加筋土陡坡技术在山区高速公路中的应用

2016-06-02薄慧勇中铁十五局集团有限公司上海200070

中国科技纵横 2016年2期

薄慧勇(中铁十五局集团有限公司,上海 200070)

加筋土陡坡技术在山区高速公路中的应用

薄慧勇
(中铁十五局集团有限公司,上海 200070)

【摘要】本文从加筋土陡坡技术的应用原因、工作机理、施工要求等方面介绍了该技术在山区公路的应用情况。加筋土陡坡技术的应用,不仅增加了填料的强度和路基的整体稳定性,而且还可以把路基边坡做成陡边坡,这样既取代了路肩墙,又减少了土石方施工数量和占地数量,大大降低了工程造价,符合建设节约型、环保型社会的要求。

【关键词】加筋土陡坡半填半挖高速公路

为有效减少山区高速公路建设占地，减少环境破坏，在京承高速公路三期工程建设中采用了加筋土陡坡技术。

1 工程概况

京承高速公路三期工程第15合同段，全长3.795Km，路基总长2.3Km。工程设计路线绝大部分位于山区。本合同段设置加筋土陡坡路段的填方最高达25m，最矮6m以上，平均高度16.6m，设计边坡坡度1:0.6。

2 选择加筋土陡坡技术的原因

(1)技术方面:较好的解决了高填方路段现场不具备放坡条件且不宜设置挡土墙的路基边坡设计难题。

(2)环保方面:采用土工格栅反包土，边缘采用麻袋种植土进行码砌，减少了大量的圬工砌筑，解决了坡面绿化问题。

(3)经济方面:减少了大量的建设占地，减少了大量土石方数量，与其他方案相比具有一定的经济性。

3 加筋土陡坡的工作机理

在路基填筑过程中设置土工格栅材料，使路基填料与土工格栅构成材料复合体，由于路基填料的抗拉抗剪性能差，路基填料中加入筋材，扩散路基内部应力并传递拉应力，以筋材为抗拉构件，限制其上下路基填料的倾向变形，等效于给路基填料施加了一个侧压力增量，从而加强了路基内部的强度和整体性，提高了路基填料的抗剪强度，保证了路堤的稳定性。

4 加筋土陡坡的施工

本文选取该合同段K127+280～K127+390左侧半挖半填段为例，作为加筋土陡坡施工的试验段。该段陡坡边坡设计坡比1:0.6，一共有3级，第一级边坡高为5.5～7.5m，第二级坡高为8m，第三级坡高为8m，试验段重点解决如何保证加筋土陡坡的工程质量、填料的选择、不同填料对格栅的破坏程度以及土工格栅施工要领，以在全线其余加筋土陡坡段落推广和应用。

4.1 土工格栅的性能及质量要求

用于抖边坡的土工格栅，应采用整体性能好的高密封度聚乙烯(HDPE)塑料拉伸土工格栅，其作用是承受垂直荷载和水平拉力，并与路基填料产生摩擦力。其具备以下性能:(1)抗拉能力强，延伸率小，蠕变小，不易产生脆性破坏；(2)与路基填料之间有足够的摩擦力；(3)耐腐蚀和耐久性能好；(4)具有一定的柔性，加工容易，接长与连接简单。

表1 土石混合料填筑后格栅的损伤情况

4.2 填料的选择

4.2.1 弱风化橄榄粗安岩作为填料

第15合同段内路基开挖为大量弱风化橄榄粗安岩，岩石坚硬棱角多，为充分利用路基挖方材料，在土工格栅上直接填筑了路基开挖的石料进行试验，施工碾压过程中造成土工格栅的损伤过大，经外观检查，损伤率不能满足设计要求，如此可能造成加筋土结构内部应力体系失稳，从而有可能造成陡坡坡体失稳，试验失败。

4.2.2 路基开挖的两种材料组合作为填料

为了有效地降低土工格栅的损伤率，现场采用了土石混合料和弱风化橄榄粗安岩作为组合填料重新进行了填料试验段施工。首先将土石混合料摊铺在铺设好的土工格栅表面(为了保护土工格栅，第一层填料压实厚度不小于15cm)，压实并检验合格后再用路基开挖石料(橄榄粗安岩)填筑剩余的35cm。两层填料填筑完成后对土工格栅取样进行检测，其损伤情况见表1。

现场取样每延米拉伸屈服力试验结果为106KN/m。其损伤系数计算如下:

