加筋土陡边坡施工

张少波、郭云杰

海威公司   密涿项目

摘要：土工格栅在高填方路基中的应用。

关键词：土工格栅；加筋土陡边坡；“U”型钉；反包麻袋；渐变段。

1  工程概况

1.1 地理位置

本合同段位于密云县大城子镇，属于密云水库库东果牧生态区，北京地表水源地。路线起终点桩号为K93+750～K96+865，全长3.115km。

1.2 工程地质

本合同段地处华北板块东北部，位于密怀隆起南缘，地层主要为沙厂组、大漕组、阳坡地组，变质程度较深，以各类型的片麻岩为主，并夹有麻粒岩、混合岩。从总体看，不存在特殊不良地基土层，根据地勘报告，局部挖方路段有危岩体。钻孔揭露深度（5.0m）内的地层，局部表层为杂填土①层，其下为第四纪冲洪积成因的低液限粘土CL②层、卵石③层，坡积成因的碎石④层（夹坡洪积成因的碎石④1层），基岩为中太古苇子峪组强风化辉长闪长质片麻岩（Arw）⑤层及沙厂组强风化英云闪长质片麻岩（Arw）⑥层。总体上项目区内区域地质稳定。

1.3 填料要求

本项目所做的加筋土结构适用于填土路基和土石路基。填石路基不适用。填料选用透水性较好的填料，要求综合内摩擦角Ф≮35°，填土路基优选级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作填料，填料最大粒径应小于150mm。对于土石路基，为确保加筋土结构中格栅与填料之间很好的嵌固效果，因此要求填料最大粒径不得大于150mm。粒径大于100mm的填料不得占30%以上。中硬、硬质石料的最大粒径不得大于压实层厚的2/3；石料为强风化石料或软质石料时，石料最大粒径不得大于压实层厚。碾压前大粒径石料应均匀分散在填料中，石料间孔隙应填充小粒径石料、土和石渣。填料中有尖锐棱角等有损土工格栅的部分不得大于总量的15%。

2  土工格栅的工作原理

2.1 土工格栅加固土的机理

土工格栅对土的加固机理存在于格栅与土的相互作用中，一般认为，这种相互作用可归纳为以下三种情况：

1） 格栅表面与土的磨擦作用；

2） 格栅孔眼对土的“锁定”作用；

3） 土对格栅肋条的被动阻抗作用。

上述三种作用均能充分约束土颗粒的侧向位移，从而，大大的增加了土体的自立稳定性，至于这三种作用在土体中各自发挥的程度将随格栅种类，开孔大小，土颗粒级配等因素而定。

2.2 土工格栅的力学效应

    土工格栅是通过独特的工艺过程使聚合物的长链碳氢分子沿拉伸方向重新排列一直线，因而具有较高的抗拉强度和较低的延伸率，土工格栅的抗拉强度已接近于软钢，再加之孔眼对土的锁定作用，土对栅肋的被动阻抗作用，使得土对工格栅在土中抗拔能力或格栅对土的加固效果明显高于其他加筋构件。另外，如控制土工格栅的设计应变（延伸率）在10%以下，土工格栅几乎不产生蠕变。由此可见，土工格栅作为加筋材料有比其他土工加筋产品更优良的力学性能。

2.3 土工格栅加筋土的作用

1） 提高地基承载力

2） 土体的侧向位移

3） 扩散应力，在基础底下软弱地基中换填一定厚度的砂垫层可将基底压力扩散以满足软弱地基取载力，如果将砂垫层改为土工格栅加筋砂土垫层则效果会更好。加筋砂土垫层的应力扩散角大约为70度，这比未加筋砂土垫层的应力扩散角仅为30度要大得多。

2.4 土工格栅的耐久性

制造土工格栅的原材料为聚丙烯或高密度聚乙烯，影响二者老化的主要因素是光幅照———紫外线，上海光学精密机械研究所的检测表明，在3CM厚的水泥板屏蔽下紫外线幅照强度仅为白天蔽阴处的33亿分之一，土工格栅深埋于碾压密实的填土中，紫外线幅照几乎等于零，且常固产品加入一定的防紫外线，抗老化助剂，在实验室经紫外线照射后，拉伸强度无明显变化。另外，实验资料表明，一般酸碱溶液对聚乙烯、聚丙烯均无影响，完全可以满足永久性工程需要。

3  施工准备

1） 路基用地范围内的垃圾、有机物残渣及原地面以下至少300mm内的草皮、根系和表土予以清除，并根据图纸和监理工程师要求将不含石块、垃圾及有害物质的表土进行收集，运到适当的临时堆放场地存放，用于绿化及取弃土场的复耕。路基用地范围内的腐殖土（包括清表时集中的腐殖表土）按业主和监理工程师的指示放在指定地点。

2） 施工前进行场地平整，顺着路基两侧挖好临时排水沟。

3） 施工用水、动力电源到位。

4  施工工艺

4.1 开挖台阶

由于横断面现况地面横坡较陡，必须开挖台阶。施工中采用机械配合人工的方式开挖，台阶高度1m，宽度2m，台阶有2～4%向内倾斜的横坡。

如果开挖后仍是松散的碎石土，则继续开挖至稳定的岩层。若遇到坚硬岩石无法开挖，及时通知设计部门到现场一并确定是否减短格栅长度。在半填半挖处，格栅以铺到开挖台阶的末端为准。

