楊永騰

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（450000）

淺談土工格柵加筋土在鄭州市鄭上路路基邊坡工程中的應(yīng)用

楊永騰

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（450000）

目前土工格柵加筋土路基邊坡在國(guó)外雖然已很普及，但是在國(guó)內(nèi)為數(shù)不多。這里以鄭州市鄭上路土工格柵加筋路基邊坡為例，簡(jiǎn)要地概述土工格柵加筋土邊坡的設(shè)計(jì)、施工及經(jīng)濟(jì)效益。

陳土工格柵；路基邊坡；設(shè)計(jì)；施工

土工格柵作為一種新型的工程材料在土木工程中的應(yīng)用是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)。與傳統(tǒng)建材相比，土工格柵具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及靈活性等方面的優(yōu)勢(shì)，尤其是其在環(huán)保、綠化美化環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)建材無(wú)法比擬的。因此，選用及推廣土工格柵及其技術(shù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段的大規(guī)模道路基礎(chǔ)建設(shè)將有著重大的意義和不可估量的作用。

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在充分研究與比選的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程的實(shí)際，在鄭州市鄭上路（云臺(tái)路東至西流湖路段）道路路基邊坡中首次結(jié)合土工格柵及其加筋土技術(shù)設(shè)計(jì)了包裹式土工格柵加筋土擋墻，取得了理想的施工效果。

1 工程概況

鄭州市鄭上路位于市區(qū)的西部，是鄭州市的主要西出市口，鄭上路現(xiàn)狀為城郊公路，路寬27m，一幅路型式，其中機(jī)動(dòng)車道寬25m，兩邊各設(shè)1m寬路肩。本次按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拓寬改造，近期規(guī)劃道路紅線寬為66m，全長(zhǎng)4 489.7m。

工程區(qū)域地處嵩山丘陵和黃河沖積區(qū)，黃土地貌，地形較復(fù)雜。若采用鋼筋混凝土擋土墻施工難度較大,且外觀較呆板,每延米擋墻造價(jià)為9 300元。最終采用目前新興的滿鋪包裹式土工格柵加筋土擋墻。加筋土擋土墻外部種植綠色植被，造型較為美觀，且施工操作簡(jiǎn)單，無(wú)需技術(shù)熟練工，并且對(duì)地基的要求相對(duì)較低，無(wú)需鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。此擋墻每延米造價(jià)為8 100元，節(jié)約造價(jià)20%，盡可能地減少占用湖面的面積,減少填方，保護(hù)和美化環(huán)境。所以，最終選擇采用包裹式土工格柵加筋路基邊坡。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 加筋土陡坡設(shè)計(jì)

陡坡工程起點(diǎn)為樁號(hào)0+650，終點(diǎn)樁號(hào)為0+ 830，擋墻全長(zhǎng)180m。

該段路基邊坡采用單向土工格柵加筋處理,設(shè)計(jì)采用土工格柵反包式結(jié)構(gòu),坡面斜度1：0.5，傾角為63°。

墻內(nèi)土工格柵長(zhǎng)度為8.5m，為防止不均勻沉降，格柵成臺(tái)階形布置，墻面采用摻拌一定肥料的土料裝入的編織麻袋或草袋按設(shè)計(jì)坡線碼放成墻體。土工格柵采用單向拉伸土工格柵，為保證加筋體的長(zhǎng)期性能，格柵原料要求采用高密度聚乙烯（HDPE），格柵碳黑含量2%，粒徑20納米以下，分散均勻。格柵共采用3種規(guī)格,由上至下分別為9層EG65R格柵，間距0.6m；9層BEG90R格柵，間距0.6m；9層EG130R格柵，間距0.5m；6層D格柵，間距0.6m。格柵抗拉強(qiáng)度分別為64.0 kN、88.0 kN/m、136.0 kN/m，設(shè)計(jì)時(shí)以蠕變極限強(qiáng)度作為控制設(shè)計(jì)主要指標(biāo)，要求蠕變極限強(qiáng)度值分別為25.5 kN/m、34.0 kN/m、49.0 kN/m。墻體內(nèi)填料采用亞黏土，內(nèi)摩擦角不小于24°,壓實(shí)度不小于93%。加筋土擋土墻兩端與路基護(hù)坡相連，擋墻端頭進(jìn)入護(hù)坡內(nèi)1m，護(hù)坡并做錐形護(hù)砌。墻基底采用雙向土工格柵換填砂礫料處理，以提高地基承載力及減少不均勻沉降，為防止湖水對(duì)底部路基邊坡的侵蝕,在邊坡底部設(shè)一高度為4m的漿砌塊石墻。

