段小健 申梦龙 方存星

中交第二航务工程局有限公司

摘 要：路基加筋挡土墙具有结构新颖、占地少、承载力强、抗震性能好、生态环保等优点，广泛应用于施工环境复杂的山区高速公路。结合湖南省靖州至黎平高速公路第三合同段项目加筋挡土墙结构的设计计算，根据现场实际施工情况分析了山区高速公路加筋挡土墙的施工技术，并总结提炼出技术质量控制关键点。

关键词：山区高速公路;加筋挡土墙;质量控制;

作者简介：段小健（1987—），男，工程师，从事高速公路土建方面工作。;

0 引言

目前，多数山区高速公路存在高填路基与深挖路堑，高填路基设计平均按照1∶1.5的坡度进行大面积的放坡施工，因此该路基只能在较宽广的地区进行施工。面对日趋严格的土地管理、地形受限问题的经济性考虑以及工程与环境协调性等综合因素，可在高填路基设置占地少、生态环保、结构新颖的加筋挡土墙。

加筋挡土墙是依靠加筋材料与土体间摩擦力平衡墙后土体压力，从而阻挡墙后土体产生向外滑动的一种由混凝土面板、土工布拉筋与土组成的复合结构体。同时，相关学者也结合工程实例对此类挡墙防护的设计计算理论和施工技术进行研究讨论。杨文娟[1]等运用莫尔-库伦理论分析了筋-土之间的相互作用，同时采用简化毕肖普法分析计算挡墙系统内部整体稳定性，得出山区公路路基采用加筋挡土墙设计安全可靠的结论。唐韬[2]等利用理论软件，结合上浦高速高填方段落设置的加筋挡土墙进行外部稳定验算和内部稳定验算，同时提出了材料蠕变、填土与面板差异沉降的控制影响。李倩[3]等基于ABAQUS建立了加筋挡土墙有限元模型，引入灰关联分析法计算各种工况下结构体系的自身振动频率，算例对挡墙墙后填料进行了参数分析。

本文依托靖黎高速K45+220—K45+380段高路堤加筋挡土墙为研究对象，对加筋挡土墙的结构设计计算、施工流程、工序的过程控制等内容进行分析。

1 工程概况

湖南省靖州至黎平（湘黔界）高速公路第三合同段项目起于靖州县平茶镇东部，终点位于湘黔界界牌，与贵州省规划高速公路相接，路线全长15.882km。路基工程中设计加筋挡土墙两处，分别位于主线桩号K45+220—K45+380、K55+540—K55+690处。其中K45+220—K45+380处平均填土高度13.8m，加筋挡土长160m，墙高13.8m，设计坡率为1∶0.05，加筋体在道路横向方向宽度为12～14m。

2 地质、水文条件

2.1 地质条件

据项目地勘显示，项目位于地形起伏变化较大的低山丘陵地貌区，地层岩性较为单一。路线所经走廊带为风化程度不一的构造剥蚀低山、丘陵地貌区，微地貌为低山丘陵间U形盆地、河谷、沟谷地貌。在临河边、基本农田多，无法自然放坡处设置加筋挡土墙。加筋挡土墙所处地层特性主要为填筑土、种植土、碎石、粉质黏土、强风化板岩上带、强风化板岩下带，清除表层覆盖土后可以硬塑粉质黏土、强风化板岩作为加筋挡土墙基础持力层。

2.2 水文条件

项目所在地属亚热带季风湿润气候区，季风气候显著，四季分明，降水多发生在6—8月，降水集中且强度大，伴有明显的季节性。地表水主要为沟中雨季面流、洪流以及常年伴有水流的四乡河。

3 结构设计计算

3.1 计算原理

目前，山区高速公路加筋挡土墙设计主要采用极限平衡法、极限状态法、数值模拟法进行受力验算及稳定性分析。该项目以简单断面极限平衡法建立模型，对加筋挡土墙开展稳定性验算。项目设计加筋材料为聚酯有纺土工布，依据强度不同分为I型、II型、III型土工布，其主要设计指标如表1所示。

