加筋土挡土墙在城市道路高边坡中的应用:边坡挡土墙

　　摘 要：宜昌市发展大道改扩建工程施工过程中，在K2+490--K2+600处路基加宽需对边坡进行加固。方案设计阶段根据该路段地勘报告，结道路特点，拟定了桩基托梁挡土墙和无面板加筋土挡土墙两个设计方案，通过分析和比较，推荐采用无面板加筋土挡土墙方案，得到了业主和专家们的一致认可，项目实施后经济、社会效益显著。
　　关键词：路基边坡；稳定性；桩基托梁挡土墙；加筋土挡土墙
　　中图分类号：TU47 文献标识码：A
　　1概述
　　随着城市建设的快速发展，新建道路工程越来越多，对新建道路工程的景观、绿化、美化提出了更高的技术要求。如何寻找一种新的支护方式能将城市道路高边坡支护结构的设计与景观绿化有机的融合在一起，既能起到工程支护的目的，又能到达景观绿化的效果。
　　宜昌市发展大道作为宜昌市西陵经济园区连通南北的城市道路主干线，在其改扩建工程中，在K2+490——K2+600处原设计为桩基托梁挡土墙方案，后根据现场实际地形、地貌及地质条件，充分考虑道路的安全、经济、环保等因素，决定在路基填方高边坡改用无面板加筋土挡土墙支护形式方案。在设计过程中秉承“生态、环保、科学、经济”的理念，既满足了道路运行安全性，同时较桩基托梁挡土墙方案节省了工程投资，还达到了生态、环保、美观的效果。本文将对比两种形式的设计方案，详细介绍无面板加筋土挡土墙支护结构的设计理念、结构形式和特点、稳定性分析、景观设计等技术要点。
　　2工程慨况
　　本项目地处鄂西山地和江汉平原过渡的丘陵地带，地貌类型为侵蚀剥蚀低丘陵，丘陵山顶高程一般为120m-200m，呈浑圆状或缓坡形，沟谷开阔，高程一般为80m-140m。工程区位于发展大道右侧，场区交通方便，地形相对平坦，工程条件好。工程区覆盖层以人工填土为主，下伏基岩为白垩系下统五龙组粉、细砂岩夹泥岩。在区域构造上位于新华夏系第二沉降带的次级构造-宜昌单斜凹陷的北西端。岩层产状140-135°＜3-4°，岩体裂隙不甚发育，主要见两组：①＜72°，裂面不平，闭合，延伸长0.5m-1.0m，线密度3条/m；②174°＜79°，列面较平，闭合，延伸长0.3m-0.8m，线密度3条/m。两者切割关系为互切。综合评价，工程区未见明显的对拟建工程有明显的断裂、褶皱等构造存在，场地是稳定的。
　　3无面板加筋土挡土墙设计方案简介
　　无面板土工格栅加筋土挡土墙又称反包式或包裹式加筋土挡土墙，其形式为柔性结构。在回填路基中加入土工格栅后，可承受抗拉、抗压和抗剪作用，能显著提高回填路基的整体强度，从而确保回填路基的稳定性；通过土-筋材维持稳定，能安全的将回填路基边坡修筑的很陡，甚至直立，能承受地基的沉降变形；充分利用土-筋材的共同作用，使得挡土墙对地基承载力要求相对较低，适应性、整体性更好。而墙面是由网眼袋填土再由土工格栅反包而成，每层土工格栅是由专用连接棒连接，从墙脚到墙顶至下而上形成整体，从而提高了加筋土挡土墙的整体性和稳定性。网眼袋内填土已混合适宜当地生长的草籽、灌木籽、花籽等，经数月后生长形成绿色生态墙面。既保护了土工格栅的使用安全，又美化了挡土墙工程的环境。无面板土工格栅加筋土挡土墙是目前应用最多的一种挡土墙形式，经济、环保。该方案预算总造价为154.61万元，计划施工工期需要45天。
　　4无面板加筋土挡土墙结构特点
　　与传统重力式挡土墙相比，具有以下特点：
　　（1）属柔性结构，比传统的刚性结构挡土墙能更好的适应地基变形，在不良地基处采用尤能显示其结构上的优势。另外，据相关资料报道，无面板加筋土挡土墙这种结构比刚性挡土墙有更好的抗地震能力。