2.2 陡坡基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算加筋土陡坡?lián)鯄壮休d力要求達(dá)到275 kN/m2，基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)方案為換添1.5m厚天然砂礫墊層，由于施工單位在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，受施工技術(shù)條件所限，使得基坑下挖困難，提出修改設(shè)計(jì)。在滿足工程質(zhì)量的前提下,為了保證施工安全，本著經(jīng)濟(jì)省時(shí)的原則，經(jīng)過(guò)多方論證，最后決定將天然砂礫墊層基礎(chǔ)改為水泥粉煤灰碎石樁（CFG）處理；設(shè)計(jì)水泥粉煤灰碎石樁直徑為0.40m，采用梅花型布置，樁距1.4m，樁長(zhǎng)8m。樁施工完成后在樁頂鋪設(shè)60 cm厚的砂礫料，并加鋪一層EG2020雙向土工格柵。對(duì)于靠近坡腳的6排樁區(qū)域，經(jīng)過(guò)水泥粉煤灰碎石樁及砂礫料處理后的復(fù)合地基承載力要求不低于275 kN/m2。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：本設(shè)計(jì)采用德國(guó)規(guī)范DIBt方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再用交通部《公路加筋土工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 015-91）及中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50290-98)進(jìn)行驗(yàn)算。本方案所用設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)頤中格柵特性而定。

2）設(shè)計(jì)參數(shù)：荷載為根據(jù)地質(zhì)資料,土的內(nèi)摩擦角a取24°,基底摩阻系數(shù)f取0.30,土容重取19 kN/m。

表1 土工格柵力學(xué)參數(shù)

3）穩(wěn)定性計(jì)算：主要針對(duì)外部、內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算：

進(jìn)行外部穩(wěn)定性分析時(shí)，將加筋土體假設(shè)為重力式擋土墻，計(jì)算時(shí)必須進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、地基承載力及抗深層滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算，通過(guò)這些計(jì)算來(lái)確定加筋材料所需的長(zhǎng)度。

內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)加筋結(jié)構(gòu)體的各種可能破壞楔體進(jìn)行穩(wěn)定分析，保證每層各柵所提供的抗拉合力大于楔體滑動(dòng)破壞力。計(jì)算合力時(shí)，對(duì)于每層格柵，取格柵相應(yīng)工程設(shè)計(jì)年限許可抗拉力與格柵抗拔力兩者的小值。通過(guò)內(nèi)部穩(wěn)定分析計(jì)算確定格柵類型及分布（如垂直間距等）。

2.4 選擇加筋材料

用土工格柵修建擋土墻及橋臺(tái)時(shí)，由于土工格柵是通過(guò)格柵與填土填料之間相互咬合作用來(lái)承擔(dān)抗拉力，最終與土體有效的結(jié)合成一整體而形成加筋支擋結(jié)構(gòu)體。因此，應(yīng)根據(jù)以下幾方面來(lái)考慮選擇加筋材料：1）格柵的特征抗拉強(qiáng)度及延伸率；2）格柵的彈性模量；3）長(zhǎng)期性能，如蠕變性及抗老化特性；4）抗化學(xué)侵蝕性及抗微生物破壞性；5）與土體相互作用特性；6）格柵的幾何結(jié)構(gòu)特性，包括格柵肋條或橫擋斷面的幾何尺寸等特性。其中格柵的長(zhǎng)期蠕變強(qiáng)度是能保證工程長(zhǎng)期壽命的關(guān)鍵，尤其應(yīng)該高度重視。

