复合加筋格宾墙在铁路高陡边坡中的设计与应用

徐凯

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430064）



复合加筋格宾墙在铁路高陡边坡中的设计与应用

徐凯

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430064）

摘要：介绍了复合加筋格宾挡墙的特点，以某铁路高陡边坡工程为例，提出了复合加筋格宾挡墙的工程设计方案，并利用极限平衡理论，通过加筋土专业设计软件对其进行了稳定性计算与分析，经实践证明施工与应用效果良好，验证了设计方案的可行性。

关键词：复合加筋格宾墙，高陡边坡，极限平衡理论，稳定性

复合加筋格宾挡墙是一种近年来逐渐被广泛应用的新型的支挡工程，它的主要优点有施工操作简单、工程造价便宜，具有较好的工程性能、绿色环保功能。目前在国内，该类型挡墙越来越多地被应用于铁路、公路、水利、电力工程等建设中，尤其是在铁路基础建设之中的不断投入，在各地修建的铁路中，高填方、高陡坡、高受限路基工程非常多，受到城市建设发展或者环境因素等的制约，传统的路基支挡结构已很难满足要求，复合加筋格宾挡墙作为一种新型的支挡结构工程能够很好地适应于如今的各种需求。

本文主要介绍了复合加筋格宾墙的特点，以某铁路高陡边坡的实际应用工程为例，对路基设计中采用复合加筋格宾挡墙进行了设计计算分析与应用研究。

1　复合加筋格宾墙的特点

1.1结构形式

复合加筋格宾墙由加筋格宾单元和高强土工格栅组成。结构组成如图1所示。

图1　复合加筋格宾结构图（单位：m）

加筋格宾的主要筋材就是镀锌的覆塑低碳钢丝，通过双绞合形成六边形形状的钢丝网，由此筋材组成的加筋格宾结构单元包含两部分结构，即格宾面墙和拉筋钢丝网面，两者为同一网面的无节点连接，如图2所示。

图2　加筋格宾单元（单位：m）

高强度土工格栅一般具有抗拉强度高、蠕变折减系数小、拉伸应变小、抗老化性能好以及幅宽大的特点，比较适用于高大加筋土结构工程。

1.2结构特点

复合加筋格宾挡墙与一般挡墙相比，具有以下特点：

1）整体性。将格宾网箱单元牢固联结，可以做成很高的垂直边坡，使其具有结构整体性。

2）透水性。由于墙面板具有良好的孔隙特征，墙后地表水或者地下水可通过孔隙自行排水，具有较好的排水功能，不仅可以节约单独增设排水措施费用，还可以预防由于排水不通形成墙后孔隙水压力过大而造成整个结构失稳的风险。

3）耐久性。钢丝网面采用低碳钢丝为基本材料，表面经过镀锌覆塑防蚀处理后，使用寿命长，经久耐用，结构寿命可达到100年以上。

4）柔韧性。整体结构属于柔性结构，能适应地基较大的不均匀变形。

5）抗震性。加筋土结构墙体结构具有较好的柔性，结构允许的变形很大，使得其有较好的适应变形的能力。

2　工程实例

2.1工程地质条件

某铁路车站位于丘陵及丘间谷地区，谷地狭长，地面标高81 m～144 m，谷地多辟为农田，菜地。沟谷表层局部分布淤泥质粉质黏土，流塑～软塑，厚0. 5 m～2. 6 m，局部厚达4. 4 m；粉质黏土，软～可塑，厚1 m～3 m；局部谷底分布细角砾土，松散～稍密，厚0. 5 m～3. 5 m；坡表分布粉质黏土，可塑～硬塑，厚0. 5 m～2 m；河流谷底处表层分布薄层粉砂，稍密，饱和，厚0. 5 m～3. 5 m；细圆砾土，稍密，饱和，厚3 m～8 m；下伏基岩为千枚岩（Pt2），全风化，厚0. 5 m～3 m，强风化，厚1 m～30 m。千枚岩（Pt2），弱风化，局部与板岩（Pt2）及变质砂岩（Pt2）等互层。

场址区地表水较发育，发育有小水沟，线路右侧有河流。谷地地下水较发育，主要为第四系孔隙潜水和基岩风化裂隙水。地震动峰值加速度小于0. 05g，地震动反应特征周期0. 35 s。

2.2设计方案

路基设计方案采用复合加筋格宾挡墙进行支挡防护，挡墙埋深不小于1 m；第一级加筋土高8 m，采用DT网加筋，加筋间距0. 8 m，筋长7 m；第二级加筋土高8 m，主筋材采用土工格栅抗拉强度大于150 kN/m加筋，加筋间距1. 6 m，筋长13 m；第三级加筋土高8 m，主筋材采用土工格栅抗拉强度大于150 kN/m加筋，加筋间距0. 8 m，筋长15 m；第四级加筋土高8. 8 m，主筋材采用土工格栅抗拉强度大于300 kN/m加筋，加筋间距0. 8 m，筋长15 m。每级挡墙面墙退台40 cm，坡比为1∶0. 5，中间均设置4 m宽平台，平台需进行防冲刷处理；挡墙顶部和底部均需设置截排水措施，挡墙背部设置排水垫，利用排水垫排水通道快速汇集墙后，水分结合碎石排水层并将其排出至墙体外。加筋格宾网箱内填充石料，加筋格宾面墙后需铺设聚酯长纤无纺布，施工折边长度为0. 3 m。挡墙应坐落在满足地基承载力要求的基层中，否则应做相应的地基处理。设计横断面如图3所示。