　　（2）能节省工程投资，挡土墙可以做得高且陡，能有效的节约用地和填筑用料。具有经济上的优势。
　　（3）坡面采用绿化防护，对绿化、美化环境，恢复自然生态，有着较好的环境效益。
　　（4）施工方便快捷，能有效的缩短施工工期，保证施工质量。
　　（5）设计与施工技术日渐成熟。经过近十年的发展，加筋土技术已广泛地应用于公路、铁路、机场、港口、水利、市政及生态环保工程等领域。
　　5无面板加筋土挡土墙稳定性分析
　　加筋土设计主要考虑外部稳定性分析，内部稳定性分析和整体稳定性分析。采用朗肯土压力理论计算土压力，采用极限平衡法计算内部与外部的稳定性。内部稳定性分析：土工格栅所必需的抗拉强度、最少加筋层数、最小加筋长度和连接强度以确保加筋体呈刚性状态。外部稳定性分析：该步骤将确定加筋区的几何尺寸。
　　外部失稳包括：滑移破坏、倾覆破坏、地基失稳破坏，因该加筋挡墙基础采用桩结合混凝土基础处理，则加筋挡墙不考虑地基承载力破坏形式，仅对承载力提出要求。计算中考虑加筋土整体抗滑移及抗倾覆安全系数。
　　内部稳定性分析包括：格栅断裂、格栅拨出及圆弧滑动。
　　本设计因对加筋挡墙基础又承载力要求，则可认为滑动面2，3安全系数满足设计要求，仅考虑滑动面1的安全系数，计算墙背填土与加筋挡墙部分的整体稳定性。
　　该项目取11米高度设计，参数取值如下1
　　经过计算求得加筋挡墙下部12层间距为0.3m，上部13层间距为0.6m，挡墙考虑到滑动挡墙埋深0.6m。格栅最小抗拉拨安全系数FSP=13.434，格栅强度安全系数FSS=1.570，加筋挡墙最弱滑动面安全系数FS=1.366(圆心X=-5.3 Y=22.26，半径R=22.88)。整体滑动最不利安全系数FSd=1.378(圆心X=-2.12 Y=19.08，半径R=19.33)。
　　由上述结论可知，加筋挡墙的内部稳定性、外部稳定性及整体稳定性安全系数均满足设计要求。
　　6无面板加筋土挡土墙与桩基托梁挡土墙设计方案经济技术比较
　　对于本项目而言，两个设计方案均建立在本路段地质详勘的基础上，且满足路基边坡稳定的需要，但各方案又具有自身的特点，在项目施工方案论证过程中主要从以下方面进行了比选：
　　（1）从施工难易程度比较
　　桩基托梁挡土墙方案需先进行桩基础施工，而本项目路基边坡横坡较陡，施工作业场地狭小，施工难度相对较大。
　　（2）从施工工期角度比较
　　桩基托梁挡土墙方案计划工期100天，而无面板加筋土挡土墙方案只需要45天。
　　（3）从施工风险角度比较
　　由于该路段施工作业场地受限，若采用桩基托梁挡土墙方案则需通过人工挖孔方式施工，设计最大桩长为18米，施工风险较大。
　　（4）从工程投资角度比较
　　桩基托梁挡土墙方案预算总造价为198.32万元，无面板加筋土挡土墙方案预算总造价为154.61万元，采用后者可节省投资43.71万元。
　　（5）从环境保护角度比较
　　无面板加筋土挡土墙是一种在土中加入加筋材料而形成的复合体，外观配以绿色攀爬植物或植草，避免了圬工构造物生硬且不利环保。
　　结语
　　加筋土挡土墙具有施工工艺简单、施工工期短、节约用地、环保美观及造价低等诸多优点。该技术广泛应用于公路、铁路、建筑、水利等行业中，发展应用前景极其广阔。
　　参考文献
　　[1]JTG C20-2011Z，公路工程地质勘察规范[S].
　　[2]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S]. [3]陈光花.公路高大加筋挡墙设计方案的研究[J]. 黑龙江科技信息， 2011(06).