水联运枢纽港口（包括江津珞璜、重庆果园、涪陵龙头、万州新田）之一，也是三峡库区心腹地带最大的集装箱集散中心。

万州新田港一期工程所在区位属于典型的山区地形，地形相对高差大，高边坡的开挖、回填工程量大。在该项目平面图（见图1）布置中，码头前沿2#引桥和3#引桥之间为山谷深冲沟，码头前沿设计标高为180 m，而地面标高为135 m 左右，高差达45 m，若把本冲沟填平作为堆场，则前沿回填坡长直接超出了码头平台，不仅回填斜坡区对平台桩基有不良的冲剪作用，还会影响码头前方的港池开挖。但C段前沿距引桥边线的距离仅有70 m左右，如何在70 m 的水平距离范围内克服45 m 的高差，是该工程实施的重点和难点。

图1 一期工程前沿护岸平面布置图

1.2 工程特点和传统手段的弊端

根据传统的处理手段，一般采用坡度为1∶2 的块石回填。但随着环保力度的加大，很多地方禁止开山采石，块石的价格日益增高，若全部采用块石回填，投资成本难以控制，并且坡长会深入到前方的码头框架平台，对码头平台桩基产生不良的冲剪作用。该项目后方有大量的开山土石，若不加以合理利用，而采用外购块石进行回填，则会增加大量建设成本，违反开挖平衡的原则。

由于该项目回填边坡高度达45 m左右，已经超出了现行规范的技术要求，根据现有的规范标准无法指导设计。因此，采用试验的方法来确定设计参数，从而保证设计的合理性和工程的安全性。

2 理论研究与现场试验

2.1 理论研究介绍

采用目前的加筋土挡墙背土压力计算公式计算出的水平土压力都有一定程度的偏大，且其分布形式也与实际分布不相符［1］。离心模拟技术通过高速旋转的离心场模拟重力场，在研究重力作用占主导作用的边坡问题中具有独特的优势。根据长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室所做的加筋高陡边坡离心模型试验与数值模拟可知：①加筋边坡离心模型试验通过提高离心场模拟原型重力场，试验结果表明，离心模型试验能够揭示加筋边坡工程的变形规律和破坏形式，能够反映原型的关键影响因素，提高填料和加筋体的强度，可明显提高边坡的安全系数。②离心模型试验结果表明，边坡安全系数为1.37～1.40 时，加筋边坡的破坏模式在边坡高度的1/6～1/3 处出现应力集中，发生侧向挤出。同时，由于试验模型缩尺、材料相似性、边界条件以及测量技术等因素的影响，模型试验也存在一定的局限性，实际工程中可参考离心模型试验的成果，依据相应的设计规范，考虑一定的安全裕度［2］。

但该试验没有考虑水的作用，即没有考虑在重庆三峡库区内，水位落差对加筋边坡的影响。周世良［3］的研究表明：①土工格栅不仅可以提高加筋土体的内聚力而且可以增大其内摩擦角。②饱水格栅加筋土挡墙从内部和外部稳定性各个方面，都表现出比无水条件下更加不利的特性。这就从理论上解释了加筋土挡墙变形发展和破坏事例大多发生在洪水期或暴雨季节。③在饱水条件下墙面最大变形点位置向挡墙上部转移，即挡墙有外倾变形的趋势。对于无台阶的直立式加筋土挡墙，饱水后墙体外倾现象更加明显，因此，设置台阶有利于减少挡墙在饱水条件下的外倾变形。④台阶式挡墙的筋带拉力沿筋带长度不均匀分布，在筋带的前端出现较大值。这是因为上两阶挡墙下部为回填土，挡墙面板和后侧的填土沉降均匀、协调，而第一阶挡墙的下部为固定边界，面板和后侧的填土出现较大的沉降差。因此，在工程设计中，对基础固定的加筋土挡墙，墙顶应适当增加布筋数量，避免出现筋带在与面板连接处发生拉断破坏。

2.2 现场试验介绍

现场试验根据本工程加筋土高边坡施工图纸（典型横断面如图2 所示），结合理论研究的结果，为保证底部稳定，不产生不均匀沉降。因此，首先完成了标高150 m 以下大块石回填，再经历1 个水涨水落沉降后，在接桥台处进行了加筋边坡试验段施工。根据监理、业主批准的试验段施工方案，该试验施工段长35 m、宽28 m。试验段从2015 年8月15日开始施工，至2015年9月15日完成施工，共历时32 d。现场做试验段的主要目的有以下几个方面。

图2 土工格栅回填典型断面图

2.2.1 确定标准的填筑施工工艺。首先将符合要求的回填料运输至试验段回填区域卸料，采用165 型推土机进行摊铺整平，压实采用22 T 震动式压路机碾压，静压2 遍，振动碾压5 遍，局部边角人工辅助机械进行整平，小型电动蛙式夯机夯实，完成后测得孔隙率满足设计要求。从而确定满足不同回填料的压实度或孔隙率各自所需的碾压遍数、碾压方式、碾压速度等施工工艺。

2.2.2 通过测量碾压沉降量计算出松铺厚度。通过测量得到不同回填料松铺厚度、压实厚度，计算出各自松铺系数及控制方法，然后根据松铺系数确定每一层回填料的填筑厚度。

2.2.3 确定格栅的损伤系数。试验段每层施工完后开仓取样一组进行强度检测，根据施工前后格栅拉伸强度比值确定损伤系数。土工格栅上下各铺5 cm中粗砂保护层，可以保证土工格栅的损伤系数满足设计要求。

