王儒飞
(广东粤路勘察设计有限公司 广州市 510000)
普通国省道改建工程中，由于工程项目资金有限，这在一定程度上影响路线方案，经济性成为首要考虑因素。特别在路堤较高、周围环境复杂路段，常规的路基支挡结构难以兼顾经济合理、技术可行。基于加筋格宾挡墙自身优越性[1-4]，且在高速公路避险车道、水利工程等项目中大量采用加筋格宾挡墙[1-4]设计方案，技术较成熟、施工较简便，因此，研究了加筋格宾挡墙技术特点、设计原理、稳定性计算及设计特点，为普通国省道改建工程路基设计提供设计思路及设计方案。
1.1 项目背景
工程位于广东省梅州市的大埔县胜坑至丰埔桥段，属于国道G235线大埔胜坑至丰埔桥段改建工程，路线起点位于大埔县银江镇葛里村附近，接国道G235线(起点桩号1975+711)，路线沿旧路裁弯取直，然后在K1977+000与G235线旧路分离，由北往南，经西洋坑、合水埠、胜坑村、李子窝、山枣坪，终点至银江镇丰埔桥(丰顺交界附近，本项目设计终点K1982+840)，对接国道G235线丰埔桥至三合段改建工程。
1.2 工程项目
项目位于K1982+144～K1982+186左侧路基，长度42m，路基填土最大高度22m。该路基左侧有四栋住宅民房(2层高)，需要设置路堤挡土墙收坡，路堤挡土墙墙高需要满足H≥13m。一般的衡重式挡土墙高度难以满足，且其自身圬工体积量大、基底压力大，对于地基承载力要求高。经初步设计方案比选后，综合考虑“经济合理、安全适用、施工方便”等原则，本项目推荐采用路堤式加筋格宾挡墙结构，挡墙面墙坡比为1∶0.2，墙后竖向排水采用麦克排水垫，水平排水采用碎石排水层，基础需坐落在混凝土基础上。加筋格宾挡墙总体布置见图1。
图1 加筋格宾挡墙总体布置图
2.1 技术特点
加筋土技术已有40余年历史，广泛应用于土木工程领域，其优越性越来越明显。与常规的路堤挡土墙相比，归纳起来有如下几点：
(1)适用于地基承载力低路段。加筋格宾挡墙材料轻质，自重小，从而降低了基底应力。
(2)结构是柔性结构，能适应地基较大的不均匀变形，抗震性能优。
(3)施工简便。加筋土的面墙、筋材等构件可以预制，减少山区陡坡现场浇注施工难度。同时施工效率高、施工工期短、劳动强度低。
(4)生态性好。面墙设置孔隙，可以种植绿化植物，保护生态环境，结合一定的绿化措施(插枝)，还能实现达到快速高效的绿化效果。
(5)经济性好。可以采用浆砌石、干砌石等成本较低的石材填充格宾挡墙，山区岩石地段石材丰富，且沿河路段存在大量的鹅卵石，这与混凝土材料相比，工程造价更低廉，具有一定的经济优势。
2.2 设计原理
路基填土在一定的坡率和坡高下，其自身稳定性不足将导致填土产生较大的变形，甚至坍塌。在土中设置加筋材料，犹如混凝土中设置了抗拉钢筋，通过拉筋与土体相互摩擦、相互粘合，土体获得围压，其力学性能得到改善，从而提高抗剪强度(C、φ)。加筋土中的筋土相互作用示意图见图2。
图2 加筋土中的筋土相互作用
(1)计算位置
根据路基边坡填土高度，选取最不利断面计算，即K1982+165左侧横断面。
图3 路堤式加筋格宾挡墙断面图(单位：m)
(2)物理力学指标
根据地勘报告及工程项目经验取值，具体详见表1。
表1 材料计算参数表
(3)计算程序
采用MacStARS 加筋格宾挡墙专用计算分析软件。
(4)岩土荷载
程序自动考虑岩土荷载。
(5)地震
不考虑地震荷载的影响。
(6)六角形双绞合金属网长期允许抗拉强度
六角形双绞合金属网长期允许抗拉强度(60年)，按式(1)计算：
(1)
式中：Tc为土工格栅极限抗拉强度；
fm为与制造工艺相关的折减系数；
fd为施工损坏的折减系数；
fe为环境影响的折减系数。
根据欧洲规范，网面型号为8×10、钢丝直径d=2.7mm的网片，其极限抗拉强度的最小值TC=42kN/m。
式(1)中的折减系数，有条件时，可以通过试验确定，也可以根据表2～表4选取。
表2 折减系数fm
表3 折减系数fd
表4 折减系数fe
综上所述，金属网综合折减系数，以及长期允许抗拉强度如表5所示。
表5 综合折减系数及长期运行抗拉强度
(7)格栅长期允许抗拉强度
