王 進(jìn)

(湖北省長投城鎮(zhèn)化投資有限公司,湖北 武漢 430060)

加筋土邊坡回填土改良試驗(yàn)及穩(wěn)定性分析

王 進(jìn)

(湖北省長投城鎮(zhèn)化投資有限公司,湖北 武漢 430060)

為解決加筋土邊坡回填土壓實(shí)系數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求的問題,采用灌砂法及灌水法對三種不同回填土改良方案進(jìn)行壓實(shí)度檢測和室內(nèi)試驗(yàn),確定了最優(yōu)改良技術(shù)方案。通過穩(wěn)定性分析計(jì)算,驗(yàn)證摻配40%卵石的改良方案可保證邊坡穩(wěn)定性。對同類地質(zhì)情況下高陡填方邊坡的設(shè)計(jì)有一定借鑒意義。

加筋土;陡邊坡;土工格柵;壓實(shí)度

在工程建設(shè)中,常因地形或工程限制,需要對較大陡坡進(jìn)行特殊處理,以達(dá)到占地少、施工方便、保證安全等要求[1]。土工格柵包裹式加筋土邊坡結(jié)構(gòu)具有施工速度快、造價(jià)低廉、抗腐蝕性和抗老化能力強(qiáng)、高強(qiáng)度、抗蠕變性能好、低延伸率、抗震性能佳、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),已廣泛地應(yīng)用于水利、公路、鐵路、港口和建筑等部門的路堤邊坡的修建、滑坡修復(fù)、采石場生態(tài)恢復(fù)等[2]。本文以永順綠色能源1×30 MW生物質(zhì)電廠加筋土陡邊坡為例,通過對加筋土陡邊坡回填土進(jìn)行改良試驗(yàn),穩(wěn)定性分析計(jì)算與之結(jié)論一致,最終使回填土壓實(shí)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1 工程簡介

永順綠色能源1×30 MW生物質(zhì)電廠擬建邊坡位于場地東側(cè)地形低洼處,以土質(zhì)填方邊坡為主,最大坡高約16 m。東南側(cè)坡腳下為一層民房,邊坡坡頂為進(jìn)場道路及辦公樓等重要構(gòu)筑物,填方邊坡坡度大、填土均勻性差、含水率大,具有膨脹性,難壓實(shí),極易產(chǎn)生滑坡,破壞后果嚴(yán)重,邊坡安全等級為一級[3]。該工程多處的地理位置不能自然放坡,且地基承載力經(jīng)過處理后只能達(dá)到200 kPa,經(jīng)過從使用性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、施工可行性及生態(tài)和諧等多方面綜合考慮,采用土工格柵柔性邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)方法節(jié)省造價(jià)且安全性高。設(shè)計(jì)方案見圖1,完工1年后場地實(shí)景見照片1。

圖1 加筋土邊坡方案Fig.1 Scheme of reinforced slope

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

2 加筋土邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 加筋土邊坡設(shè)計(jì)原理、計(jì)算方法

本項(xiàng)目考慮對幾種破壞模式都按照圓弧滑動面計(jì)算,采用Tensar Slope 計(jì)算程序,計(jì)算模型見圖2,土工格柵設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。采用簡化的畢肖普(Bishop)法計(jì)算公式[4]:

圖2 計(jì)算模型(分析方法:簡化Bishop條分法)Fig.2 Calculation model

表1 土工格柵設(shè)計(jì)參數(shù)

Table 1 Design parameters of geotechnical grille

土體類型1?粉質(zhì)粘土設(shè)計(jì)年限/100年設(shè)計(jì)溫度/20℃土工格柵蠕變斷裂強(qiáng)度/(kN·m-1)外推和生產(chǎn)變化施工損傷因子環(huán)境影響特征值設(shè)計(jì)強(qiáng)度/(kN·m-1)滑動系數(shù)PcfzfdfcPdczαzType127．111．01．21．022．590．8Type244．141．01．21．036．790．8

2.2 計(jì)算結(jié)果

2.2.1 回填土未改良前穩(wěn)定性計(jì)算分析

根據(jù)場區(qū)工程勘察報(bào)告給出的巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù),綜合給出土體參數(shù),荷載,及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果,分別見表2-表4。

表2 土體參數(shù)

表3 作用荷載

表4 計(jì)算結(jié)果

2.2.2 摻配卵石40%改良后穩(wěn)定性計(jì)算分析

根據(jù)場區(qū)工程勘察報(bào)告給出的巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù),綜合給出摻配卵石40%土體參數(shù)(見表5),荷載(見表3),穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果(見表6)。

表5 土體參數(shù)

通過以上兩種工況可知,回填土未改良前穩(wěn)定性系數(shù)為1.072,邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但不滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35[5]。摻配卵石40%改良后穩(wěn)定性系數(shù)為1.381,大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表6 計(jì)算結(jié)果

3 回填土改良試驗(yàn)

