绿色加筋格宾生态挡墙在道路工程中的应用设计分析

摘要：文章以平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段采用新型绿色加筋格宾挡墙新技术为例，介绍了绿色加筋格宾挡墙结构组成及特点，以及绿色加筋格宾挡墙专业设计软件MacStars的计算原理，解决了道路穿越基本农田混凝土挡墙实施成本高的问题，总结了绿色加筋格宾挡墙在道路工程中应用的综合优势，可为类似工程提供借鉴。

关键词：MacStars；基本农田区；绿色加筋格宾；生态挡墙

U417.1+15A150472

0 引言

实现绿色道路建设，是道路行业新的发展理念，是推动“四大交通”发展的生动实践和有力抓手。在平南至武宣高速公路项目设计过程中，立足绿色公路基本特征，坚持生态优先，严守“三条控制线”，着眼于统筹资源利用，深入保护资源，降低能源消耗，基于浆砌石挡墙、混凝土挡墙施工人力成本高、景观性差、原材料碳排放量高、无法融入周围生态系统、基础承载力要求高等缺点，在平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段采用新型绿色加筋格宾挡墙新技术。

1 结构单元组成

1.1 绿色加筋格宾

绿色加筋格宾挡墙是一种兼具安全支挡和生态景观功能的绿色路基防护技术。该技术可最大程度降低对传统的水泥、石料等不可再生材料的需求；采用组装式施工工艺降低人工和机械的成本，缩短施工工期；综合高效，利于环境可持续发展。其独特的整体式可植生面墙系统能够实现全墙面的植被绿化，实现减排降碳；同时通透式的面墙结构具有极佳的排水功能。大间距高强聚酯格栅加筋系统，能有效降低工程成本，改善加筋范围路基土体的物理力学性能，提高路基整体安全稳定性。

绿色加筋格宾面板均为自透水结构，排水性能更好，避免了加筋土结构由于排水不畅而导致整个结构有崩溃的风险。

绿色加筋格宾面板是一种多孔隙结构，可植生性极好，作为生态型的加筋技术，可以通过喷播，插枝的方式绿化，达到墙面全断面，拥有绝佳景观效果。结构如图1所示：

1.2 纤塑格栅

纤塑格栅的芯材是高强聚酯纤维，外加PE保护鞘套，纵横交错而成的一种特殊土工格栅，具有长期设计强度高、蠕变小、模量大（同等受力条件下变形更小）、施工损伤小、施工便捷（幅宽4.5 m）等优点。

通过与绿色加筋格宾结构结合形成复合系统（绿色加筋格宾作为面板和次筋材，纤塑格栅作为主筋材），能够减少筋材用量、降低综合造价（见图2）。

2 工程概况

平南至武宣高速公路K5+358～K6+886填方路基段位于广西梧州市，项目毗邻居民区，线路穿越基本农田，边坡最大填方高度为12.88 m，平均高度约为10 m，边坡地面线形较平缓，基础为粉质黏土，下伏全风化砂岩、强风化砂岩。土体力学参数如表1所示。

项目初步设计为自然放坡，为保护基本农田，需要采用挡墙进行收坡，在红线用地范围内，上部最大放坡高度为3 m，挡墙最大高度为9.88 m，平均高度为7 m。

采用混凝土挡墙存在如下缺点：

（1）基础为粉质黏土，承载力基本容许值为200 kPa，混凝土挡墙基础承载力要求高，基础处理费用高。

（2）项目毗邻居民区，对填方边坡生态景观要求高，混凝土挡墙复绿困难，无法融入周围环境。

（3）由于地材市场价格波动，水泥、石料等价格上涨，混凝土挡墙综合造价高。

对比分析后，最终确定采用绿色加筋格宾挡墙方案。

3 边坡方案设计

3.1 断面设计

边坡采用绿色加筋格宾挡墙+放坡方案，绿色加筋格宾挡墙最大高度为9.88 m，面墙坡比为1∶0.364，筋带长度为9 m，加筋间距为1.52 m，顶部放坡高度为3 m，坡比为1∶1.5。见图3。

3.2 筋材面板及填料选取

经过软件计算，筋材采用B型纤塑格栅，格栅纵向长期允许抗拉强度≥103 kN/m。为加强挡墙变形控制，要求格栅纵向标称伸长率lt;9%，纵向5%伸长率时的抗拉强度gt;85 kN/m。