图 1  加筋土路基横断面台阶示意图

4.2 清理现场

清除地表的杂物，按设计基底标高开挖并平整基底，用压路机进行地表压实。在原状坡体上根据图纸的要求开挖出需要铺设格栅的平面，碾压密实。

碾压时表面先静压一遍，再振动碾压2遍后检查一次，若不合格，再增压一遍振动碾压再检查，依次类推，直至至压实度达到达到90%。

4.3 铺设排水层

边坡底部设置300mm厚级配碎石排水层，设置高度以高出边坡外地面位准，长度等于此高度处的格栅长度相等。

4.4 铺放土工格栅

图 2 土工格栅反包麻袋示意图

加筋土陡边坡均采用土工格栅反包麻袋的形式坡面。土工格栅采用整体性好的HDPE塑料拉伸的单向格栅。坡面做成小台阶状，为跟加筋土挡墙（挡块高度为19cm）相接，确保格栅在同一标高上，因此台阶高为38厘米，宽度为19（15.2）厘米。麻袋内装耕植土，以利于后期植被的生长。

1）按要求剪裁出底层加筋格栅，按规定位置铺设，并在墙面外预留出格栅反包所需的长度。格栅强度大的方向要垂直坡面，各层格栅保持水平且相互平行铺设。

2）铺塑料土工格栅时，顺路线方向无需搭接宽度，但相邻格栅要紧靠；将格栅拉紧，一次张拉长度为5-6m（当格栅铺设长度小于9米时可以一次张拉），用“U”型钉将格栅固定，每幅格栅两米一排，每排两个，位置为幅宽的三分点处，防止填土时位移。

     图 3 土工格栅平铺实照                图 4 “U”型钉固定土工格栅实照

4.5 在格栅上铺土压实

1）在底层格栅上、土袋后填铺一定量的土，格栅另一自由端以张拉梁拽紧格栅，并压上填土。

2）在隔栅上按规定层厚铺土，铺设时下层填料平整密室，不得于硬质尖锐棱角的粒料直接接触。 

3）在土袋后分层填土，碾压至下层主加筋层。

4）为保证填土通过倾倒的方式摊铺在土工格栅上，填料时采用挖掘机来施工。为避免格栅在施工过程中受到损伤，机械履带与格栅之间要保持不小于15cm厚的填土层。在临近结构物1m的范围内，用总质量不大于2T的压路机进行静压，压实度要求在坡面后1m范围内不小于90%。麻袋表面也要碾压。填土过程中要防止格栅移动，填料选用级配良好的碎石类作填料，填料最大粒径不大于150mm。

将反包格栅反包住土袋，并将它铺放在填土上。并用一些木模将反包后的坡面固定，从而保证坡面的平顺。

4.6 格栅张拉

剪裁并按要求定位铺放上层加筋格栅。用设计要求的土工连接棒将这层主加筋格栅与反包格栅连接在一起。用通过格栅网孔而钩住格栅的张拉梁对主加筋格栅施工张拉力，绷紧格栅之间的连接并使在其之下的结构面上的反包格栅绷紧。在保持张拉格栅的同时，在格栅上填铺一层填土，以保证张拉设备移去后格栅不会回缩。张拉完成后，释放张拉力并移去张拉梁。

4.7重复以上步骤直至完成符合设计要求的全部填土施工。

   施工时最顶层土工格栅要预留足够长并埋在填土面下， 保证填土可以提供足够的约束力以永久性的锚固格栅。

图 5 土工格栅铺筑成型后实照

4.8坡面和坡体排水

加筋陡坡的设计和施工是建立在坡面、坡体良好的排水保证基础之上的，因此施工时应根据实地情况采用合理措施确保水能及时顺利排出，以防积水危及路堤稳定。

4.9相邻段落连接

陡坡路堤与相邻段落路堤之间边坡坡率不一致时，渐变段长度不小于10米，按一定渐变率平顺过渡，格栅铺设延伸入正常段2米。过渡段土工格栅的铺设如下图：

图 6 土工格栅在渐变段反包麻袋示意图

4.10坡面绿化

坡面麻袋内须装入耕植土，以便坡面植被的生长。坡面草籽可以采用插种或喷播的方式，或直接与耕植土拌合在一起，装入麻袋中。施工时，须对坡面进行养护，有利于草籽的尽快生长。施工后，也需对路段的植被作长期养护。如果边坡施工是在秋冬季节，坡面绿化尽量选在来年春天进行。

5  结论

1）格栅的张拉力度以及在填料覆盖前的紧绷力度是保证路基填筑质量的前提。

2）尽量选用透水性较好的填料，以及含有较少尖锐棱角等能够造成格栅破损的物质的填料。

3）麻袋要选取同种规格，且装土之后有利于人工搬运的。麻袋在装入耕植土后，要进行夯实。这是保证外观线形的必要步骤。

4）靠近麻袋1米的范围内要用2T的压路机或者小型夯具进行分层夯实。

参考文献：

[1] 《交通工程土工合成材料 土工格栅》 JT/T480-2002，人民交通出版社

[2] 《公路路基施工技术规范》 JTG F10—2006，人民交通出版社

作者简介：

  张少波，男，1984年4月生，学士学位，助工。

  郭云杰，男，1977年12月生，学士学位，工程师。