加筋土挡墙%2B抗滑桩组合支护在路堤防护中的应用分析.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言山区高填方公路设计时，由于现场地形、环境及生态保护限制，施工空间极为有限，且山区道路大部分沿河流分布，道路设计标高与原地面相差较大，明显增大公路设计难度。为此，本文依托实际工程案例，研究了加筋土挡墙及抗滑桩组合支护系统，对解决山区高填方公路布线困难的问题具有重要意义。1 组合支护系统作用原理现阶段，我国关于加筋土挡墙及抗滑桩组合应用的案例较少，本文提出的组合支护系统主要应用于路堤防护施工中，通过二者有机结合，共同承受土体压力作用，增强路基整体稳定性，保证公路安全稳定运营。1.1 土压力的传递普通加筋土挡墙结构，顶部荷载、土体自重及墙后土体侧压力全部作用于挡墙结构之上，率先传至挡板，经由挡板及加筋格栅逐渐传至土工格栅，由土工格栅承担荷载作用。为有效提升组合支护系统荷载传递能力，相邻抗滑桩之间的挡板应采用整体板块，此种情形下组合系统与桩板墙结构较为相似，挡墙后背荷载直接作用于挡板之上，并分别传递至抗滑桩及土工格栅。1.2 协调工作加筋土挡墙工作原理主要包括以下两个方面：1）摩擦加筋原理。路堤填土自重形成的土压力直接作用于挡板之上，经由挡板及格栅之间的连接传递至土工格栅，土工格栅在土压力作用下出现向外运动的趋势，但由于其与周边土体之间摩擦作用，有效消除了土压力作用，保持路堤边坡稳定性。2）准黏聚力原理。天然土体受自身重力作用产生较大侧向位移，设置土工格栅后，其与土体之间的摩擦作用明显增大，有效阻止土体变形。利用加筋土挡墙及抗滑桩组合支护时，挡板将土体压力传至抗滑桩，抗滑桩承受了较大土压力，使土工格栅荷载作用显著降低；同时，由于抗滑桩为刚性体系，其刚度明显高于土工格栅及土体复合结构，有效防止加筋土变形。在二者联合作用下，设置抗滑桩能有效提升复合结构整体稳定性。2 工程概况某公路段施工空间狭小，且道路沿河布置，内侧紧靠原始道路，外侧临河，拟建道路设计标高与原路面存在较大高差，高差最大处达31 m，平均高差为25m。如果采取正常方式填筑路基，势必会侵占河道，且无法保证路基稳定性，同时，采取普通支护方式难以解决高差大的问题，因此必须结合现场实际情况实施针对性设计。本公路项目施工区域内地形以斜坡为主，坡度介于4045。地层分布上方为崩坡积（Qcol+dl4）碎石土，厚1033 m，质地疏松，部分区域存在脱空现象，下部主要为河流冲积（Qal4）砾石层，厚914 m，致密坚收稿日期：2023-05-11作者简介：宋开利（1984），男，贵州贵阳人，从事道路桥梁设计工作。加筋土挡墙+抗滑桩组合支护在路堤防护中的应用分析宋开利（贵阳市交通规划勘察设计院有限公司，贵州 贵阳 550001）摘要：高填方路基防护中采用加筋土挡墙及抗滑桩组合支护系统，能显著提升路基整体稳定性，保证公路运营安全。但实际施工中如何将二者有效融合在一起，使挡墙承担的土压力顺利传递给抗滑桩，实现挡墙与抗滑桩协调工作，共同承担土体压力作用，是路堤防护设计的难点。基于此，首先结合某公路项目高填方路基施工实践，针对加筋土挡墙及抗滑桩组合支护系统的应用展开综合探究，阐述了组合支护系统作用原理，根据高填方路堤实际情况，对加筋土挡墙及组合系统稳定性进行分析，确定了加筋土挡墙+抗滑桩组合支护设计方案，并取得了良好的应用效果，有效确保高填方路基安全稳定运行。关键词：加筋土挡墙；抗滑桩；组合支护系统；路堤防护中图分类号：U416.2文献标识码：B95总663期2023年第33期（11月 下）硬，埋置深度较大；施工区域内地下水深度较大，对路基施工影响较小。