薄慧勇(中鐵十五局集團(tuán)有限公司,上海 200070)

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加筋土陡坡技術(shù)在山區(qū)高速公路中的應(yīng)用

薄慧勇
(中鐵十五局集團(tuán)有限公司,上海 200070)

【摘 要】本文從加筋土陡坡技術(shù)的應(yīng)用原因、工作機(jī)理、施工要求等方面介紹了該技術(shù)在山區(qū)公路的應(yīng)用情況。加筋土陡坡技術(shù)的應(yīng)用,不僅增加了填料的強(qiáng)度和路基的整體穩(wěn)定性,而且還可以把路基邊坡做成陡邊坡,這樣既取代了路肩墻,又減少了土石方施工數(shù)量和占地?cái)?shù)量,大大降低了工程造價(jià),符合建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會(huì)的要求。

【關(guān)鍵詞】加筋土陡坡 半填半挖 高速公路

為有效減少山區(qū)高速公路建設(shè)占地，減少環(huán)境破壞，在京承高速公路三期工程建設(shè)中采用了加筋土陡坡技術(shù)。

1 工程概況

京承高速公路三期工程第15合同段，全長(zhǎng)3.795Km，路基總長(zhǎng)2.3Km。工程設(shè)計(jì)路線絕大部分位于山區(qū)。本合同段設(shè)置加筋土陡坡路段的填方最高達(dá)25m，最矮6m以上，平均高度16.6m，設(shè)計(jì)邊坡坡度1:0.6。

2 選擇加筋土陡坡技術(shù)的原因

(1)技術(shù)方面:較好的解決了高填方路段現(xiàn)場(chǎng)不具備放坡條件且不宜設(shè)置擋土墻的路基邊坡設(shè)計(jì)難題。

(2)環(huán)保方面:采用土工格柵反包土，邊緣采用麻袋種植土進(jìn)行碼砌，減少了大量的圬工砌筑，解決了坡面綠化問題。

(3)經(jīng)濟(jì)方面:減少了大量的建設(shè)占地，減少了大量土石方數(shù)量，與其他方案相比具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

3 加筋土陡坡的工作機(jī)理

在路基填筑過程中設(shè)置土工格柵材料，使路基填料與土工格柵構(gòu)成材料復(fù)合體，由于路基填料的抗拉抗剪性能差，路基填料中加入筋材，擴(kuò)散路基內(nèi)部應(yīng)力并傳遞拉應(yīng)力，以筋材為抗拉構(gòu)件，限制其上下路基填料的傾向變形，等效于給路基填料施加了一個(gè)側(cè)壓力增量，從而加強(qiáng)了路基內(nèi)部的強(qiáng)度和整體性，提高了路基填料的抗剪強(qiáng)度，保證了路堤的穩(wěn)定性。

4 加筋土陡坡的施工

本文選取該合同段K127+280～K127+390左側(cè)半挖半填段為例，作為加筋土陡坡施工的試驗(yàn)段。該段陡坡邊坡設(shè)計(jì)坡比1:0.6，一共有3級(jí)，第一級(jí)邊坡高為5.5～7.5m，第二級(jí)坡高為8m，第三級(jí)坡高為8m，試驗(yàn)段重點(diǎn)解決如何保證加筋土陡坡的工程質(zhì)量、填料的選擇、不同填料對(duì)格柵的破壞程度以及土工格柵施工要領(lǐng)，以在全線其余加筋土陡坡段落推廣和應(yīng)用。

4.1 土工格柵的性能及質(zhì)量要求

用于抖邊坡的土工格柵，應(yīng)采用整體性能好的高密封度聚乙烯(HDPE)塑料拉伸土工格柵，其作用是承受垂直荷載和水平拉力，并與路基填料產(chǎn)生摩擦力。其具備以下性能:(1)抗拉能力強(qiáng)，延伸率小，蠕變小，不易產(chǎn)生脆性破壞；(2)與路基填料之間有足夠的摩擦力；(3)耐腐蝕和耐久性能好；(4)具有一定的柔性，加工容易，接長(zhǎng)與連接簡(jiǎn)單。

