生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基施工技术研究

蒋建清，杜勇立

(1. 湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000；2. 湖南省交通规划勘察设计院有限公司，长沙 410008)

生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基施工技术研究

蒋建清1，杜勇立2

(1. 湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000；2. 湖南省交通规划勘察设计院有限公司，长沙 410008)

为探索红层地区公路填方路堤工程的格宾支挡结构施工技术，发挥格宾石笼和土工加筋二者的技术优势，本文结合工程实践分析了生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基的基本构造原理、建造流程，以及施工准备、加筋格宾标准构件组装、加筋格宾构件分层现场拼装、面墙格宾网箱石料填充和路堤红砂岩粗粒土填料填筑等关键工序的施工技术和质量控制措施，可为制定生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基的施工方案和施工质量控制提供指导.

土工加筋；红砂岩粗粒土；生态格宾；路基；施工技术

从16世纪开始，欧洲的工程建设者们就使用装满泥土的柳条加强军事炮台和加固河堤.经过多年的积累和发展，如今此技术被称为“格宾石笼”技术.格宾石笼材料被世界上许多工程师认为是一种标准的建筑材料.现代格宾石笼技术是指将抗腐、耐磨、高强的低碳镀锌钢丝或铝锌合金钢丝，编织成双绞合六边形网目的网片，根据工程设计要求组装成网箱，并在网箱中装入块石等填充料的一项工程技术.这项技术能较好地实现工程结构与生态环境的有机结合，有成为保护河床、治理滑坡、防治泥石流灾害和防止落石兼顾环境保护首选结构形式的趋势[1-8].

随着工程师们对“格宾石笼”技术认识的加深，格宾石笼的应用范围逐渐开始在填方边坡、路基等土木工程中得到运用[9-11]，如在我国广西全州—兴安高速公路部分路堤挡墙[12]、珠海市斗门东堤软弱地基上抢险应急堤坝[13]以及京广铁路湖北广水改造工程孝子店山体滑坡治理[14]等工程中得到了成功使用.20世纪90年代以来，意大利马克菲尔集团将格宾结构成功应用于公路、铁路、水利、房建、矿山等工程.

可见，工程界在受力类似传统重力式挡墙的格宾石笼技术应用方面取得了一定成绩，但格宾石笼技术、土工加筋技术及环境岩土工程的结合在我国红层地区工程建设中的应用经验还有待加强，尚未明确有关设计、施工规程.因此，分析生态格宾加筋结构在红砂岩粗粒土路基中应用的施工技术，为红层地区公路填方路堤工程探索支挡结构应用型式，发挥格宾石笼和土工加筋二者的技术优势，有利于节省工程投资和保护生态环境，具有广阔的工程应用前景.

图1 加筋格宾结构构造

1 生态格宾加筋土结构基本构造原理

加筋格宾由面墙和拉筋构成，其面墙由填充石块的标准格宾网箱沿墙长和墙高方向在施工现场组装而成；拉筋为钢丝网面，拉筋与面墙石笼为同一钢丝网面的连续联结(见图1).格宾构件的

一般规格为幅长2 m，高0.5 m或1 m，加筋网面长度根据设计确定；其钢丝网面一般由PVC镀锌金属丝双绞合成六边形单元组成(简称格宾网).路基工程实践中，在格宾网箱中充填石块形成整体性强的挡土墙面墙，在拉筋钢丝网面上分层填筑路基填料、分层压实，构成拉筋钢丝网面与压实填土共同作用的受力体系，从而形成路基加筋土挡墙结构，其墙面可以是直立式、阶梯式，并可设置分级平台，格宾台面和墙面均便于自然(或人工)绿化(见图 2).

图2 格宾加筋红砂岩粗粒土路基示意图

加筋格宾施工便捷、工效高、可实现装配式施工；同时，与传统加筋土结构的混凝土面板相比，格宾面墙可以利用石笼内块石间的空隙排出墙后积水，保证加筋土挡墙的良好透水性，确保结构长期稳定；加筋格宾整体性强，格宾面墙的刚度也较好，结构刚柔相济、性能优越，能适应较大的不均匀沉降和上覆荷载；加筋格宾也是一种生态防护体系，野生植物或人工植被根系能扎入格宾石笼面墙石块之间的泥土，形成绿色生态土工结构.

2 生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基施工技术分析

2.1 建造流程

生态格宾加筋红砂岩粗粒土路基的基本施工流程如图3所示.

2.2 施工技术分析

2.2.1 施工准备

(1)结构回填料的选取.填料宜就地取材，消化路堑开挖弃方.填料应易压实，不含对格宾网面钢丝具腐蚀性的杂质.

(2)填料的基本物理及力学性质指标试验.通过室内和现场试验测得填料的物理力学指标.其中，宜采用室内大型击实试验确定红砂岩粗粒土最优含水量和最大干密度指标，作为施工质量检验与控制指标；宜采用室内大型三轴试验和现场推剪试验确定红砂岩粗粒土的强度和变形参数.

图3 格宾加筋土挡墙建造基本流程

(3)现场施工工艺试验.在大面积填筑施工前，首先宜在现场进行施工工艺试验，以确定达到设计压实度要求的压实遍数、分层压实厚度等施工参数.