边坡填筑均采用砂性土、砂砾、碎（砾）石等材料，粒径gt;60 mm填料含量lt;30%，其最大粒径≤150 mm，土的参数取值为：粘聚力为0 kPa，内摩擦角≥32°。如采用其细粒土等材料，应进行改良，改良土体应满足CBR值≥6%。按照施工中使用的压实机械的规格性能，施工碾压遍数和其他施工参数应通过现场试验得到，压实度应＞93%；在距离面墙1 m以内，用打夯机夯筑。

3.3 计算分析［1-3］

3.3.1 内部稳定性分析

加筋土挡墙内部稳定性分析主要由两个方面组成：（1）按照规范要求，对筋材的长度和间距进行了初步判断；（2）基于加筋土挡墙实际工况，考虑筋材施工损伤、老化及蠕变的影响，对加筋体进行内部稳定性计算，并根据计算结果对筋材布置逐步进行调整，这部分内容的计算工作量大，利用MacStars软件辅助进行计算。

3.3.1.1 筋带抗拉强度的确定

第i层筋材的水平拉力Ti等于该层筋材水平土压应力与筋材拟设计间距的乘积，水平土压应力包括该深度填料填筑产生的水平土压应力、该深度车辆/人群等附加荷载产生的水平土压应力以及该深度墙顶上方填料换算成均布荷载产生的水平土压应力，即：

Ti=（r1zi+r2h+∑Δσv）Ka（int）Sv（1）

筋材的设计强度强度应满足式（2）要求。

Timax≤Ta（2）

即筋材受到的最大水平拉力不大于筋材长期设计强度。

3.3.1.2 内部整体稳定性验算

对结构内部稳定分析采用简化毕肖普法，通过MacStars软件进行计，并计算出最不利滑面安全系数。

安全系数计算值为稳定力矩与下滑力矩的比值：

K=∑M稳定/∑M下滑（3）

当滑动面位于加筋体区域内时可增强边坡的稳定性，将滑动面后筋带产生的摩阻力、滑动面前筋带所产生的摩阻力和筋带的设计抗拉强度三者的最小值对滑动面圆心取矩作为稳定力矩。

其安全系数计算公式见式（4）：

K=∑（cibi+Wicosαitanφi）+∑Pjcosθj∑Wisinαi（4）

由于计算过于繁琐，采用计算机通过软件进行计算。

其计算结果如图4所示。

3.3.2 整体稳定性分析

MacStars软件在进行整体稳定分析时，常用方法是简化毕肖普法和简布法，其计算原理和我国标准相吻合。毕肖普法仅适用于圆弧滑动面，简布法适用于非圆弧滑动面的土质边坡稳定分析。设计填方路基段基础及墙后填土分布较均匀，采用简化毕肖普法进行计算。

其计算结果如图5所示。

3.3.3 外部稳定性分析

挡墙的外部稳定性计算内容与混凝土挡墙稳定性验算一致，包括土压力、倾覆、滑移以及基底压应力验算，计算过程中将加筋体视为刚体。经MacStars计算绿色加筋格宾挡墙基础承载力最大要求为240 kPa。

其计算结果如图6所示。

4 结语

（1）绿色加筋格宾挡墙墙体材料为无污染的低碳排放材料，面墙可实现全断面绿化，生态景观性好，符合“低碳、绿色”新交通发展理念，使工程和环境完美的结合。

（2）绿色加筋格宾挡墙主体为填料，对基础承载力要求较低，在穿越基本农田等低承载力路段，基础无须处理或简单处理，综合造价低，经济优势明显。

（3）绿色加筋格宾挡墙作为柔性加筋土挡墙，抵抗地基不均匀沉降能力更强，适合在软土地区运用。

（4）绿色加筋格宾挡墙主体填筑施工与路基填筑施工工艺一致，道路沉降变形可控，满足规范要求。

（5）大间距高强聚酯格栅加筋系统，能有效降低工程成本，改善加筋路基范围内土体的物理力学性能，提高路基整体安全稳定性。

（6）MacStars是一款用于加筋挡土墙设计的专用计算软件，能有效地进行项目方案整体控制，在设计过程中起到很好的辅助作用。

参考文献：

［1］胡兴尧，陈昱志，许源华.加筋土在高陡路堤中应用及计算［J］.交通科技，2019（5）：32-33.

［2］黄保荣，徐仁山.浅谈加筋格宾挡墙在高填土边坡中的应用［J］.低碳世界，2017（34）：211-213.

［3］T/CHTS 10043-2021，公路柔性挡土墙设计与施工指南［S］.