浅谈土工格栅加筋土在郑州市郑上路路基边坡工程中的应用

杨永腾

郑州市市政工程勘测设计研究院（450000）

浅谈土工格栅加筋土在郑州市郑上路路基边坡工程中的应用

杨永腾

郑州市市政工程勘测设计研究院（450000）

目前土工格栅加筋土路基边坡在国外虽然已很普及，但是在国内为数不多。这里以郑州市郑上路土工格栅加筋路基边坡为例，简要地概述土工格栅加筋土边坡的设计、施工及经济效益。

陈土工格栅；路基边坡；设计；施工

土工格栅作为一种新型的工程材料在土木工程中的应用是近二十年来发展起来的一门新技术。与传统建材相比，土工格栅具有经济、技术及灵活性等方面的优势，尤其是其在环保、绿化美化环境方面的优势是传统建材无法比拟的。因此，选用及推广土工格栅及其技术对我国现阶段的大规模道路基础建设将有着重大的意义和不可估量的作用。

郑州市市政工程勘测设计研究院在充分研究与比选的基础上，结合工程的实际，在郑州市郑上路（云台路东至西流湖路段）道路路基边坡中首次结合土工格栅及其加筋土技术设计了包裹式土工格栅加筋土挡墙，取得了理想的施工效果。

1 工程概况

郑州市郑上路位于市区的西部，是郑州市的主要西出市口，郑上路现状为城郊公路，路宽27m，一幅路型式，其中机动车道宽25m，两边各设1m宽路肩。本次按城市快速路标准进行拓宽改造，近期规划道路红线宽为66m，全长4 489.7m。

工程区域地处嵩山丘陵和黄河冲积区，黄土地貌，地形较复杂。若采用钢筋混凝土挡土墙施工难度较大,且外观较呆板,每延米挡墙造价为9 300元。最终采用目前新兴的满铺包裹式土工格栅加筋土挡墙。加筋土挡土墙外部种植绿色植被，造型较为美观，且施工操作简单，无需技术熟练工，并且对地基的要求相对较低，无需钢筋混凝土桩基础。此挡墙每延米造价为8 100元，节约造价20%，尽可能地减少占用湖面的面积,减少填方，保护和美化环境。所以，最终选择采用包裹式土工格栅加筋路基边坡。

2 设计方案

2.1 加筋土陡坡设计

陡坡工程起点为桩号0+650，终点桩号为0+ 830，挡墙全长180m。

该段路基边坡采用单向土工格栅加筋处理,设计采用土工格栅反包式结构,坡面斜度1：0.5，倾角为63°。

墙内土工格栅长度为8.5m，为防止不均匀沉降，格栅成台阶形布置，墙面采用掺拌一定肥料的土料装入的编织麻袋或草袋按设计坡线码放成墙体。土工格栅采用单向拉伸土工格栅，为保证加筋体的长期性能，格栅原料要求采用高密度聚乙烯（HDPE），格栅碳黑含量2%，粒径20纳米以下，分散均匀。格栅共采用3种规格,由上至下分别为9层EG65R格栅，间距0.6m；9层BEG90R格栅，间距0.6m；9层EG130R格栅，间距0.5m；6层D格栅，间距0.6m。格栅抗拉强度分别为64.0 kN、88.0 kN/m、136.0 kN/m，设计时以蠕变极限强度作为控制设计主要指标，要求蠕变极限强度值分别为25.5 kN/m、34.0 kN/m、49.0 kN/m。墙体内填料采用亚黏土，内摩擦角不小于24°,压实度不小于93%。加筋土挡土墙两端与路基护坡相连，挡墙端头进入护坡内1m，护坡并做锥形护砌。墙基底采用双向土工格栅换填砂砾料处理，以提高地基承载力及减少不均匀沉降，为防止湖水对底部路基边坡的侵蚀,在边坡底部设一高度为4m的浆砌块石墙。

2.2 陡坡基础设计

经计算加筋土陡坡挡墙基底承载力要求达到275 kN/m2，基础原设计方案为换添1.5m厚天然砂砾垫层，由于施工单位在基坑开挖过程中，受施工技术条件所限，使得基坑下挖困难，提出修改设计。在满足工程质量的前提下,为了保证施工安全，本着经济省时的原则，经过多方论证，最后决定将天然砂砾垫层基础改为水泥粉煤灰碎石桩（CFG）处理；设计水泥粉煤灰碎石桩直径为0.40m，采用梅花型布置，桩距1.4m，桩长8m。桩施工完成后在桩顶铺设60 cm厚的砂砾料，并加铺一层EG2020双向土工格栅。对于靠近坡脚的6排桩区域，经过水泥粉煤灰碎石桩及砂砾料处理后的复合地基承载力要求不低于275 kN/m2。

2.3 设计计算

1）设计标准：本设计采用德国规范DIBt方法进行设计计算，再用交通部《公路加筋土工程设计规范》（JTJ 015-91）及中华人民共和国国家标准《土工合成材料应用技术规范》(GB 50290-98)进行验算。本方案所用设计参数根据颐中格栅特性而定。