场区内地震动峰值加速度为0.101 g，相应的地震烈度为度。3 加筋土挡墙与抗滑桩组合支护系统3.1 加筋土挡墙稳定性分析本工程中，路基填筑最大高度为31 m，通过加筋土挡墙分级支护，各级高度为10 m，阶宽2 m，因上方原始公路保通要求限制，底部挡墙基础难以开挖到设计位置，造成土工格栅设置长度较短。对三级边坡加筋土挡墙稳定性进行计算分析，相关指标参数如表1所示。表1 主要计算参数材料填土层地基土容重/（kN/m3）19.1019.40黏聚力/kPa0.000.00内摩擦角/35.035.0筋土间摩擦系数0.30计算过程中，加筋土挡墙重要性系数0=1.0，荷载分项系数G=1.0，加筋土及路基之间的摩擦系数=0.4，加筋土似摩擦系数f=0.4，筋带抗拔力系数R1=1.4。土工格栅实际铺设长度下31 m高挡墙底端10层格栅相关性能指标计算数据如表2所示。表2 拉筋实际铺设长度下31 m高挡墙计算结果埋深/m28.4028.7029.0029.3029.6029.9030.2030.5030.8031.00拉筋长度/m7.107.107.107.106.406.406.106.105.405.40静态抗滑安全系数1.481.461.441.421.401.411.371.351.341.33抗倾覆安全系数3.022.952.882.822.742.712.632.572.522.51地震抗滑安全系数1.371.361.341.331.311.311.271.261.241.23抗倾覆安全系数2.812.752.712.632.562.512.452.382.342.31拉筋拉力/kN55.3255.8856.4457.0258.1158.4359.0259.5560.11拉筋抗拔安全系数34.0335.1736.3137.4538.6540.1240.3442.3243.43从表2可知，静态条件下，拉筋抗滑、抗倾覆安全系数、拉力及抗拔安全系数全部符合标准要求，仅地震条件下最底层4层土工格栅抗滑安全系数达不到标准要求。通过对加筋土挡墙力学特征分析发现，加筋土整体稳定性良好，静态条件下，外部结构仍处于稳定状态，充分表明尽管因施工空间受限，土工格栅布设长度不足，但仅对地震条件下抗滑稳定性造成一定影响。3.2 抗滑桩设计为有效提升路基边坡稳定，最大限度保证边坡使用安全，在三级挡墙外侧布置抗滑桩，其锚固点上部长度L0=11.0m，布设间距S=6.0m，截面尺寸为 1.5 m2.2 m，埋深为h=12.0 m。加筋土主要受力特征如下：桩体表面荷载为0的点距锚固点1.05 m；锚固点最大横向荷载153 kN，荷载主要位于锚固点上方4.0 m范围内，并假定横向荷载呈线性分布。通过实际运算得到锚固点横向力Q0=1260 kN，弯矩M0=1680 kNm。结合加筋土受力计算结果，对抗滑桩实施配筋验算，具体情况如下：桩体截面为1.5 m2.2 m，桩体混凝土强度等级为 C30，钢筋为 HRB335，主筋布置为2025 mm70 mm，箍筋为4010 mm300 mm。为增强挡墙与抗滑桩之间的结合效果，三级挡板采用现浇混凝土板，其技术参数如下：尺寸为长厚高=5.3 m0.4 m5.0 m，混凝土强度等级为 C30，配筋为HRB335，主筋布置为320 mm100 mm，箍筋布置为1710 mm300 mm。3.3 组合系统整体稳定性分析按照以上计算得到的加筋土及抗滑桩组合支护系统指标参数，以挡墙高度为31 m的断面为代表性断面，借助 FLAC3D3.0系统，根据有限元强度折减系数法对组合系统进行稳定性验算。重点针对地震条件下组合系统抗滑性能进行分析，得到布设抗滑桩条件下组合系统滑动面趋势线，如图1所示。