回填土為擾動過的棄土,主要成分為粉質(zhì)黏土,局部含10%左右的碎卵石且極不均勻。根據(jù)勘察報(bào)告,場區(qū)棄土含水比為0.67～0.92,自然含水率22%～45%,含水比愈大,表明土愈軟。棄土基本處于軟塑狀態(tài)。經(jīng)過長時(shí)間雨水浸透,局部已趨于飽和。由于含水量明顯偏高,趨于飽和的黏性土地基回填壓實(shí)過程中,水分不易滲透和散發(fā)。氣溫較高時(shí)經(jīng)過碾壓,表面會形成硬殼,更阻止了水分的滲透和散發(fā),經(jīng)過機(jī)械分層碾壓易形成軟塑狀的橡皮土,遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)系數(shù)0.94[6],無法保證回填碾壓質(zhì)量。

(1) 未采取任何措施情況下。現(xiàn)場做壓實(shí)度檢測試驗(yàn),共取5組試驗(yàn)數(shù)據(jù),壓實(shí)系數(shù)分別為73.9%、91.5%、75%、74%、77%(最大干密度2.02 g/m3,含水率分別為19.5%、16.9、30.3%、20.2%、16.7%),均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。

(2) 采用彩條布覆蓋、晾曬方案。料場隨機(jī)去土樣10車(每取土點(diǎn)1車)現(xiàn)場進(jìn)行鋪攤、晾曬、覆蓋,3 d后對回填土進(jìn)行壓實(shí)度及含水率試驗(yàn),試驗(yàn)方法為灌砂法，最大干密度2.02為g/cm3,最優(yōu)含水率真10.2%,結(jié)果見表7。結(jié)果說明采用覆蓋晾曬方案不可行。

表7 未改良前試驗(yàn)結(jié)果

(3) 采用3組碎石摻配回填土樣,其碎石摻量(體積比)分別為30%、40%和50%。按要求鋪攤碾壓后對壓實(shí)度采用灌砂法進(jìn)行檢測(見圖3),然后采用灌水法復(fù)核,最終檢測結(jié)果分別為0.93、0.95和0.97,均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其對應(yīng)最大干密度分別為2.08 g/cm3、2.12 g/cm3和2.33 g/cm3。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,最終采用摻配卵石含量40%的改良方案。

圖3 摻碎石壓實(shí)度檢測Fig.3 Compactness detection of crushed stone

4 結(jié)論

(1) 回填土未采取任何改良措施情況下,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。采用彩條布覆蓋、晾曬方案,不可行。采用摻配卵石含量40%的改良方案可行。

(2) 回填土未改良前穩(wěn)定性系數(shù)為1.072,邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但不滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35。摻配卵石40%改良后穩(wěn)定性系數(shù)為1.381,大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 加筋土邊坡目前在國內(nèi)已應(yīng)用廣泛。加筋土邊坡造型新穎美觀,屬輕型坡面形式,尤其適合修建在軟基上的路堤,可避免昂貴的地基處理。可就地取材,節(jié)約費(fèi)用、減少占地、降低土方工程量。尤其在山區(qū)高填方區(qū)域,采用坡率法放坡就會深入山谷底,邊坡高度大。采用傳統(tǒng)的重力式擋墻、樁板墻等支擋方案無法滿足要求。加筋土結(jié)構(gòu)在許多地方已成為高填方工況下的首選。

(4) 本工程地處湘西山區(qū),屬綠色能源生物質(zhì)電廠,采用秸稈、樹枝等清潔能源發(fā)電,對景觀綠化要求高。采用了土工格柵柔性支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),其中麻袋反包表面可植草綠化,與周圍生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。邊坡穩(wěn)定性采用簡化的Bishop法對邊坡進(jìn)行條分法分析,搜索最不利滑動面,確保最小安全系數(shù)達(dá)到1.3。該邊坡建成已近一年,通過對施工期和運(yùn)行期的長期監(jiān)測,位移和沉降均趨于穩(wěn)定,滿足相關(guān)規(guī)范要求,邊坡整體處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。整個(gè)坡面與周圍環(huán)境已能融合為一體,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

[1] 莫介臻,何光春,汪承志,等.臺階式格柵加筋擋墻現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)值分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2008,41(5):52-56.

[2] 何光春.加筋土工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社,2000:5-10.

[3] 楊正權(quán).加筋土擋墻的穩(wěn)定性分析研究[D].大連:大連理工大學(xué),2006:15-20.

[4] 陳忠達(dá).公路擋土墻設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2010:125-126.

[5] 裴大偉,何波.加筋土陡邊坡在大廣高速公路(北京段)的應(yīng)用[J].市政技術(shù),2010,28(4):23-24.

[6] 陳德云.永順凱迪綠色能源開發(fā)有限公司工程巖土工程補(bǔ)充勘測報(bào)告[R].長沙:湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院,2012:3-13.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

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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

王進(jìn)(1984-),男,工程師,巖土工程專業(yè),從事巖土工程及地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)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

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.006.html 數(shù)字出版日期:2016-07-07 11:35