2）设计参数：荷载为根据地质资料,土的内摩擦角a取24°,基底摩阻系数f取0.30,土容重取19 kN/m。

表1 土工格栅力学参数

3）稳定性计算：主要针对外部、内部稳定性进行了验算：

进行外部稳定性分析时，将加筋土体假设为重力式挡土墙，计算时必须进行抗滑稳定、地基承载力及抗深层滑动稳定验算，通过这些计算来确定加筋材料所需的长度。

内部稳定性计算对加筋结构体的各种可能破坏楔体进行稳定分析，保证每层各栅所提供的抗拉合力大于楔体滑动破坏力。计算合力时，对于每层格栅，取格栅相应工程设计年限许可抗拉力与格栅抗拔力两者的小值。通过内部稳定分析计算确定格栅类型及分布（如垂直间距等）。

2.4 选择加筋材料

用土工格栅修建挡土墙及桥台时，由于土工格栅是通过格栅与填土填料之间相互咬合作用来承担抗拉力，最终与土体有效的结合成一整体而形成加筋支挡结构体。因此，应根据以下几方面来考虑选择加筋材料：1）格栅的特征抗拉强度及延伸率；2）格栅的弹性模量；3）长期性能，如蠕变性及抗老化特性；4）抗化学侵蚀性及抗微生物破坏性；5）与土体相互作用特性；6）格栅的几何结构特性，包括格栅肋条或横挡断面的几何尺寸等特性。其中格栅的长期蠕变强度是能保证工程长期寿命的关键，尤其应该高度重视。

3 加筋土陡坡施工工艺

3.1 施工工艺

在所打桩基之上的工作面上大型压路机将基底压实，铺设第一层双向格栅，相邻两格栅应重叠50 cm，将底部格栅拉紧，并用木楔将格栅固定于槽底，填筑第一层换填砂砾，注意分层碾压，在压实后将基底的第一格栅反包，保证格栅石砂砾层上表面的反包长度为2.0m。重复以上作业铺设第二层格栅。双向格栅的铺设有利于提高整体的承载力和减小不均匀沉降，之后开始单向格栅的铺设工作。按设计裁剪出底层格栅，将裁剪好的格栅垂直于路床轴线铺设。在挡墙面墙部位码放装满土的草袋，在路基内侧用装载机垂直于格栅面倾倒式填土，用推土机平整后进行压实，每层压实厚度为20 cm，填土前将格栅人工拉紧木楔固定，为避免格栅在施工中受损，禁止履带机械直接压在格栅上，保证格栅上有15 cm以上的土层厚度，推土机才能在上面行走作业。

压实要求在距墙边1.5m范围内，用小型震动碾压实，该范围外按正常压实程序施工，压实密度均需达到95%。压实后将预留格栅反包至上层草袋，与上层格栅用连接棒连接。将上层格栅拉紧，铺上回填土，固定格栅后进行上层回填土的平整压实施工。

重复以上施工程序至顶层，在挡墙外露面点种草籽。

3.2 施工验收项目及标准

1）基础格栅(EG2020)检查标准按表2执行。

表2 基础格栅检查标准

2）单向格栅检查标准按表3执行。

表3 单向格栅检查标准

3）旁站检查项目。由于格栅挡墙施工中,有些步骤难于量计，因此设旁站进行外观检查，并酌情扣分，如格栅的蹦紧程度，单、双向格栅基础的锚固程度等。

4 结论

郑州市郑上路土工格栅加筋土路基边坡工程自2005年底完工至今，目前加筋结构完好、边坡安全稳定，结构外观好，结构体没有观测到变形，工程各项技术指标均满足设计要求。该工程明显体现了包裹式土工格栅加筋边坡的众多优点。

1）经济效益好。减少占地和节省填方量,降低整体工程投资。

2）整体性好。土工格栅加筋挡墙通过振动碾压使土工格栅与填筑体碾压形成具有相当刚性的柔性挡墙，整体稳定及抗震性能强。

3）施工简单。地基处理较传统方法简单；土工格栅加筋挡墙施工简便，同时还可解决高填方工程路基边缘难压实的难题。

4）安全性高。土工格栅加筋原材料使用年限均在50年以上，且施工工艺流程简单，回填原材料比较单一，施工质量利于控制。通过分层振动碾压，密实度得到保证，有效保证了边坡工程的稳定性。

5）环保效果好。土工格栅加筋在填筑时，外缘预埋袋装营养土，可在加筋坡面植草绿化，与周围湖水相协调，起到美化环境的作用，同时施工时对原材料要求不高，回填材料可就地取材。

郑州市郑上路土工格栅加筋土路基边坡工程为我们以后做土工格栅加筋高填方路基边坡设计提供了许多宝贵的资料，为土工格栅加筋挡墙的施工摸索了一套解决高边坡条件下的挡土墙施工经验,是我国公路路基高边坡工程实践的最新成果，对道路土石方高边坡工程具有广泛的借鉴意义，值得在今后的工程实践中推广应用。