塑料土工擋墻在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用研究

杜勤，陳光榮，陳少軒

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢430000）

1 引言

在公路施工活動(dòng)中，邊坡防護(hù)多采用重力式擋墻、加筋土擋墻等技術(shù)，具有自重大、造價(jià)高、對(duì)地基承載力要求高等缺點(diǎn)。 實(shí)際在公路工程項(xiàng)目中，路基邊坡為核心建設(shè)內(nèi)容，能否科學(xué)施工關(guān)系到道路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)固性。 但從以往研究來(lái)看，多將重心放在道路結(jié)構(gòu)施工和改造方面，未能給予公路輔助結(jié)構(gòu)以足夠重視。 本項(xiàng)目創(chuàng)新性提出運(yùn)用塑料土工擋墻加強(qiáng)公路建設(shè)，解決邊坡防護(hù)施工難題，能夠推動(dòng)道路施工技術(shù)發(fā)展。

2 項(xiàng)目概況

某公路工程位于廣西南寧，全長(zhǎng)260 km。 在路基施工期間，合同段K151+427～K151+438 路段發(fā)生山體滑坡。 路段路基為半挖半填式， 按原設(shè)計(jì)開(kāi)挖1∶1 邊坡， 利用路塹骨架護(hù)坡。 但實(shí)際開(kāi)挖期間雨水較多，山體滑塌嚴(yán)重，給公路施工帶來(lái)困難。

3 邊坡防護(hù)方案

3.1 水文地質(zhì)條件

通過(guò)地質(zhì)勘察可知，路段所在地屬于低山地貌，地層分布情況如表1 所示，多數(shù)鉆孔未見(jiàn)穩(wěn)定地下水位。 斜坡覆蓋層主要為黏土混碎石，地表植被較好，降水從坡面分散流失，滑坡體含水量高。路基高程達(dá)220 m，坡度為17°～26°，滑塌后易形成27°～44°坡壁。 斜坡具有一定自穩(wěn)定性，滑坡壁下段基巖可發(fā)揮抗滑作用。受地質(zhì)構(gòu)造影響，土體松弛，抗剪強(qiáng)度低。路基開(kāi)挖后將引發(fā)地應(yīng)力變化， 導(dǎo)致山體出現(xiàn)裂縫， 地下水經(jīng)大氣降水補(bǔ)給，巖土體重度增大，造成斜坡抗剪強(qiáng)度下降，最終發(fā)生滑坡。

表1 工程地層巖性

3.2 邊坡防護(hù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)路基邊坡滑塌問(wèn)題，將開(kāi)裂土體清除后，完成地表水疏排，在坡腳設(shè)置塑料土工擋土墻實(shí)施防護(hù)，避免再次發(fā)生滑坡。 擋土墻由塑料土工格柵代替拉筋，通過(guò)將格柵和填料分層交替鋪設(shè)緊密壓實(shí)為復(fù)合材料[1]。塑料格柵采用高密度聚丙烯材料，通過(guò)加熱控制生成拉伸薄片，可提升材料抗拉強(qiáng)度和剛度，承受較大的交變載荷。 在路基邊坡防護(hù)應(yīng)用中，格柵肋條和介質(zhì)顆粒間可產(chǎn)生強(qiáng)咬合作用，限制介質(zhì)側(cè)向位移，與砂石產(chǎn)生較大摩擦系數(shù)，使顆粒經(jīng)碾壓后穩(wěn)固鑲嵌于格柵網(wǎng)格中，形成柔性堅(jiān)實(shí)平臺(tái)，使荷載均勻擴(kuò)散[2]。通過(guò)在土體中加筋，以格柵為抗拉構(gòu)件，在低應(yīng)變時(shí)增強(qiáng)土壤間抗滑力，提高填筑體各層密實(shí)度，增強(qiáng)擋墻整體受力強(qiáng)度和抗沖刷能力。 在施工實(shí)踐中，需選擇力學(xué)性能穩(wěn)定、含水少的天然級(jí)配砂礫，最大粒徑不超15 mm，含泥量不超3%，不均勻系數(shù)為2.6～7.8，測(cè)量得到最大干密度為1 900 kg/m3，含水率為11.3%～13.3%。 選擇土工格柵，要求斷裂拉應(yīng)力至少達(dá)150 MPa，破斷拉力超過(guò)9 kN，斷裂伸長(zhǎng)率不超2%。

如圖1 所示，采用塑料土工擋墻施工，在開(kāi)挖足夠?qū)挾群螅谡位挛恢迷鲈O(shè)擋土墻，墻頂為8 m，擋墻高在3～10 m，坡面坡度為1∶1.5。每隔1 m 高鋪設(shè)一層塑料土工格柵，達(dá)到每延米80 kN 的屈服拉力， 通過(guò)壓路機(jī)層層壓實(shí)。 在鋪設(shè)過(guò)程中，頂部和周圍打入錨釬固定，坡腳位置設(shè)置剛性支撐結(jié)構(gòu)加固防護(hù)。 為加強(qiáng)坡面排水，在坡頂設(shè)置漿砌片石截水溝，擋墻內(nèi)側(cè)邊緣1.5～3 m 位置布置一道截水溝，沿等高線方向進(jìn)行平面布設(shè)，將雨水?dāng)r截排入路基兩側(cè)排水系統(tǒng)。 在擋墻施工過(guò)程中，在各級(jí)坡面植草，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的同時(shí)，使防護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)生態(tài)、環(huán)保等理念。

