加筋土边坡回填土改良试验及稳定性分析

王 进

(湖北省长投城镇化投资有限公司,湖北 武汉 430060)

加筋土边坡回填土改良试验及稳定性分析

王 进

(湖北省长投城镇化投资有限公司,湖北 武汉 430060)

为解决加筋土边坡回填土压实系数不满足设计要求的问题,采用灌砂法及灌水法对三种不同回填土改良方案进行压实度检测和室内试验,确定了最优改良技术方案。通过稳定性分析计算,验证掺配40%卵石的改良方案可保证边坡稳定性。对同类地质情况下高陡填方边坡的设计有一定借鉴意义。

加筋土;陡边坡;土工格栅;压实度

在工程建设中,常因地形或工程限制,需要对较大陡坡进行特殊处理,以达到占地少、施工方便、保证安全等要求[1]。土工格栅包裹式加筋土边坡结构具有施工速度快、造价低廉、抗腐蚀性和抗老化能力强、高强度、抗蠕变性能好、低延伸率、抗震性能佳、稳定性好的优点,已广泛地应用于水利、公路、铁路、港口和建筑等部门的路堤边坡的修建、滑坡修复、采石场生态恢复等[2]。本文以永顺绿色能源1×30 MW生物质电厂加筋土陡边坡为例,通过对加筋土陡边坡回填土进行改良试验,稳定性分析计算与之结论一致,最终使回填土压实度达到了设计要求。

1 工程简介

永顺绿色能源1×30 MW生物质电厂拟建边坡位于场地东侧地形低洼处,以土质填方边坡为主,最大坡高约16 m。东南侧坡脚下为一层民房,边坡坡顶为进场道路及办公楼等重要构筑物,填方边坡坡度大、填土均匀性差、含水率大,具有膨胀性,难压实,极易产生滑坡,破坏后果严重,边坡安全等级为一级[3]。该工程多处的地理位置不能自然放坡,且地基承载力经过处理后只能达到200 kPa,经过从使用性、经济性、技术性、施工可行性及生态和谐等多方面综合考虑,采用土工格栅柔性边坡支护结构比传统方法节省造价且安全性高。设计方案见图1,完工1年后场地实景见照片1。

图1 加筋土边坡方案Fig.1 Scheme of reinforced slope

照片1 完工一年后Photo 1 Completion after one year

2 加筋土边坡稳定性分析

2.1 加筋土边坡设计原理、计算方法

本项目考虑对几种破坏模式都按照圆弧滑动面计算,采用Tensar Slope 计算程序,计算模型见图2,土工格栅设计参数见表1。采用简化的毕肖普(Bishop)法计算公式[4]:

图2 计算模型(分析方法:简化Bishop条分法)Fig.2 Calculation model

表1 土工格栅设计参数

Table 1 Design parameters of geotechnical grille

土体类型1⁃粉质粘土设计年限/100年设计温度/20℃土工格栅蠕变断裂强度/(kN·m-1)外推和生产变化施工损伤因子环境影响特征值设计强度/(kN·m-1)滑动系数PcfzfdfcPdczαzType127．111．01．21．022．590．8Type244．141．01．21．036．790．8

2.2 计算结果

2.2.1 回填土未改良前稳定性计算分析

根据场区工程勘察报告给出的岩土抗剪强度参数并结合类似工程经验参数,综合给出土体参数,荷载,及稳定性计算结果,分别见表2-表4。

表2 土体参数

表3 作用荷载

表4 计算结果

2.2.2 掺配卵石40%改良后稳定性计算分析

根据场区工程勘察报告给出的岩土抗剪强度参数并结合类似工程经验参数,综合给出掺配卵石40%土体参数(见表5),荷载(见表3),稳定性计算结果(见表6)。

表5 土体参数

通过以上两种工况可知,回填土未改良前稳定性系数为1.072,边坡处于基本稳定状态,但不满足规范要求的安全系数1.35[5]。掺配卵石40%改良后稳定性系数为1.381,大于规范要求的安全系数1.35,边坡处于稳定状态。

表6 计算结果

3 回填土改良试验

回填土为扰动过的弃土,主要成分为粉质黏土,局部含10%左右的碎卵石且极不均匀。根据勘察报告,场区弃土含水比为0.67～0.92,自然含水率22%～45%,含水比愈大,表明土愈软。弃土基本处于软塑状态。经过长时间雨水浸透,局部已趋于饱和。由于含水量明显偏高,趋于饱和的黏性土地基回填压实过程中,水分不易渗透和散发。气温较高时经过碾压,表面会形成硬壳,更阻止了水分的渗透和散发,经过机械分层碾压易形成软塑状的橡皮土,远达不到设计要求的压实系数0.94[6],无法保证回填碾压质量。