2.3 现场试验总结及结论

2.3.1 外观尺寸及质量控制。用水准仪控制每层填筑厚度不超过松铺厚度。在施工过程中要严格控制每层的填筑厚度，并且随时控制填筑高程，因为每层厚度对格栅作用的发挥、整体稳定性有较大的影响。因此，要确保每层厚度在规定范围内。

2.3.2 施工机械的配套作业。①试验段施工前先对基础进行整平、碾压，达到设计及规范要求的压实质量及平整度要求。②土石方填料存在二次转运和解料及和料的工序。土石方回填料为项目后方场地爆破开挖取材，由于填料粒径过大，必须运输至堆料场进行解料加工后，重新使用挖掘机装车、自卸汽车运输到施工现场。③填筑施工时用推土机进行找平，压路机进行碾压。如果含水量偏大或偏小，采取翻晒、晾干或洒水后碾压。

2.3.3 施工时必须严格按测量人员放样数据进行施工，不合格填料严禁使用；同时严格按监理程序办事，遵循相关技术规范和技术交底。

2.3.4 设计施工损伤系数。一般施工损伤系数为1.15，试验段填筑压实后，实测土工格栅的损伤（计算施工前后的土工格栅拉伸强度比值），若大于1.15 须采取设置中粗砂砂垫层等保护措施。中粗砂保护层为在格栅上下各铺设5 cm厚中粗砂。

2.3.5 自卸车上料时车速。自卸车上料时车速应不超过5 km/h；履带型施工机械不得直接在格栅上行走。

3 施工工艺

3.1 技术交底

施工前召开包括工程技术负责人、测量、试验、机械及现场施工作业人员参加的工程安全技术交底会议。会议对该试验段有关工程技术、安全等方面做出了详细的交底，对工程进度、质量控制、试验计划及可能遇到的各种问题做出了周密的部署。

3.2 测量放线

根据边坡坡比及格栅设计尺寸，按边坡桩号放出边坡基准线和格栅铺设范围线，每隔10 m 设置一根位置控制桩，铺设时拉线进行控制，保证坡面前沿线顺直。

3.3 基底碾压

第一层施工前，先进行基底整平碾压，基底平整度满足设计及规范要求，以减小施工过程中对格栅的损伤，碾压后压实度或孔隙率满足设计要求。

3.4 格栅铺设

基底处理完成后进行土工格栅的铺设，采用人工进行铺设作业，铺设时格栅卷长方向与边坡垂直，每条铺设后按设计长度剪断，相邻铺设格栅间搭接长度不小于2个肋条，铺设好后用PP带进行绑扎加固，受力方向接茬采用与格栅同种材料的连接棒进行连接固定，局部格栅起拱的位置用U形钉固定在地面或用石块压住，防止回填施工过程中发生位移。铺设时一定要将格栅拉紧，然后再固定［4］。

土工格栅的搭接一般采取塑料扎扣或尼龙绳绑扎牢固，横向搭接宽度不少于两个肋条（3 个孔格），绑扎点应按设计要求均匀布置。纵向采用同种材料的连接棒进行连接，要求用连接棒连接处必须是100%足够强度连接，格栅的强度不能在连接处有任何损失。筋材铺好后，铺设石笼，土工格栅和石笼通过镀锌覆塑低碳钢丝绑扎（点绑）连接。铺设多层土工格栅时，其上下层接缝应交替错开，错开距离为0.5 m。

在外转角处，土工格栅分别沿坡面线水平铺设。对因外转角处而产生的土工格栅未铺设到的缺口，允许最大缺口的距离为10 cm，如果超过最大缺口距离，在缺口处加铺土工格栅水平铺设。在内转角处，土工格栅铺设时会在局部区域产生重叠，此时土工格栅应分别垂直于各自的坡面线水平铺设，并且确保土工格栅张紧，必要时采取措施固定土工格栅于填土层表面，重叠的格栅宜加土隔开，尽量避免格栅大面积直接重叠。

3.5 格栅填料及碾压

经土工格栅在不同保护措施下的损伤系数推断，格栅铺设前后都必须铺设砂垫层，才能有效地保护格栅，减小格栅在施工过程中的受损系数。施工时先按填筑面积及松铺厚度计算需要的填料数量，现场定好布料框格，指挥自卸车按定好的框格进行布料，推土机进行摊铺整平，压路机碾压。施工过程中严禁履带式机械直接在格栅上行走，必须要行走的先铺设不小于20 cm的填料层。

3.6 护坡面层铺砌

回填区域按设计每隔8 m 高度设置一条宽度为2 m的马道，每完成8 m高度碾压回填后，进行人工理坡。理坡之后，进行护坡面层铺砌，护坡面层采用两层碎石垫层加一层土工布，外层为浆砌六角块。

3.7 排水盲沟实施

在三峡库区内，水位的陡升陡落对边坡的稳定性影响极大。如不及时将墙后水排出去，降低墙后水压力，则会造成墙后水压力过大而引起边坡垮塌。因此，在项目的回填过程中，分别在高程157 m和高程165 m处设置了两道排水盲沟。

4 施工后效果

该次加筋土回填施工，从2015年9月底开始全面开展工作到2016年4月完成全部的加筋土回填，自然沉降1 年之后，于2017 年10 月完成顶部的前沿挡墙施工。根据最新的监测位移记录数据，整体沉降已趋于稳定，前沿挡墙水平累积位移不超过1 cm，竖向累积位移不超过3 cm，整体控制良好。

5 结语

该项目的实施很好地检验了土工格栅加筋技术在三峡库区高水位差情况下的回填应用。从实施效果来看，其处理方法、施工工艺是科学可行的，为在库区大水位差地区处理高回填边坡提供了经验，可在今后施工中进行推广。