圖1 塑料土工擋墻設(shè)置圖

4 邊坡防護(hù)施工

4.1 工藝流程

在邊坡防護(hù)施工期間， 采用塑料土工擋墻需明確工藝流程，通過(guò)規(guī)范作業(yè)保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 具體來(lái)講，需先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理，完成整平處理，確認(rèn)壓實(shí)度達(dá)到要求。 在此基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量放線確認(rèn)塑料格柵鋪設(shè)位置，完成格柵裁剪，沿著橫向保留至少60 mm 長(zhǎng)的一排縱向肋條，用于包裹格柵。 完成底層格柵鋪設(shè)后，沿道路縱向?qū)酉噜徃駯牛瑖?yán)格按照施工圖位置、長(zhǎng)度等鋪設(shè)格柵。 在坡面格柵處防止種植土麻袋，利用帶鏟斗挖掘機(jī)填土，將填料均勻攤鋪在格柵上，避免發(fā)生褶皺。 在機(jī)械履帶和格柵間， 應(yīng)保持150 mm 厚填土，禁止機(jī)械直接在格柵上行走， 以防格柵受損。 在回填料量達(dá)標(biāo)后，在格柵自由端使用自制張拉器對(duì)格柵進(jìn)行張拉，將格柵繃緊，確認(rèn)緊貼地面且平順[3]。 張拉長(zhǎng)約5～6 m，在格柵保持緊繃狀態(tài)時(shí)利用錨釬固定，數(shù)量根據(jù)鋪設(shè)長(zhǎng)確定。 分層回填直至下一層層底標(biāo)高，在鄰近結(jié)構(gòu)面1.5 m 范圍使用小型振動(dòng)碾壓機(jī)壓實(shí)，并使用大型壓實(shí)設(shè)備將其他部位充分碾壓，確認(rèn)壓實(shí)度符合要求。 在此基礎(chǔ)上，對(duì)下一層土工格柵進(jìn)行剪裁、鋪設(shè)，采用連接棒與底層格柵包裹段連接，穿越格柵各根肋條，預(yù)留包裹長(zhǎng)至少達(dá)到1.5 m。 將格柵拉緊固定后，放置狀土麻袋，重復(fù)上述施工步驟，直至完成最頂層格柵鋪設(shè)。 頂層格柵需埋在填土面以下，確認(rèn)使用的錨釬可提供充足約束力。

4.2 關(guān)鍵工序

4.2.1 基底開(kāi)挖

塑料土工格柵屬于新興土工合成材料， 依靠材料特性控制邊坡穩(wěn)定性。 但在坡面鋪設(shè)格柵，基底面凹凸不平將造成格柵應(yīng)力集中，引發(fā)條帶撕裂和結(jié)點(diǎn)剝離問(wèn)題，造成局部和坡面間存在空隙，給填料回填帶來(lái)困難。 因此，在邊坡防護(hù)施工期間，首先應(yīng)加強(qiáng)坡面平整度控制。 對(duì)滑塌位置進(jìn)行清理后，利用該處挖方填筑，按照路堤建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)。 擋墻基底按照高1 m，寬1.5 m 分級(jí)，將原本坡面挖成臺(tái)階狀，在各級(jí)臺(tái)階底部鋪設(shè)土工格柵，沿路線橫向鋪設(shè)長(zhǎng)9.5 m。

4.2.2 格柵鋪設(shè)

鋪設(shè)土工格柵， 應(yīng)做好定位放線， 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸剪裁。 按照設(shè)計(jì)擋墻的墻面傾角設(shè)立臨時(shí)模架，拉線控制格柵尺寸。 在頂部和周邊防線打入錨釬，懸掛土工格柵，將連接筋穿過(guò)格柵上特定孔洞，將端部和坡頂錨釬連接固定。 沿著助力方向從上至下將格柵展放至固定位置后， 從下至上安裝連接裝置，調(diào)整錨釬確認(rèn)整體張開(kāi)緊貼坡面。 首層格柵緊貼墻底層，按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)和預(yù)留包裹長(zhǎng)切斷格柵， 滿足該層與上層連接需求。 鋪設(shè)首層格柵，應(yīng)水平放置，確認(rèn)與墻面垂直。 張拉繃緊后， 尾部利用U 形釬固定在墻底。 反包段臨時(shí)布置在墻面位置，相鄰搭接寬為100 mm。為加強(qiáng)全墻基線控制，需做好種植土麻袋坡面施工。 使用全站儀在基礎(chǔ)頂面放麻袋外緣線，土工袋塑料網(wǎng)格尺寸為3～5 mm，封口后按照控制網(wǎng)眼袋位置整齊堆放，只有草籽一端向著擋墻外側(cè)。 在堆放過(guò)程中，加強(qiáng)坡度掛線，將內(nèi)傾控制在1/100～1/200，并設(shè)置外傾預(yù)留度，向道路中線方向移動(dòng)3～5 cm，以防填料碾壓造成麻袋移位。在層與層格柵之間，連接時(shí)應(yīng)做好位置檢查和調(diào)整，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)入下道工序。 從上一層格柵自由端施加拉力，將連接棒和反包段拉緊后，在上層格柵自由端利用錨釬固定。 每天結(jié)束施工時(shí)，確認(rèn)整平外露坡面和土工格柵覆蓋坡面相距寬不超12 m。