表1 土石混合料填筑后格柵的損傷情況

4.2 填料的選擇

4.2.1 弱風(fēng)化橄欖粗安巖作為填料

第15合同段內(nèi)路基開挖為大量弱風(fēng)化橄欖粗安巖，巖石堅(jiān)硬棱角多，為充分利用路基挖方材料，在土工格柵上直接填筑了路基開挖的石料進(jìn)行試驗(yàn)，施工碾壓過程中造成土工格柵的損傷過大，經(jīng)外觀檢查，損傷率不能滿足設(shè)計(jì)要求，如此可能造成加筋土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力體系失穩(wěn)，從而有可能造成陡坡坡體失穩(wěn)，試驗(yàn)失敗。

4.2.2 路基開挖的兩種材料組合作為填料

為了有效地降低土工格柵的損傷率，現(xiàn)場(chǎng)采用了土石混合料和弱風(fēng)化橄欖粗安巖作為組合填料重新進(jìn)行了填料試驗(yàn)段施工。首先將土石混合料攤鋪在鋪設(shè)好的土工格柵表面(為了保護(hù)土工格柵，第一層填料壓實(shí)厚度不小于15cm)，壓實(shí)并檢驗(yàn)合格后再用路基開挖石料(橄欖粗安巖)填筑剩余的35cm。兩層填料填筑完成后對(duì)土工格柵取樣進(jìn)行檢測(cè)，其損傷情況見表1。

現(xiàn)場(chǎng)取樣每延米拉伸屈服力試驗(yàn)結(jié)果為106KN/m。其損傷系數(shù)計(jì)算如下:

經(jīng)計(jì)算土工格柵的損傷率為7.01%，滿足設(shè)計(jì)給定小于8%的要求，試驗(yàn)確定粗粒土滿足加筋土結(jié)構(gòu)的施工要求。

4.3 麻袋尺寸的選擇及碼放

首先在麻袋內(nèi)裝入種植土，必要時(shí)需對(duì)種植土進(jìn)行過篩。用來碼砌邊坡的麻袋在試驗(yàn)段開始時(shí)采用尺寸為40cm×60cm，麻袋較小方便施工。但在上層填料碾壓過程中，下層麻袋有“外鼓”現(xiàn)象。后試驗(yàn)段施工過程中將麻袋的尺寸調(diào)整為60cm×90cm，并按兩順一丁的方式碼放，有效地避免了上述情況的發(fā)生。

4.4 基底處理

由于試驗(yàn)段的原地面橫坡較陡，施工中須開挖臺(tái)階。臺(tái)階按照規(guī)范要求設(shè)有2%～4%向內(nèi)傾斜的橫坡。杜絕臺(tái)階開挖不到位，保證土工格柵的錨固長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求。基底清除后，不能有浮渣，然后對(duì)基底進(jìn)行平整壓實(shí)，保證基底壓實(shí)度達(dá)到90%以上。

4.5 土工格柵的鋪設(shè)與固定

基底處理完成后，按以下要求進(jìn)行土工格柵的鋪設(shè):

(1)根據(jù)地基的尺寸，按要求裁剪出(鋪設(shè)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度十反包回折長(zhǎng)度十格柵上下層搭接長(zhǎng)度1m)底層加筋土格柵，按規(guī)定位置鋪設(shè)，并在墻面外預(yù)留出格柵反包所需的長(zhǎng)度。格柵強(qiáng)度大的方向應(yīng)垂直坡面，隔層格柵必須保持水平且相互平行鋪設(shè)。土工格柵必須按設(shè)計(jì)要求的位置、長(zhǎng)度及方向進(jìn)行鋪設(shè)。

(2)鋪塑料土工格柵時(shí)，順路線方向無需搭接寬度，但相鄰格柵需緊靠。

(3)在鋪好的土工格柵上，根據(jù)路基邊坡位置碼砌裝好土的麻袋，麻袋分層堆碼，兩順一丁碼放，層與層錯(cuò)開布置，麻袋裝土的飽滿度一致，后麻袋后填筑一定數(shù)量的土，避免硬質(zhì)尖銳棱角的粒料直接接觸土工格柵。