经计算土工格栅的损伤率为7.01%，满足设计给定小于8%的要求，试验确定粗粒土满足加筋土结构的施工要求。

4.3 麻袋尺寸的选择及码放

首先在麻袋内装入种植土，必要时需对种植土进行过筛。用来码砌边坡的麻袋在试验段开始时采用尺寸为40cm×60cm，麻袋较小方便施工。但在上层填料碾压过程中，下层麻袋有“外鼓”现象。后试验段施工过程中将麻袋的尺寸调整为60cm×90cm，并按两顺一丁的方式码放，有效地避免了上述情况的发生。

4.4 基底处理

由于试验段的原地面横坡较陡，施工中须开挖台阶。台阶按照规范要求设有2%～4%向内倾斜的横坡。杜绝台阶开挖不到位，保证土工格栅的锚固长度满足设计要求。基底清除后，不能有浮渣，然后对基底进行平整压实，保证基底压实度达到90%以上。

4.5 土工格栅的铺设与固定

基底处理完成后，按以下要求进行土工格栅的铺设:

(1)根据地基的尺寸，按要求裁剪出(铺设设计长度十反包回折长度十格栅上下层搭接长度1m)底层加筋土格栅，按规定位置铺设，并在墙面外预留出格栅反包所需的长度。格栅强度大的方向应垂直坡面，隔层格栅必须保持水平且相互平行铺设。土工格栅必须按设计要求的位置、长度及方向进行铺设。

(2)铺塑料土工格栅时，顺路线方向无需搭接宽度，但相邻格栅需紧靠。

(3)在铺好的土工格栅上，根据路基边坡位置码砌装好土的麻袋，麻袋分层堆码，两顺一丁码放，层与层错开布置，麻袋装土的饱满度一致，后麻袋后填筑一定数量的土，避免硬质尖锐棱角的粒料直接接触土工格栅。

(4)张拉土工格栅是加筋土陡坡施工的关键工序。在自由端张拉梁通过拉住格栅的网孔拽紧格栅。在开始施工时，每层格栅不管多长，在格栅自由端一次张拉，结果土工格栅施工后出现松弛。为了使土工格栅能够拉紧绷直，在试验段中调整了张拉方法，根据格栅长度不同，采用分次张拉。即格栅长度不超过6m，张拉一次；长度为6～llm，张拉两次；长度为11～15m，张拉三次；长度为15～20m，以此类推。多次张拉时，从麻袋侧开始张拉。为了保证格栅密贴麻袋，采用木头夯敲打麻袋调整位置，通过调整张拉方式，使得土工格栅做到了拉紧绷直。

保持张拉格栅的同时，用U形钉将格栅固定。试验段开始时，土工格栅只张拉一次，且U形钉布设沿格栅铺设长度每2m固定一个，呈“之”字形布置，由于固定的U形钉数量偏少，造成放张后土工格栅松弛。在试验段中增加了U形钉数量，每幅(宽1.33m)土工格栅均采用U形钉固定，沿格栅铺设长度方向每2m固定一排U形钉，每排两个，位置为幅宽的三分点处。U形钉固定后释放张拉力，再进行覆土回填，这样有效地解决了土工格栅松弛的问题。

4.6 填料的摊铺及碾压

格栅铺设固定后，用装载机从一端开始上填料，填料通过倾倒的方式摊铺在土工格栅上，用 TY220推土机配合人工摊铺整平。施工中避免机械履带直接接触土工格栅(保证粗粒土的压实厚度不小于150mm)。在每层的上部分350mm范围内使用路基开挖的弱风化橄榄粗安岩作为填料，填料的最大粒径不大于200mm。施工中采用YZ20振动压路机碾压6遍，碾压时从格栅的中后部(相对于自由端的中后位置)开始碾压。同时为了麻袋内的土有一定的密实度，使用挖掘机斗拍压麻袋表面。在临近结构面的1m范围内采用小型压实机(型号:HCR90型内燃机械冲击夯，冲击力13KN，前进速度10～12m/min，功率4.5KW，跳机高度10～60mm，夯板尺寸300mm× 280mm)进行碾压，保证坡面后1m范围的压实不小于90%。碾压时保证填料含水率控制在最佳含水率的±2%范围内，用小型机具碾压边角。

4.7 反包麻袋

碾压完毕后，对路基填筑质量进行沉降差检测。检测合格后，拉起格栅使其反包土袋固定在填筑好的填料上。裁剪并按要求定位铺设上层格栅，用土工连接件将这层土工格栅与反包格栅连接在一起；堆码土袋，再张拉、固定、填土；重复以上的步骤直至完成全部填土施工。