摘要：以學(xué)苑路道路工程實(shí)例，介紹了復(fù)合加筋格賓擋墻的特點(diǎn)，提出了在城市地形復(fù)雜情況下如何有序布置支擋結(jié)構(gòu)，合理利用有限空間的擋墻工程設(shè)計(jì)方案，并利用極限平衡理論，通過(guò)加筋土專業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算與分析，經(jīng)實(shí)踐證明施工與應(yīng)用效果良好，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

關(guān)鍵詞：道路和邊坡工程；加筋格賓；土工格柵；路面荷載；穩(wěn)定性分析

引言：近年來(lái)城市建設(shè)速度不斷加快，質(zhì)量不斷提高，新理念、新思想、新材料的提出與應(yīng)用越發(fā)必要，復(fù)合加筋格賓擋墻是一種近年來(lái)逐漸被廣泛應(yīng)用的新型的支擋工程，它的主要優(yōu)點(diǎn)有施工操作簡(jiǎn)單、工程造價(jià)便宜，具有較好的工程性能、綠色環(huán)保功能。目前在國(guó)內(nèi)，該類型擋墻越來(lái)越多地被應(yīng)用于市政、鐵路、公路、水利工程等建設(shè)中，尤其是在城市道路基礎(chǔ)建設(shè)中，高填方、高陡坡、高受限路基工程非常多，受到城市建設(shè)發(fā)展或者環(huán)境因素等的制約，傳統(tǒng)的路基支擋結(jié)構(gòu)已很難滿足要求，復(fù)合加筋格賓擋墻作為一種新型的支擋結(jié)構(gòu)工程能夠很好地適應(yīng)于如今的各種需求。

本文主要介紹了復(fù)合加筋格賓墻的特點(diǎn)，以臨湘市學(xué)苑路道路工程高填方邊坡的實(shí)際應(yīng)用工程為例，借助參數(shù)分析和數(shù)值模擬手段揭示土體強(qiáng)度參數(shù)、土工格柵加固方式等因素對(duì)邊坡土壓力和穩(wěn)定性的影響，對(duì)路基設(shè)計(jì)中采用復(fù)合加筋格賓擋墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算分析與應(yīng)用研究。設(shè)計(jì)成果對(duì)高填方城市道路路基邊坡的施工和支護(hù)有一定的借鑒意義。

1、設(shè)計(jì)方案

該工程為臨湘市學(xué)苑路道路工程，其中K0+300-K0+600段道路右側(cè)為填方路堤邊坡，地形高差為18m，由于項(xiàng)目位于城市中心緊鄰鐵路，占地緊張，需采用高大擋墻進(jìn)行支擋防護(hù)，設(shè)計(jì)上部路面荷載考慮20kPa。

設(shè)計(jì)采用加筋格賓路肩墻進(jìn)行支擋，擋墻面墻坡比1：0.15，擋墻底部埋深不得小于1m；加筋格賓擋墻底部需坐落在符合要求的持力層上，否則需根據(jù)實(shí)際地基土情況以及現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行地基處理。

加筋格賓頂部和底部需設(shè)置截排水措施；背部設(shè)置麥克排水墊W1061，利用排水墊“W”型全斷面排水通道快速匯集墻后水分結(jié)合碎石排水層并將其排出至墻體外。加筋格賓面墻網(wǎng)箱內(nèi)填充石料，加筋格賓擋墻面墻后需鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布反濾，施工折邊每側(cè)0.3m。（見(jiàn)圖1-1）

2、基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)

2.1、加筋格賓擋墻設(shè)計(jì)原理

路基填土在自重或外力（道路荷載等）作用下易產(chǎn)生的嚴(yán)重的變形或倒塌，若在土中沿應(yīng)變方向埋置筋材（雙絞合金屬網(wǎng)或土工合成材料），則與土與筋材產(chǎn)生摩擦，使加筋土猶如具有了某種程度的粘著性，從而改良了土的力學(xué)特性。其力學(xué)原理類

似于鋼筋混凝土。

如果通過(guò)常規(guī)三軸試驗(yàn)，則發(fā)現(xiàn)加筋材料通過(guò)摩擦作用給土體施加了一個(gè)圍壓，使得土體的抗剪強(qiáng)度提高。

2.2地質(zhì)資料

2.3荷載組合

正常使用工況，公路車輛荷載20Kpa。

3、加筋土相關(guān)的計(jì)算參數(shù)選取方法

3.1筋材長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度

3.1.1六角形雙絞合金屬網(wǎng)的長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度

六角形雙絞合金屬網(wǎng)的長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度（60年），按下式計(jì)算：