(4)張拉土工格柵是加筋土陡坡施工的關(guān)鍵工序。在自由端張拉梁通過拉住格柵的網(wǎng)孔拽緊格柵。在開始施工時(shí)，每層格柵不管多長(zhǎng)，在格柵自由端一次張拉，結(jié)果土工格柵施工后出現(xiàn)松弛。為了使土工格柵能夠拉緊繃直，在試驗(yàn)段中調(diào)整了張拉方法，根據(jù)格柵長(zhǎng)度不同，采用分次張拉。即格柵長(zhǎng)度不超過6m，張拉一次；長(zhǎng)度為6～llm，張拉兩次；長(zhǎng)度為11～15m，張拉三次；長(zhǎng)度為15～20m，以此類推。多次張拉時(shí)，從麻袋側(cè)開始張拉。為了保證格柵密貼麻袋，采用木頭夯敲打麻袋調(diào)整位置，通過調(diào)整張拉方式，使得土工格柵做到了拉緊繃直。

保持張拉格柵的同時(shí)，用U形釘將格柵固定。試驗(yàn)段開始時(shí)，土工格柵只張拉一次，且U形釘布設(shè)沿格柵鋪設(shè)長(zhǎng)度每2m固定一個(gè)，呈“之”字形布置，由于固定的U形釘數(shù)量偏少，造成放張后土工格柵松弛。在試驗(yàn)段中增加了U形釘數(shù)量，每幅(寬1.33m)土工格柵均采用U形釘固定，沿格柵鋪設(shè)長(zhǎng)度方向每2m固定一排U形釘，每排兩個(gè)，位置為幅寬的三分點(diǎn)處。U形釘固定后釋放張拉力，再進(jìn)行覆土回填，這樣有效地解決了土工格柵松弛的問題。

4.6 填料的攤鋪及碾壓

格柵鋪設(shè)固定后，用裝載機(jī)從一端開始上填料，填料通過傾倒的方式攤鋪在土工格柵上，用 TY220推土機(jī)配合人工攤鋪整平。施工中避免機(jī)械履帶直接接觸土工格柵(保證粗粒土的壓實(shí)厚度不小于150mm)。在每層的上部分350mm范圍內(nèi)使用路基開挖的弱風(fēng)化橄欖粗安巖作為填料，填料的最大粒徑不大于200mm。施工中采用YZ20振動(dòng)壓路機(jī)碾壓6遍，碾壓時(shí)從格柵的中后部(相對(duì)于自由端的中后位置)開始碾壓。同時(shí)為了麻袋內(nèi)的土有一定的密實(shí)度，使用挖掘機(jī)斗拍壓麻袋表面。在臨近結(jié)構(gòu)面的1m范圍內(nèi)采用小型壓實(shí)機(jī)(型號(hào):HCR90型內(nèi)燃機(jī)械沖擊夯，沖擊力13KN，前進(jìn)速度10～12m/min，功率4.5KW，跳機(jī)高度10～60mm，夯板尺寸300mm× 280mm)進(jìn)行碾壓，保證坡面后1m范圍的壓實(shí)不小于90%。碾壓時(shí)保證填料含水率控制在最佳含水率的±2%范圍內(nèi)，用小型機(jī)具碾壓邊角。

4.7 反包麻袋

碾壓完畢后，對(duì)路基填筑質(zhì)量進(jìn)行沉降差檢測(cè)。檢測(cè)合格后，拉起格柵使其反包土袋固定在填筑好的填料上。裁剪并按要求定位鋪設(shè)上層格柵，用土工連接件將這層土工格柵與反包格柵連接在一起；堆碼土袋，再?gòu)埨?、固定、填土；重?fù)以上的步驟直至完成全部填土施工。

5 結(jié)語

(1)加筋土陡坡技術(shù)的路堤邊坡坡度為1:(0.5～0.6)，與常規(guī)的路基邊坡設(shè)計(jì)的1:(1.5～2)相比少了路基土石方數(shù)量，節(jié)約了大量建設(shè)用地，符合建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會(huì)的潮流。

(2)該工程施工中應(yīng)重點(diǎn)控制填料的壓實(shí)度和土工格柵的損傷率及土工格柵拉緊繃直情況，保證加筋土結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

(3)加筋土陡坡技術(shù)很好地解決了山區(qū)高速公路中填石路堤和土石混填路堤邊坡坡面綠化的難題。

參考文獻(xiàn):

[1]陳忠達(dá).公路擋土墻設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,1999．

[2]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京:人民交通出版社,2002．

作者簡(jiǎn)介:薄慧勇(1981—),男,河南淇縣人,本科,工程師,研究方向:公路工程。