格栅长期允许抗拉强度，以及相关的折减系数可以通过实验确定，也可以通过式(2)确定：
RF=RFCR×RFID×RFD
(2)
其中：Tallow为长期设计强度；
Tult为极限抗拉强度；
RF为折减系数；
RFID为施工损伤的折减系数；
RFCR为蠕变折减系数；
RFD为生物化学影响折减系数。
4.1 内部稳定性计算
加筋土内部稳定性分析计算采用软件程序计算。绿色加筋格宾挡墙的第i层筋材水平拉力计算如式(3)：
Ti=[(r1zi+r2h+∑Δσv)Ka(int)]Sv
(3)
式中：∑Δσv为超载扩散至zi深度处的垂直附加应力；
h为外部荷载换算成等代均布土厚度(m)；
r1为填料重度(kN/m3)；
r2为填土重度(kN/m3)；
Sv为筋材间距(m)。
同时，筋材强度应满足式(4)条件：
Timax≤Ta
(4)
式中：Timax为筋材水平拉力(kN/m)；
Ta为允许抗拉强度(kN/m)。
块体内部稳定分析计算结果，与规范值对比如表6所示。
表6 内部稳定性分析计算结果
从表6及图4、图5软件计算结果可以得到：内部最小稳定安全系数1.460(计算值)>1.30(规范值)，内部稳定性满足规范要求。
图4 TM1内部稳定性计算
图5 TM2内部稳定性计算
4.2 外部稳定性计算
加筋土挡土墙的外部稳定性分析包括：土压力计算；
基底滑移；
倾覆稳定性；
地基承载力。
从表7、表8及图6软件计算结果可以得到：抗滑移安全稳定系数1.485(计算值)>1.30(规范值)，抗倾覆安全稳定性2.890(计算值)>1.50(规范值)，均满足规范要求。基础底面地基压应力为310kPa。
表7 外部稳定分析计算结果
表8 外部稳定分析计算结果
图6 外部稳定性计算
4.3 整体稳定性计算
采用MacStars软件计算整体稳定性。根据本工程地质条件，岩土比较均匀，采用毕肖普法计算整体稳定性。
从表9汇总图7软件计算结果可以得到：整体稳定性安全系数1.38(计算值)>1.30(规范值)，满足规范要求。
表9 整体稳定分析计算结果
5.1 细部构件设计
(1)加筋土单元规格要求：TM3×3×1×0.8ZNP，长3m、宽3m、高度1m、厚度0.8m的镀锌覆高耐磨有机涂层加筋格宾，见图7(a)。
(2)力学性能：网面标称拉伸强度42kN/m，网面标称翻边强度35kN/m。其中网面构造如图7(b)，包含边丝、端丝及网面钢丝，网面钢丝采用双绞合连接，其间距M值不小于10个连续网孔双绞合轴线距离的平均值，双绞合大样图如图7(c)，绞边连接采用钢丝绑扎，单圈与双圈钢丝间距为10cm～15cm，如图7(d)所示。
图7 整体稳定性计算
图8 镀锌覆高耐磨有机涂层加筋格宾细部构件
5.2 土工格栅设计
(1)路堤挡墙：挡墙上坡放坡坡比1∶1.5，墙高8m，挡墙面坡坡比为1∶0.2，挡墙最大高度13m。地基承载力应满足≥300kPa。
(2)土工格栅：高韧性聚酯纱线集束格栅采用高韧性、高分子模量聚酯纱线集束成股后外覆PE鞘套保护层所形成的条袋式超声波焊接土工格栅。纵向长期允许抗拉强度(20℃，4 (3)麦克排水垫：为波形纵向全断面排水通道的三维聚丙烯网垫，与两层聚丙烯长丝纺粘土工布热粘形成的三维复合排水材料。复合体排水能力：水力梯度为1时，100kPa下平面通水量1.3L/(m·s)，200kPa下平面通水量1.18L/(m·s)。聚丙烯长丝纺粘土工布厚度(2kPa)≤0.75mm，纵横向抗拉强度≥8kN/m。 (4)石料填充：可以采用片石或块石，空隙率控制在30%以下，强度等级不小于MU30，比重不小于2.5t/m3，不应采用风化石材； 以国道G235线大埔胜坑至丰埔桥段改建工程为依托，在常规挡土墙设置时受到周围环境的影响，且经济代价高、技术性难度大，加筋格宾挡墙应运而生，其优越性非常明显。计算分析了加筋格宾挡墙稳定性，计算结果均满足规范要求，并且论述了设计、施工关键性技术参数，为设计、施工提供有益参考。
加筋格宾要求石料粒径大小为100～300mm，雷诺护垫填石粒径不能太大，粒径范围为70～150mm。加筋格宾墙面30cm内应采取干砌。