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用

楊永騰

鄭州市市政工程勘測設計研究院（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用

楊永騰

鄭州市市政工程勘測設計研究院（450000）

目前土工格柵加筋土路基邊坡在國外雖然已很普及，但是在國內為數不多。這里以鄭州市鄭上路土工格柵加筋路基邊坡為例，簡要地概述土工格柵加筋土邊坡的設計、施工及經濟效益。

陳土工格柵；路基邊坡；設計；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用是近二十年來發展起來的一門新技術。與傳統建材相比，土工格柵具有經濟、技術及靈活性等方面的優勢，尤其是其在環保、綠化美化環境方面的優勢是傳統建材無法比擬的。因此，選用及推廣土工格柵及其技術對我國現階段的大規模道路基礎建設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設計研究院在充分研究與比選的基礎上，結合工程的實際，在鄭州市鄭上路（云臺路東至西流湖路段）道路路基邊坡中首次結合土工格柵及其加筋土技術設計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的西部，是鄭州市的主要西出市口，鄭上路現狀為城郊公路，路寬27m，一幅路型式，其中機動車道寬25m，兩邊各設1m寬路肩。本次按城市快速路標準進行拓寬改造，近期規劃道路紅線寬為66m，全長4 489.7m。

工程區域地處嵩山丘陵和黃河沖積區，黃土地貌，地形較復雜。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，且施工操作簡單，無需技術熟練工，并且對地基的要求相對較低，無需鋼筋混凝土樁基礎。此擋墻每延米造價為8 100元，節約造價20%，盡可能地減少占用湖面的面積,減少填方，保護和美化環境。所以，最終選擇采用包裹式土工格柵加筋路基邊坡。

2 設計方案

2.1 加筋土陡坡設計

陡坡工程起點為樁號0+650，終點樁號為0+ 830，擋墻全長180m。

該段路基邊坡采用單向土工格柵加筋處理,設計采用土工格柵反包式結構,坡面斜度1：0.5，傾角為63°。

墻內土工格柵長度為8.5m，為防止不均勻沉降，格柵成臺階形布置，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計坡線碼放成墻體。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。格柵抗拉強度分別為64.0 kN、88.0 kN/m、136.0 kN/m，設計時以蠕變極限強度作為控制設計主要指標，要求蠕變極限強度值分別為25.5 kN/m、34.0 kN/m、49.0 kN/m。墻體內填料采用亞黏土，內摩擦角不小于24°,壓實度不小于93%。加筋土擋土墻兩端與路基護坡相連，擋墻端頭進入護坡內1m，護坡并做錐形護砌。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，為防止湖水對底部路基邊坡的侵蝕,在邊坡底部設一高度為4m的漿砌塊石墻。

2.2 陡坡基礎設計

經計算加筋土陡坡擋墻基底承載力要求達到275 kN/m2，基礎原設計方案為換添1.5m厚天然砂礫墊層，由于施工單位在基坑開挖過程中，受施工技術條件所限，使得基坑下挖困難，提出修改設計。在滿足工程質量的前提下,為了保證施工安全，本著經濟省時的原則，經過多方論證，最后決定將天然砂礫墊層基礎改為水泥粉煤灰碎石樁（CFG）處理；設計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8m。樁施工完成后在樁頂鋪設60 cm厚的砂礫料，并加鋪一層EG2020雙向土工格柵。對于靠近坡腳的6排樁區域，經過水泥粉煤灰碎石樁及砂礫料處理后的復合地基承載力要求不低于275 kN/m2。

2.3 設計計算

1）設計標準：本設計采用德國規范DIBt方法進行設計計算，再用交通部《公路加筋土工程設計規范》（JTJ 015-91）及中華人民共和國國家標準《土工合成材料應用技術規范》(GB 50290-98)進行驗算。本方案所用設計參數根據頤中格柵特性而定。

2）設計參數：荷載為根據地質資料,土的內摩擦角a取24°,基底摩阻系數f取0.30,土容重取19 kN/m。

表1 土工格柵力學參數

3）穩定性計算：主要針對外部、內部穩定性進行了驗算：

進行外部穩定性分析時，將加筋土體假設為重力式擋土墻，計算時必須進行抗滑穩定、地基承載力及抗深層滑動穩定驗算，通過這些計算來確定加筋材料所需的長度。

內部穩定性計算對加筋結構體的各種可能破壞楔體進行穩定分析，保證每層各柵所提供的抗拉合力大于楔體滑動破壞力。計算合力時，對于每層格柵，取格柵相應工程設計年限許可抗拉力與格柵抗拔力兩者的小值。通過內部穩定分析計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時，由于土工格柵是通過格柵與填土填料之間相互咬合作用來承擔抗拉力，最終與土體有效的結合成一整體而形成加筋支擋結構體。因此，應根據以下幾方面來考慮選擇加筋材料：1）格柵的特征抗拉強度及延伸率；2）格柵的彈性模量；3）長期性能，如蠕變性及抗老化特性；4）抗化學侵蝕性及抗微生物破壞性；5）與土體相互作用特性；6）格柵的幾何結構特性，包括格柵肋條或橫擋斷面的幾何尺寸等特性。其中格柵的長期蠕變強度是能保證工程長期壽命的關鍵，尤其應該高度重視。

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將基底壓實，鋪設第一層雙向格柵，相鄰兩格柵應重疊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度為2.0m。重復以上作業鋪設第二層格柵。雙向格柵的鋪設有利于提高整體的承載力和減小不均勻沉降，之后開始單向格柵的鋪設工作。按設計裁剪出底層格柵，將裁剪好的格柵垂直于路床軸線鋪設。在擋墻面墻部位碼放裝滿土的草袋，在路基內側用裝載機垂直于格柵面傾倒式填土，用推土機平整后進行壓實，每層壓實厚度為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，推土機才能在上面行走作業。

壓實要求在距墻邊1.5m范圍內，用小型震動碾壓實，該范圍外按正常壓實程序施工，壓實密度均需達到95%。壓實后將預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，固定格柵后進行上層回填土的平整壓實施工。

重復以上施工程序至頂層，在擋墻外露面點種草籽。

3.2 施工驗收項目及標準

1）基礎格柵(EG2020)檢查標準按表2執行。

表2 基礎格柵檢查標準

2）單向格柵檢查標準按表3執行。

表3 單向格柵檢查標準

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

4 結論

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，目前加筋結構完好、邊坡安全穩定，結構外觀好，結構體沒有觀測到變形，工程各項技術指標均滿足設計要求。該工程明顯體現了包裹式土工格柵加筋邊坡的眾多優點。

1）經濟效益好。減少占地和節省填方量,降低整體工程投資。

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

3）施工簡單。地基處理較傳統方法簡單；土工格柵加筋擋墻施工簡便，同時還可解決高填方工程路基邊緣難壓實的難題。

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

5）環保效果好。土工格柵加筋在填筑時，外緣預埋袋裝營養土，可在加筋坡面植草綠化，與周圍湖水相協調，起到美化環境的作用，同時施工時對原材料要求不高，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計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驗,是我國公路路基高邊坡工程實踐的最新成果，對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踐中推廣應用。