4.2.3 回填壓實(shí)

在擋墻回填碾壓期間， 確認(rèn)填料含水率在最佳值的1～1.02 倍，避免含水過(guò)多或過(guò)少影響碾壓質(zhì)量。 使用自卸汽車運(yùn)輸填料，利用挖掘機(jī)攤鋪，如圖2 所示，攤鋪厚為25 cm，達(dá)到麻袋坡面1/2。 使用機(jī)械逐步推進(jìn)施工，需采用人工配合作業(yè)，從上至下填充，使填料在重力作用下沿著坡面滾落，防止出現(xiàn)回填不均勻情況。 上部錨固件、連接件可與填料和坡面產(chǎn)生摩擦力，使格柵保持穩(wěn)定，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中問(wèn)題，造成上部錨釬或格柵條帶剝離。 各層填料攤鋪后，需及時(shí)碾壓。 使用18 t 振動(dòng)壓力機(jī)作業(yè)，在距離坡面1.5 m 位置使用小型打夯機(jī)夯實(shí)， 防止坡面出現(xiàn)錯(cuò)位情況。 碾壓機(jī)沿著擋墻水平方向運(yùn)行，通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)碾壓遍數(shù)，下一遍碾壓輪跡與上一遍重疊寬達(dá)到1/3。 從格柵中部向自由端逐步碾壓，使碾壓機(jī)縱向行進(jìn)，之后轉(zhuǎn)向擋墻墻面，將反包段格柵放在壓實(shí)好的首層填料上，逐層壓實(shí)填料。 碾壓期間，禁止機(jī)械急剎車或改變運(yùn)行方向，防止格柵受到擾動(dòng)。 在壓實(shí)完成后，做好壓實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確認(rèn)距離墻面1 m 外區(qū)域壓實(shí)度達(dá)到路基標(biāo)準(zhǔn)，1 m 以內(nèi)壓實(shí)度不小于路基壓實(shí)度90%。發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度不良或格柵受損等情況，需及時(shí)返工。 此外，因地制宜地對(duì)坡面進(jìn)行綠化，并做好初期養(yǎng)護(hù)，保證坡面綠化效果良好。

圖2 挖掘機(jī)攤鋪

4.3 施工效果

從塑料土工擋墻壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果來(lái)看， 靠近擋墻1 m 以內(nèi)區(qū)域覆土壓實(shí)度能夠達(dá)到路基壓實(shí)度設(shè)計(jì)值的95%以上，其他區(qū)域均能達(dá)到路基施工標(biāo)準(zhǔn)要求。 通過(guò)為期1 年的跟蹤觀測(cè)，確認(rèn)路基邊坡穩(wěn)定性良好，未再發(fā)生失穩(wěn)、滑坡等情況，因此邊坡防護(hù)施工效果良好。 相較于加筋擋墻，塑料土工擋墻施工速度更快， 能夠利用挖掘機(jī)等機(jī)械作業(yè)， 節(jié)省大量勞動(dòng)力，有效縮短工期。 利用滑坡土體建造擋墻，從就近土場(chǎng)購(gòu)?fù)翂簩?shí)成擋墻，可以減少漿砌片石和混凝土工程量，降低工程造價(jià)，為工程帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益。 此外，通過(guò)對(duì)坡面進(jìn)行植草綠化，不僅提供了工程質(zhì)量，也能盡快恢復(fù)原有地形地貌，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，帶來(lái)一定社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)公路邊坡滑塌情況， 采用塑料土工擋墻加強(qiáng)邊坡防護(hù)，可以有效預(yù)防滑坡問(wèn)題發(fā)生，解決邊坡失穩(wěn)難題，同時(shí)能夠起到降低造價(jià)、美化環(huán)境等作用，為公路邊坡防護(hù)提供新思路。 在塑料土工擋墻運(yùn)用實(shí)踐中，應(yīng)認(rèn)識(shí)到塑料格柵將與填料產(chǎn)生互鎖等作用，使擋墻擁有較好柔性，結(jié)合水文地質(zhì)條件合理進(jìn)行擋墻設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)施工能夠保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合要求。把握塑料土工擋墻施工工藝流程和關(guān)鍵工序作業(yè)要點(diǎn)， 建造結(jié)構(gòu)牢固、穩(wěn)定的擋墻，最終可取得理想施工效果，為推廣塑料土工擋墻邊坡防護(hù)技術(shù)提供參考。