3 加筋土陡坡施工工藝

3.1 施工工藝

在所打樁基之上的工作面上大型壓路機(jī)將基底壓實(shí)，鋪設(shè)第一層雙向格柵，相鄰兩格柵應(yīng)重疊50 cm，將底部格柵拉緊，并用木楔將格柵固定于槽底，填筑第一層換填砂礫，注意分層碾壓，在壓實(shí)后將基底的第一格柵反包，保證格柵石砂礫層上表面的反包長(zhǎng)度為2.0m。重復(fù)以上作業(yè)鋪設(shè)第二層格柵。雙向格柵的鋪設(shè)有利于提高整體的承載力和減小不均勻沉降，之后開(kāi)始單向格柵的鋪設(shè)工作。按設(shè)計(jì)裁剪出底層格柵，將裁剪好的格柵垂直于路床軸線鋪設(shè)。在擋墻面墻部位碼放裝滿土的草袋，在路基內(nèi)側(cè)用裝載機(jī)垂直于格柵面傾倒式填土，用推土機(jī)平整后進(jìn)行壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度為20 cm，填土前將格柵人工拉緊木楔固定，為避免格柵在施工中受損，禁止履帶機(jī)械直接壓在格柵上，保證格柵上有15 cm以上的土層厚度，推土機(jī)才能在上面行走作業(yè)。

壓實(shí)要求在距墻邊1.5m范圍內(nèi)，用小型震動(dòng)碾壓實(shí)，該范圍外按正常壓實(shí)程序施工，壓實(shí)密度均需達(dá)到95%。壓實(shí)后將預(yù)留格柵反包至上層草袋，與上層格柵用連接棒連接。將上層格柵拉緊，鋪上回填土，固定格柵后進(jìn)行上層回填土的平整壓實(shí)施工。

重復(fù)以上施工程序至頂層，在擋墻外露面點(diǎn)種草籽。

3.2 施工驗(yàn)收項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

1）基礎(chǔ)格柵(EG2020)檢查標(biāo)準(zhǔn)按表2執(zhí)行。

表2 基礎(chǔ)格柵檢查標(biāo)準(zhǔn)

2）單向格柵檢查標(biāo)準(zhǔn)按表3執(zhí)行。

表3 單向格柵檢查標(biāo)準(zhǔn)

3）旁站檢查項(xiàng)目。由于格柵擋墻施工中,有些步驟難于量計(jì)，因此設(shè)旁站進(jìn)行外觀檢查，并酌情扣分，如格柵的蹦緊程度，單、雙向格柵基礎(chǔ)的錨固程度等。

4 結(jié)論

鄭州市鄭上路土工格柵加筋土路基邊坡工程自2005年底完工至今，目前加筋結(jié)構(gòu)完好、邊坡安全穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)外觀好，結(jié)構(gòu)體沒(méi)有觀測(cè)到變形，工程各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。該工程明顯體現(xiàn)了包裹式土工格柵加筋邊坡的眾多優(yōu)點(diǎn)。

1）經(jīng)濟(jì)效益好。減少占地和節(jié)省填方量,降低整體工程投資。

2）整體性好。土工格柵加筋擋墻通過(guò)振動(dòng)碾壓使土工格柵與填筑體碾壓形成具有相當(dāng)剛性的柔性擋墻，整體穩(wěn)定及抗震性能強(qiáng)。

3）施工簡(jiǎn)單。地基處理較傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)單；土工格柵加筋擋墻施工簡(jiǎn)便，同時(shí)還可解決高填方工程路基邊緣難壓實(shí)的難題。

4）安全性高。土工格柵加筋原材料使用年限均在50年以上，且施工工藝流程簡(jiǎn)單，回填原材料比較單一，施工質(zhì)量利于控制。通過(guò)分層振動(dòng)碾壓，密實(shí)度得到保證，有效保證了邊坡工程的穩(wěn)定性。

5）環(huán)保效果好。土工格柵加筋在填筑時(shí)，外緣預(yù)埋袋裝營(yíng)養(yǎng)土，可在加筋坡面植草綠化，與周圍湖水相協(xié)調(diào)，起到美化環(huán)境的作用，同時(shí)施工時(shí)對(duì)原材料要求不高，回填材料可就地取材。

鄭州市鄭上路土工格柵加筋土路基邊坡工程為我們以后做土工格柵加筋高填方路基邊坡設(shè)計(jì)提供了許多寶貴的資料，為土工格柵加筋擋墻的施工摸索了一套解決高邊坡條件下的擋土墻施工經(jīng)驗(yàn),是我國(guó)公路路基高邊坡工程實(shí)踐的最新成果，對(duì)道路土石方高邊坡工程具有廣泛的借鑒意義，值得在今后的工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。