图1 危险滑动面趋势线（设置抗滑桩）组合系统水平位移，如图2所示。图2 组合系统水平位移云图（设置抗滑桩）从图1、图2可知：组合支护系统危险滑动面始终控制在抗滑桩内部，充分表明设置抗滑桩有效增强结构整体稳定性。组合系统位移最大部位位于三级挡墙上方，其变形量均未超出加筋土区域，且全部未超出96交通世界TRANSPOWORLD标准值。由此可见，设置抗滑桩显著提升组合系统抗滑安全性，并有效防止组合系统变形，位移始终处于标准范围内。布设抗滑桩条件下组合系统安全系数及水平位移计算结果如表3所示。表3 设置抗滑桩时系统计算结果计算工况静态动态安全系数K1.5011.344水平位移/mm19.6023.50由表3可知：无论静态工况或动态工况下，相较于未布置抗滑桩的组合系统，布设抗滑桩后，其安全系数均得到显著提升，所产生的水平位移均有所下降。3.4 确定设计方案通过对各种支护方案的计算分析，确定采用加筋挡墙及抗滑桩组合支护设计方案。挡墙布设区域为KO+010K0+092 段，高度为 14.031.0 m，墙高低于25.0 m的路段采用二级布置，高度大于25.0 m的路段，采用三级布置，上部挡墙采用加筋土挡墙，底部挡墙采用挡墙+抗滑桩组合系统，桩体埋置深度为15.0 m。自坡顶向下一、二级边坡高度为10.0 m，最底部边坡高度结合现场实际情况确定，各级台阶布设宽度为2.0 m的平台。边坡坡度为10.1，为模块面板式坡面，挡墙高度最大为31.0 m，底部宽度为7.014.0 m。桩体截面尺寸为1.5 m2.2 m，布设间距为6.0 m，挡墙代表性断面如图3所示。单位：m图3 挡墙典型断面4 工程实施效果该公路项目自 2018 年 10 月动工，并于 2018 年 12月施工完成，截至目前已运营5年之久。通过现场实际监测发现，该路段高填方路基加筋土挡墙稳定性良好，墙体无变形、沉降、倾斜等问题，且抗滑桩未出现位移现象，支护效果显著。5 结论综上所述，本文依托实际工程案例，采取理论与数值模型相结合的方式，系统分析了高填方路基中加筋土挡墙及抗滑桩组合系统应用情况，具体结论如下：1）高填方路基支护中，采用加筋土挡墙+抗滑桩组合系统能有效增强路基整体稳定性，保证公路安全稳定运营。2）对于地形复杂、场地受限的高填方路基边坡防护设计时，采取加筋土挡墙+抗滑桩组合支护系统，可对抗滑桩断面实施优化，实现刚、柔支护系统的有效融合，全面发挥各自优势，保证边坡防护效果。3）加筋土挡墙+抗滑桩组合支护系统具有较强的经济性、可行性，可应用于山区场地受限的高填方路基的防护。参考文献：1 肖成志，李海谦，高珊，等.交通荷载下台阶式加筋土挡墙动力响应的试验研究J.岩土工程学报，2021，43（10）：1789-1797.2 岳好辉，王育宽，马梁.浅析高速公路绿色格宾加筋土挡墙施工技术J.科学技术创新，2022（13）：104-107.3 黄世斌，侯森磊，王家全，等.台阶宽度与级数对台阶式加筋土挡墙承载特性的影响分析J.公路，2022，67（12）：119-126.4 钟华湘，刘泽.抗滑桩与石笼挡墙组合防护技术C/中国土木工程学会，长沙市人民政府.中国土木工程学会2021年学术年会论文集.中国建筑工业出版社，2021：241-242.5 张思峰，张新宇，齐辉，等.抗滑桩上承压力分散型锚杆挡土墙受力及影响因素分析J.路基工程，2021（2）：39-44.6 胡洪俊.高速公路高填方路基施工技术分析J.低碳世界，2023，13（8）：154-156.7 柴承均.公路工程高填方路基施工技术要点及质量控制J.工程机械与维修，2023（3）：173-175.8 邓铭武.高填方路基施工技术要点探讨J.交通科技与管理，2023，4（16）：69-71.97