表1 加筋土工布性能指标表 下载原图

3.2 设计计算

以13.8m高加筋挡土墙为例进行计算研究，在加筋体内、外部及深层进行圆弧稳定分析（毕肖普圆弧）。有纺土工布每隔0.5m设置一层，回填材料为黏土、开山石渣，回填压实系数不小于0.95。为保证与上一层有纺土工布搭接长度大于2m，每层有纺土工布均向路基外侧伸出3m，保证反包搭接长度满足要求。

(1）控制参数

在利用简单断面极限平衡法进行加筋挡土墙稳定性验算中取抗拉拔最小安全系数Fs-po为1.50，取抗滑动最小安全系数Fs-sliding为1.50；每层筋材处最大允许的偏心率比

为0.1667，复合验算和整体稳定验算时最小安全系数（静态）Fs-comp-static取1.30，最小锚固长度Le取1.0m、每层筋材的长度范围

、每层筋材最小总长度L=2.50m。

(2）地基承载力计算

由总应力控制计算地基承载力。计算中最大允许的偏心率比（土）的取值为：

，考虑极限承载力的最小安全系数（梅耶霍夫法）的取值为2.00，地基承载力系数Nc取30.14,Nγ取22.4。

(3）筋材的设计允许抗拉强度

允许抗拉强度应满足Tallow≤Tult，结构整体安全系数为Fs=Tallow/Tdesign，依据国标《土工合成材料应用技术规范》（GB/T 50209—2014）给出的计算公式：

式（1)～(2）中：Ta为允许抗拉强度（kN/m);T为加筋材料拉伸试验测得的极限抗拉强度（kN/m);RF为综合强度折减系数；RFCR为材料因蠕变影响的强度折减系数；RFiD为材料在施工过程中受损伤的强度折减系数；RFD为材料长期老化影响的强度折减系数。各项折减系数的取值参照《土工合成材料应用技术规范》（GB/T 50209—2014）和《公路土工合成材料应用技术规范》（JTG/T D32—2012）选择。

(4）加筋材料—土界面作用系数

计算依据《公路土工合成材料应用技术规范》（JTG/T D32—2012）里的规定：

式（3）中：f GS为加筋材料与土接触的阻力系数；Ψs为加筋材料接触的土内摩擦角。

(5）土体参数取值

加筋挡土墙加筋区土体容重γ取18kN/m3，内摩擦角取30°；加筋体后土体容重γ取18kN/m3，内摩擦角取30°；地基土容重γ取20.5kN/m3，内摩擦角取30°；黏聚力c取3kPa；随深度变化的侧向土压力系数为1。

(6）其他参数

加筋挡土墙高度为13.8m，陡坡角度为87.14°，承受均布荷载20kPa。

(7）计算结果

加筋挡土墙内外部及整体稳定性验算结果均满足规范要求，其计算结果见表2。

表2 加筋挡土墙验算结果 下载原图

4 施工技术

4.1 基底处理

先在基础四周设置排水沟，再开挖基底。基底开挖至设计标高以上20～30cm时，用人工开挖、凿平，凿平后开展平面高程复测、基坑承载力检验工作，若局部地基承载力不满足时可采用石渣、片石等材料进行换填碾压处理以达到设计要求后进入下一步工序施工。

4.2 基座施工

基坑开挖完成后及时进行基座施工，依据设计文件采用C30混凝土每10m一次浇筑成形。基座拆模后分层回填内侧，材料选择碎石土，不可掺杂细颗土。

4.3 加筋体铺设

(1）土工布裁剪

依据设计图将各类型的土工布裁剪，下料长度不得低于设计长度。土工布紧贴下承层，局部无扭曲、褶皱现象，确保土工布平顺后再用U形钉固定于下承层。

(2）袋装碎石码砌

加筋土转角处设置50cm厚袋装碎石，袋为塑料编织袋，规格为1m长、0.5m宽，碎石采用人工提前装置至塑料编织袋，人工拉线码砌。

(3）锚筋安装

在加筋土工布上设置纵横间距1m梅花形布置的直径为20mm的HRB400钢筋锚杆。

4.4 排水设置

(1）碎石排水层

为确保加筋挡土墙墙后原状山体排水顺畅，采用在I形有纺土工布铺设回填完成后铺设下层透水土工布、铺设30cm厚碎石、铺设上层透水土工布形成排水通道的措施。

(2）泄水管

泄水管采用直径为50mm的软式透水管，按横向间距1m、纵向间距2m交错布置，并设置4%的排水纵坡，透水管进水口采用透水无纺布包裹，穿过面板至少2cm，管身钻间距30mm、直径2mm的梅花型孔。

