土工格栅在工程中的应用

□韩永峰（河南省水利第一工程局）

一、工程概况

新乡潞王坟试验段位于南水北调中线工程总干渠第Ⅳ渠段，新乡市潞王坟乡政府附近，长1.5km。本渠段渠坡岩性多由粘土岩和泥灰岩组成，局部为砂岩或砂砾岩，岩性岩相变化较大，其中粘土岩以中等膨胀性为主，局部为强膨胀，成岩程度差；泥灰岩以弱膨胀为主，上部胶结较好，下部稍差。

本项目主要任务是在新乡潞王坟膨胀岩渠段进行试验研究，为南水北调中线总干渠膨胀岩渠坡处理提供安全可靠、经济合理和有利于环保的措施，为工程设计的优化提供依据，指导总干渠膨胀岩渠段的大面积施工。其中膨胀土处理方案之一为土工格栅+开挖料换填。

二、土工格栅应用原理

土工格栅原理是在填土中沿应变方向埋置土工格栅,形成一种复合体——加筋土，则土与格栅产生嵌锁摩擦,使加筋土犹如具有某种程度的黏聚力,从而改善了土的力学特性，提高土体的稳定性,减小土压力,增大地基承载力,抑制土体的侧向变形。这是由于水平的加筋与土体之间产生了摩擦作用,将引起的侧向膨胀的拉力传递给格栅,使土体侧向变形受到约束。

三、土工格栅设计指标及材料检验

市场上销售的格栅以高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)为主，近期又推出聚酯(PET)格栅。几种材质不同的格栅,其极限抗拉强度相同但蠕变强度差异很大。国际土工界曾做过这方面的蠕变试验,有资料表明:在10%应变时,在长期荷载作用下,120年后其结果是：聚丙烯格栅蠕变强度为极限抗拉强度的12%；聚乙烯格栅蠕变强度为极限抗拉强度的40%；聚酯格栅的蠕变强度为极限抗拉强度的57%。

该工程土工格栅设计指标：采用耐久性能、耐温性能、施工性能良好的单向高密度聚乙烯土工格栅，幅宽＞1m，材料性能指标如下：抗拉强度≥80KN/m；延伸率≤12%；2%应变对应强度≥23KN/m；5%应变对应强度≥44KN/m；碳黑含量≥2.0%；蠕变强度（20℃）≥20KN/m。

土工格栅回填采用开挖泥灰岩料（中～弱膨胀性），其最大粒径应≤100mm，＞5mm粒径的颗粒含量不超过50%，控制含水率为最优含水率+1～2%。

土工格栅用黑色薄膜包裹，进场后对其包装、外观进行检查，颜色为黑色，色泽均匀，无明显油污；外观无损伤、破裂。土工格栅贮存时不得露天堆放，避免产品阳光长期照射，并离热源2m。

检验时按同一牌号的原料、同一配方、同一规格的产品20000m2为一检验批，对其物理机械性能、尺寸及其偏差进行检验，检验结果符合GB/T17689-1999的规定。

四、碾压试验

进行土工格栅+开挖料的碾压试验，确定铺土厚度、碾压机械、行走速度、碾压遍数等施工参数。本工程采用的土工格栅处理层碾压施工控制参数如下表：

五、施工工艺

具体施工工艺流程如下：

首先用人工清除坡面及渠底浮渣，要求平整度不超过5cm，遇地表积水提前抽排，挖除软土，换填粘土压实，保持基坑清洁、干燥，并用振动平碾稳压以保持表层平整、密实；其次严格按照施工图放样，做好边桩、填土高度0.56m（虚土）、格栅边线、边坡坡比控制；第三，人工铺设土工格栅，在坡面向上层包裹形成搭接，反包长度≮100cm。沿渠道水流方向平行搭接。格栅尾部与未开挖坡面形成顺坡面向上的延伸，延伸长度≮30cm，尾部固定。格栅之间采用连接棒连接，格栅与土体之间采用Φ6钢筋加工成U型锚接。

详细施工步骤如下：①首先根据设计图纸计算土工格栅长度，精确下料。②在处理层底层铺设格栅材料，并将格栅底部与尾部自由端用U型锚筋固定于开挖坡面和地面。③通过格栅另一自由端拽紧格栅，并压上填土。（或使用张拉梁将格栅拉紧）。填土用机械或人工堆放在拉紧后的格栅上面，车辆与施工机械等不得直接碾压格栅，以免格栅损坏和松懈。④压实至上层单向格栅标高后，用灌水法取样合格，由监理认可后，在压实面放样，削成设计坡，将预留格栅反包到填土上面，与上层格栅用连接棒连接。⑤用通过格栅网孔而钩住格栅的张拉梁对主加筋格栅施加张拉力，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。⑥在保持张拉格栅的同时，在格栅上填铺一层填土（或在格栅末端钉上U型锚筋），以保证张拉设备移去后格栅不会回缩。⑦释放张拉力并移去张拉梁。⑧重复以上施工步骤至顶层。⑨顶层格栅应有足够长度埋在填土下面，保证填土可提供足够的约束力锚固格栅。

土工格栅处理层碾压施工控制参数表

六、土工格栅施工优点

参考本案例，结合土工格栅加筋挡土墙在公路、铁路、港口、建筑等工程中的广泛应用，土工格栅存在如下方面的优点：一是，属柔性结构,能更好的适应变形,在不良地基处采用尤能显示其结构上的优势，抗地震能力强；二是，能节省工程投资,能有效的节约用地和填料,具有经济上的优势；三是，能有效的融入周边环境,绿化、美化、恢复自然生态,有着较好的社会效益；四是，施工方便快捷,能缩短施工工期,保证施工质量。

七、土工格栅设计及施工控制重点

一是土工格栅加筋土方案选择；二是，土工格栅长期设计强度的确定；三是，土工格栅不同材质材料的选定；四是，土工格栅在施工现场的铺设；五是，土工格栅加筋土的碾压要求；六是，要结合支挡工程的地形地貌及地质条件等进行选择。获得足够的加筋区域来保证加筋土的内部和外部稳定性及总体稳定性；七是，适合于填方工程,特别是在半挖半填处的处理,尤能发挥作用。