（1）根據(jù)歐標(biāo)ENl0223-3 2013第9.3節(jié)描述的測(cè)試程序，在拉伸實(shí)驗(yàn)中得到網(wǎng)面型號(hào)為8x10，網(wǎng)面鋼絲直徑為2.7mm的雙絞合網(wǎng)片極限抗拉強(qiáng)度的最小值：

（2）

其中，并不考慮鍍層和PVC外套對(duì)網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

3.1.2土工格柵長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度

格柵長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度為加筋土工程中的關(guān)鍵性因素，其長(zhǎng)期耐久折減系數(shù)可根據(jù)相關(guān)材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)獲得，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局《加筋土擋墻和邊坡設(shè)計(jì)和施工指南》，土工格柵的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)強(qiáng)度通過(guò)下式中得到：

3.2筋土相互作用系數(shù)（C_i）

3.2.1六角形雙絞合金屬網(wǎng)一土相互作用系數(shù)（C_i）

六角形雙絞合金屬網(wǎng)一土相互作用系數(shù)C_i通過(guò)抗拔試驗(yàn)確定，對(duì)于六角形雙絞合網(wǎng)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)可供遵循的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，可以參考土工格柵抗拔試驗(yàn)方法確定。根據(jù)國(guó)外的相關(guān)的研究成果，針對(duì)不同土質(zhì)條件選用相應(yīng)的相互作用系數(shù)，見(jiàn)表3。

3.2.2土工格柵-土相互作用系數(shù)（C_i）

通過(guò)試驗(yàn)，可以得到MacGfid WG系列土工格柵的筋土相互作用系數(shù)，如表4所示：

3.3土工格柵技術(shù)參數(shù)

4、穩(wěn)定驗(yàn)算方法

4.1內(nèi)部穩(wěn)定驗(yàn)算

加筋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性包括兩部分內(nèi)容：1、單根筋帶的抗拉計(jì)算，在布置筋材時(shí)先根據(jù)手算計(jì)算結(jié)果初步確定筋材的強(qiáng)度及間距；2、基于條分法計(jì)算原理并考慮筋材作用，計(jì)算每個(gè)加筋結(jié)構(gòu)塊體的內(nèi)部整體穩(wěn)定性，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化筋材布置，如筋材強(qiáng)度、間距、長(zhǎng)度等，使筋材的布置更加均衡，此部分計(jì)算量繁重，采用軟件進(jìn)行計(jì)算。

4.1.1單根筋帶抗拉的驗(yàn)算

加筋格賓第i層筋材所受到的水平拉力T_i等于該層筋材受到的水平土壓應(yīng)力（包含加筋土填料作用于深度z_i處的水平土壓應(yīng)力、車輛（或人群）附加荷載作用于深度z_i處的水平土壓應(yīng)力、加筋體頂面以上填土重力換算均布土厚所引起的深度z_i處的水平土壓應(yīng)力）與筋材間距之積，即

4.1.2內(nèi)部整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

內(nèi)部整體穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化畢肖普法，通過(guò)軟件搜索最不利滑面，這些計(jì)算滑面中近似包含了0.3H折線破裂面和朗肯破裂面。

簡(jiǎn)化畢肖普法假定滑裂面是圓弧面，考慮了土條兩側(cè)條間力的作用，滿足整體力矩及每一土條的垂直力的平衡。安全系數(shù)為抗滑力矩與下滑力矩間的比值：

加筋單元在截?cái)嗷瑒?dòng)面的區(qū)域內(nèi)可增加坡體的穩(wěn)定性，破裂面穿過(guò)筋帶時(shí)，將伸入滑弧后面的筋帶長(zhǎng)度產(chǎn)生的摩阻力、滑弧前面筋帶長(zhǎng)度所產(chǎn)生的摩阻力和筋帶的抗拉強(qiáng)度三者的小值對(duì)滑弧圓心取矩，視為穩(wěn)定力矩。

考慮加筋單元作用的安全系數(shù)如下：

在進(jìn)行內(nèi)部整體穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化畢肖普法時(shí)計(jì)算繁瑣，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行。

4.2外部穩(wěn)定性驗(yàn)算

加筋土擋土墻的外部穩(wěn)定性分析中視加筋體為剛體，其分析項(xiàng)目包括：土壓力計(jì)算、基底滑移驗(yàn)算、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、基礎(chǔ)底面地基承載力驗(yàn)算。