(1) 未采取任何措施情况下。现场做压实度检测试验,共取5组试验数据,压实系数分别为73.9%、91.5%、75%、74%、77%(最大干密度2.02 g/m3,含水率分别为19.5%、16.9、30.3%、20.2%、16.7%),均达不到设计要求的压实度。

(2) 采用彩条布覆盖、晾晒方案。料场随机去土样10车(每取土点1车)现场进行铺摊、晾晒、覆盖,3 d后对回填土进行压实度及含水率试验,试验方法为灌砂法，最大干密度2.02为g/cm3,最优含水率真10.2%,结果见表7。结果说明采用覆盖晾晒方案不可行。

表7 未改良前试验结果

(3) 采用3组碎石掺配回填土样,其碎石掺量(体积比)分别为30%、40%和50%。按要求铺摊碾压后对压实度采用灌砂法进行检测(见图3),然后采用灌水法复核,最终检测结果分别为0.93、0.95和0.97,均达到设计要求。其对应最大干密度分别为2.08 g/cm3、2.12 g/cm3和2.33 g/cm3。根据试验结果,最终采用掺配卵石含量40%的改良方案。

图3 掺碎石压实度检测Fig.3 Compactness detection of crushed stone

4 结论

(1) 回填土未采取任何改良措施情况下,达不到设计要求的压实度。采用彩条布覆盖、晾晒方案,不可行。采用掺配卵石含量40%的改良方案可行。

(2) 回填土未改良前稳定性系数为1.072,边坡处于基本稳定状态,但不满足规范要求的安全系数1.35。掺配卵石40%改良后稳定性系数为1.381,大于规范要求的安全系数1.35,边坡处于稳定状态。

(3) 加筋土边坡目前在国内已应用广泛。加筋土边坡造型新颖美观,属轻型坡面形式,尤其适合修建在软基上的路堤,可避免昂贵的地基处理。可就地取材,节约费用、减少占地、降低土方工程量。尤其在山区高填方区域,采用坡率法放坡就会深入山谷底,边坡高度大。采用传统的重力式挡墙、桩板墙等支挡方案无法满足要求。加筋土结构在许多地方已成为高填方工况下的首选。

(4) 本工程地处湘西山区,属绿色能源生物质电厂,采用秸秆、树枝等清洁能源发电,对景观绿化要求高。采用了土工格栅柔性支护系统设计,其中麻袋反包表面可植草绿化,与周围生态环境相协调。边坡稳定性采用简化的Bishop法对边坡进行条分法分析,搜索最不利滑动面,确保最小安全系数达到1.3。该边坡建成已近一年,通过对施工期和运行期的长期监测,位移和沉降均趋于稳定,满足相关规范要求,边坡整体处于安全稳定状态。整个坡面与周围环境已能融合为一体,达到了预期的设计效果。

[1] 莫介臻,何光春,汪承志,等.台阶式格栅加筋挡墙现场试验及数值分析[J].土木工程学报,2008,41(5):52-56.

[2] 何光春.加筋土工程设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2000:5-10.

[3] 杨正权.加筋土挡墙的稳定性分析研究[D].大连:大连理工大学,2006:15-20.

[4] 陈忠达.公路挡土墙设计[M].北京:人民交通出版社,2010:125-126.

[5] 裴大伟,何波.加筋土陡边坡在大广高速公路(北京段)的应用[J].市政技术,2010,28(4):23-24.

[6] 陈德云.永顺凯迪绿色能源开发有限公司工程岩土工程补充勘测报告[R].长沙:湖南省电力勘测设计院,2012:3-13.

(责任编辑：陈姣霞)

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Analysis of Improvement Test of Reinforced Soil Slope Backfill and Its Stability

WANG Jin

(HubeiProvinceChangjiangIndustryInvestmentGroupCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430060)

To solve compaction factor of the reinforced soil slope backfill does not meet the design requirements of the problem.Compaction test and laboratory test are carried out on three kinds of different improvement schemes of backfill by sand replacement method and irrigation method,and the best improvement scheme is determined.Through the stability analysis and calculation,the improved scheme of the mixed 40% pebble can ensure the stability of the slope.There is a certain reference for high steep embankment slope design under similar geological conditions.

reinforced soil; steep slope; geotechnical grille; compactness

2015-12-30;改回日期:2016-01-25

王进(1984-),男,工程师,岩土工程专业,从事岩土工程及地质灾害治理设计工作。E-mail:284882935@qq.com

TU413; TU43

A

1671-1211(2016)04-0618-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.016

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.006.html 数字出版日期:2016-07-07 11:35