4.5 回填碾压

(1）上料、填平

机具不得在未覆盖填料的筋材上行驶，卸料时机具与面板距离不应小于1.5m，并不得扰动下层筋材。机械摊铺时，摊铺方向与筋材保持垂直，摊铺至距面板1.5m范围内改用人工摊铺。摊铺时设置不小于3%的横坡，并保证厚度均匀，表面平整。

(2）碾压

在装载机将砂砾料及填料垂直倾倒在铺好加筋土工布的基础上，用挖掘机或推土机平整填料，用光轮振动压路机将填料压实，先轻后重碾压，碾压作业按照筋材中部、尾部及面板的顺序开展，控制压实厚度为25cm。

(3）反包土工布

在第一层回填碾压检验合格后将预留的土工布用袋装碎石体进行反包，并用U形钉固定在回填土体上，然后进行第二层回填施工。

4.6 面板施工

加筋挡土墙面板为C30钢筋混凝土，分段分级浇筑而成，节段长10m、高1m，节段间预留2cm沉降缝。加筋挡土墙面板厚30cm，内置直径12mmⅠ级钢筋网，钢筋网绑扎在预埋锚杆上，纵横间距20cm，净保护层厚4cm，并预留PVC50泄水孔。面板钢筋应留出预留部分伸入护栏基础。

5 质量控制要点

(1）加筋土工布、反包土工布进场应覆盖防暴晒雨露，铺设反包时土工布必须顺直、紧绷。同时严格控制包裹体砌体的坡率、平整度及U形钉紧固程度，减少后续施工运营中加筋挡土墙的变形。

(2）袋装的碎石饱和抗压强度控制大于30MPa，其压碎值、软化系数等指标满足相关要求，提高袋装碎石体的抗风化能力及整体稳定性。

(3）锚筋依次做二层防锈漆、一层热沥青汁、麻筋缠紧以及一层热沥青汁的处理，减少锚杆与土工布的接触摩擦系数，避免刺损土工布，减少对土工布力学性能的影响。

(4）为提高回填材料与土工布的摩擦，增强整个加筋挡墙的受力，回填材料可选择砂性土、砂砾、碎（砾）石等材料。同时，减少回填材料中尖锐物对土工布的破坏，可在回填之前采用人工先在土工布上铺设一层约3cm厚的黏土，再使用大型机械回填、碾压，禁止履带式设备直接接触土工布。

(5）结合设计要求与现场实际填挖交接、换填、陡坡等情况设置垂直沉降缝，沉降缝内用泡沫板填充，阻止回填细料排出的同时保证水流通畅。

(6）及时浇筑混凝土面板，同时对包裹编织袋的加筋土工布外露面涂刷沥青，涂刷应饱满密实，不得遗漏。消除浇筑的面板混凝土的强碱环境对加筋土工布腐蚀的同时延长土工布的老化时间。

6 结语

靖黎高速公路第三合同段项目两处加筋挡土墙已全部施工完成，施工质量可靠。本文阐述了加筋挡土墙在山区公路建设中的设计计算、施工工艺流程及质量控制要点，为同类项目提供参考。

参考文献

[1] 杨文娟，徐慧杰，朱俊，等.山区公路加筋格宾挡墙设计研究[J].交通科技，2018(5):9-12,16.

[2] 唐韬.加筋挡土墙在上浦高速公路中的应用及相关问题探讨[J].公路与汽运，2021(3):87-89,101.

[3] 李倩，张瑞刚，凌天清.基于灰关联分析的加筋土挡墙频率敏感因子[J].科学技术与工程，2021(7):2916-2921.

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