图3　典型设计横断面图

2.3设计计算基本原理

路基挡土墙后的填土在自重或在外力作用下可对挡墙产生侧向土压力作用，从而容易使挡墙发生侧向的局部变形或者整体滑塌、倾倒失稳，但在加筋挡土墙结构中，由于在土中增加了拉筋材料，并与挡墙连接，在挡墙受土压力作用后，可将力传递给拉筋材料，一方面拉筋自身具有一定强度的抗拉性，另一方面拉筋在变形过程中与土体发生摩擦，使填土改善了整体的力学性能，可明显减小整个结构的变形，提高结构的强度和稳定性。加筋材料对土体施加的作用原理可用应力莫尔圆表示，如图4所示。

图4　加筋土中的筋土相互作用应力莫尔圆

2.4设计计算参数

1）工程岩土力学参数，见表1。

表1　岩土力学参数

2）加筋格宾规格参数，见表2。

表2　加筋格宾规格　m

3）格宾材料指标参数：低碳刚材强直径为2. 7 mm，抗拉度大于350 N/mm2，钢丝延伸率大于10%。网孔规格为8 mm×10 mm，网面抗拉强度大于50 kN/m，抗冲压强度大于23. 6 kN/m。

4）土工格栅材料指标：采用抗拉强度大于150 kN/m和大于300 kN/m的高强度土工格栅。

2.5计算分析

设计计算时采用加筋土设计软件Macstars进行稳定性分析。主要包括内部稳定性分析、外部稳定性分析和整体稳定性分析。

1）内部稳定性分析。内部稳定计算时根据加筋体内的两种破坏模式进行计算，主要包括筋材和土工格栅的抗拉和抗拔出强度两部分。本文主要采用极限平衡理论进行计算，计算结果如表3所示。

表3　块体内部稳定安全系数计算结果

2）外部稳定性分析。外部稳定性分析是将加筋土体看作刚体进行计算分析，主要包括滑移稳定性、倾覆稳定性以及地基承载力计算分析。外部稳定性计算结果见表4。

表4　块体外部稳定安全系数计算结果

经计算，加筋格宾基底最大压应力计算值为550 kPa。

根据现场提供岩土力学参数按GB 50007—2011建筑地基基础设计规范5. 2. 4公式计算，地基承载力修正后的值为574 kPa，经计算，最大地基压力要求550 kPa＜574 kPa，墙底坐落于强风化千枚岩层，承载力满足要求。

3）整体稳定性分析。整体稳定性分析采用简化毕肖普法，将复合加筋挡墙看作为刚体，计算基底深层滑裂面的安全稳定系数。整体稳定性计算结果见表5。

表5　整体稳定安全系数计算结果

上述内部、外部、整体稳定性计算结果均满足规范要求。

2.6施工要点

1）施工准备：首先应对结构进行填料选取，并开展结构回填土的基本试验及工艺试验，为后期施工提供施工参数和施工质量检验的对比指标。

2）组装构件：需要将加筋构件进行拆包后组装成使用前状况，其前墙面板、后墙面板、墙隔板及墙背板都应垂直摆放，然后用专门的工具对其边缘进行绞合缠绕处理，每10 cm～15 cm进行一次单圈缠—双圈锁紧间隔绞合。

3）基底处理：地基需开挖到设计要求的持力层，清除表层浮土杂物，表面平整压实，并进行验收处理。

4）构件拼装：将组装好的格宾构件按每10 cm～15 cm进行一次单圈缠—双圈锁紧间隔绞合的方法连成一个整体，并将拉筋网面铺开固定，相邻网面用刚丝绞合连接。

5）填充面墙：采用合格的块石填料对加筋格宾箱内进行填筑，要求采用人工填筑，块石填料需要有级配良好，填充率一般不小于70%。填充完毕后，应对格宾盖板与箱体用绞合方法进行闭合处理。

6）格栅铺装：在格宾墙背后铺设高强的土工格栅，并将土工格栅与加筋格宾单元牢固联接，格栅应折入土中一定宽度，以保证安放牢固。

7）路基结构土回填：结构回填土料类型、压实质量指标、施工方法均应符合铁路路基规范相关要求，回填施工过程中应避免对格宾面墙造成挤压破坏。

3　结语

本文通过对某铁路高陡边坡进行复合加筋格宾挡墙方案设计，并对设计方案进行计算分析，结合实际工程的应用说明复合加筋格宾挡墙结构通过采用高强土工格栅和格宾单元的结合，进一步提高了结构的安全和变形性能，工程性能优越，施工简单，对于高陡边坡路基具有很好的适用性，对今后铁路工程中修建类似高陡边坡支挡结构具有一定的参考和借鉴价值。

参考文献：

［1］TB 10025—2006，铁路路基支挡结构设计规范［S］.

［2］陈毅敏.复合加筋格宾挡墙的工程应用研究［J］.路基工程，2010（3）：45-50.

［3］王维，彭勇登，杜勇立，等.加筋格宾组合结构新技术工程应用研究［J］.中外公路，2009（5）：18-21.

［4］王维，黄向京.加筋格宾结构分析理论与工程应用新技术［M］.北京：人民交通出版社，2011.

On design and application of composite reinforced gabion wall in railway high and steep slopes

Xu Kai
（China Railway No. 4 Survey and Design Institute Group Co.，Ltd，Wuhan 430064，China）

Abstract：The paper introduces the features of the composite reinforced gabion wall，points out the design scheme for the composite reinforced gabion wall by taking some railway high and steep slope as the example，undertakes the stability calculation and analysis with the professional design software for the reinforced soil with the ultimate equilibrium theory，and proves by the practice that its construction and application are effective and its design scheme is feasible.

Key words：composite reinforced gabion wall，high and steep slope，ultimate equilibrium theory，stability

中图分类号：U213. 13

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0134-03

收稿日期：2016-01-16

作者简介：徐凯（1984-），男，工程师