4.2.1土壓力計(jì)算

MacStars軟件中土壓力計(jì)算方法采用庫(kù)爾曼圖解法，庫(kù)爾曼圖解法是以庫(kù)倫理論為基礎(chǔ)的一種確定土壓力的圖解方法。它的基本原理是利用假定多個(gè)不同的破裂滑動(dòng)面，由相應(yīng)的滑動(dòng)土楔體上力的平衡條件，畫出力多邊形，以求得土壓力。主動(dòng)土壓力Ea是土楔體下滑時(shí)力多邊形中最大的Emax，被動(dòng)土壓力Ep是土楔體上推力時(shí)力多邊形中最小的Emin。

MacStars軟件計(jì)算時(shí)，其中默認(rèn)土壓力合力方向水平，此時(shí)計(jì)算出的外部穩(wěn)定性安全系數(shù)是趨于保守考慮的。

4.2.2抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

基底抗滑穩(wěn)定系數(shù)FS，按下式計(jì)算：

4.2.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K_o按下式計(jì)算：

4.2.4地基承載力驗(yàn)算

設(shè)計(jì)中MacStars軟件主要是計(jì)算出加筋土所需要的等效基底壓力σ_v。

MacStm's軟件中σ_v等效基底壓力計(jì)算時(shí)采用的梅耶霍夫分布，即當(dāng)考慮加筋體后填土土壓力影響時(shí)，用B-2e代替拉筋長(zhǎng)度B，假定在B-2e的長(zhǎng)度上豎向應(yīng)力為均勻分析，此時(shí)：

4.3整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

MacStars軟件在進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析時(shí)，一般采用簡(jiǎn)化畢肖普法和簡(jiǎn)化簡(jiǎn)布法進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算理論和我國(guó)的規(guī)范是完全一致的。Bishop法僅適用于圓弧滑動(dòng)面，但實(shí)際工程中常常會(huì)遇到非圓弧滑動(dòng)面的土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題，如土坡下面有軟弱夾層存在或者傾斜巖層面上的土坡，滑動(dòng)面形狀由于受到夾層或硬層的影響呈非圓弧的形狀，此時(shí)采用圓弧滑動(dòng)法分析就不太適用了，針對(duì)這種情況，采用Janhu折線法進(jìn)行分析。

4.4驗(yàn)算結(jié)果

4.4.1內(nèi)部穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果

塊體內(nèi)部穩(wěn)定分析安全系數(shù)如下表所示：（見(jiàn)圖4-1）

4.4.2外部穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果

4.4.3整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果

本次整體穩(wěn)定采用Bishop法進(jìn)行校核，穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果如下所示：

通過(guò)馬克菲爾公司軟件Macstars W分析，18m高加筋土擋墻加筋土內(nèi)部及外部穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。其中，正常工況下?lián)鯄ψ畲蠡讐簯?yīng)力為309kPa，擋墻底部坐落于粉質(zhì)粘土層-⑤（承載力基本允許值220kPa），地基承載力不能滿足要求，進(jìn)行換填加固處理后滿足設(shè)計(jì)要求。（見(jiàn)圖4-4、圖4-5）

5、結(jié)論

本文以臨湘市學(xué)苑路道路工程為工程背景，借助極限分析上限法和數(shù)值模擬對(duì)該路段路基邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，通過(guò)計(jì)算擋墻的主、被動(dòng)土壓力隨著單層土工格柵拉力T和安全系數(shù)Fs的變化呈現(xiàn)線性變化的規(guī)律，而隨坡角β呈非線性變化；且主動(dòng)土壓力隨著T、3-32格柵布設(shè)層數(shù)n的增大而減小，隨著坡角β、地震力系數(shù)kh、坡頂荷載q和安全系數(shù)Fs的增大而增加；而被動(dòng)土壓力隨參數(shù)變化的規(guī)律相反。數(shù)值模擬研究表明，該路段邊坡無(wú)論從內(nèi)部穩(wěn)定性方面還是整體穩(wěn)定性角度考慮，其計(jì)算安全系數(shù)均超過(guò)規(guī)范允許最小值，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)良好。

現(xiàn)工程已施工完畢，結(jié)合實(shí)際工程的應(yīng)用說(shuō)明復(fù)合加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)通過(guò)采用高強(qiáng)土工格柵和格賓單元的結(jié)合，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的安全和變形性能，工程性能優(yōu)越，施工簡(jiǎn)單，對(duì)于高陡邊坡路基具有很好的適用性，對(duì)今后市政道路工程中修建類似高陡邊坡支擋結(jié)構(gòu)具有一定的參考和借鑒價(jià)值。