(4)测量放线.根据设计图纸，将施工控制桩和控制线测设到实地，并立桩拉线标示，其精度必须满足设计和规范规定，避免因测量放线导致的墙面拐点，保证格宾面墙良好线型.应考虑到格宾面墙施工的工作面要求，基础应适当加宽0.3 m放线.

(5)地基处理与施工要求.在进行上部结构施工前，开挖地基至设计持力层，将持力层表面浮土、滞水、杂物等清理干净，在地基持力层有高差台阶处，应用人工修平且达到设计高程，并保证错台面成竖直角.地基整平压实验收合格后，铺设并压实厚度不小于30 cm的卵石层(卵石层厚度误差不应超过±5 cm)，然后再进行上部格宾加筋土路基挡墙施工.

2.2.2 加筋格宾标准构件组装

格宾构件一般是经过折叠压缩并且包装后出厂，从而减小其体积，降低运输成本.将运抵现场的格宾材料堆放在相对平整的场地上(见图4(a))，将折叠的加筋格宾原材料展开(见图4(b))；按折痕组合成面墙格宾网箱(见图4(c))；将前面板、侧面板、隔板及背板均应垂直摆放，格宾顶板处于打开状态，各相接面板边缘采用专门配备的绞合钢丝按间隔 10～15 cm 缠绕绞合锁紧(见图4(d)).一次绞合的边缘最长不应超过1 m，绞边钢丝的末端应缠绕在格宾网箱上.

图4 加筋格宾标准构件组装

2.2.3 加筋格宾构件分层现场拼装

(1)将预先组装好的加筋格宾标准构件逐个组合、安装到设计规定的位置，面墙上的相邻格宾网箱的所有邻边均用钢丝绞合、锁紧连接，形成连续的格宾网箱整体面墙，并及时铺展拉筋格宾网(见图5(a)).

(2)若格宾面墙长度不是标准格宾网箱尺寸的整数倍，需在特殊部位通过搭接措施调节标准格宾网箱长度，加筋格宾搭接方法如图 5(b)所示.在施工场地按要求依次铺设好加筋格宾构件，在需要搭接处，将搭接格宾网箱A的外侧端板裁下形成搭接端口，然后将格宾网箱B通过搭接端口插入网箱A内，通过控制插入距L2调整相邻格宾网箱的搭接长度.

(3)加筋格宾后部的拉筋网面必须完全伸展，以确保拉筋格宾网与红砂岩粗粒土填料之间的相互作用效果.拉筋格宾网尾部用小木桩(或钢筋)固定，固定点间隔不宜超过1 m(见图5(c)).相邻两幅拉筋格宾网面采用钢丝绞合、锁紧连接，锁紧绞合点间隔不宜超过1 m(见图5(d)).

图5 加筋格宾构件现场组合安装

2.2.4 面墙格宾网箱石料填充

格宾加筋构件按设计要求安装到相应标高后，即可对格宾网箱填充石料，完成相应标高的石笼面墙施工，并注意以下几点：

(1)面墙格宾石笼的石料筛选：用于填充格宾面墙的石料也属于格宾结构的材料，石料性质必须满足工程要求.最常使用的石料是圆形或块状的石头，其强度等级不宜小于 MU30，抗风化，不水解且有足够的硬度.石笼填充密实度对格宾墙面沉降有一定影响，因此，用于填充的石料应具备良好级配，石头应该有足够的大小而不至于从网格中掉落出来，其中的粗石料边长尺寸以100～200 mm 为宜(见图 6(a)).

(2)面墙石料填充时应注意沿墙长度方向协调石料的装填进度，保证在一定长度段内，相邻格宾网箱中石料填充高度差不超过标准格宾网箱高度H的1/3(见图6(b))，以防引起网箱边板挤压鼓胀变形，导致格宾网箱顶盖板盖合施工困难.

(3)为有效限制面墙变形，增加格宾石笼的侧向刚度，保证墙面平整度，每装填完格宾网箱高度1/3的石料时，在格宾网箱的前面板与后面板间设置拉结对拉钢丝，拉结点横向间距不宜大于40 cm(见图 6(c)).

(4)为减小石料填充后网箱的孔隙率，在一层石料填充完毕后，须嵌入小粒径碎石到粗石料的空隙中.每层格宾网箱中填充的石料应超高 3～5 cm，以补偿自重作用下网箱内石料孔隙的正常压缩.每层格宾网箱石料填充完成以后，将其顶盖板沿着所有的边板及隔板进行绞合，使其形成闭合的格宾石笼面墙.盖板上突出的边端钢丝应绕边板及隔板的钢丝缠绕两周、牢固绞合.相邻格宾顶盖板应同时绞合，绞合钢丝末端应折入格宾内部(见图6(d)).上、下两层格宾网箱构件之间，其所有邻边均应采用绞合钢丝按间隔 10～15 cm缠绕绞合锁紧.

(5)面墙格宾网箱填石时，应采用一定的临时支撑约束网箱的变形，以确保施工后的墙体外观规矩、平整(见图6(e)).

2.2.5 路堤红砂岩粗粒土填料填筑

(1)红砂岩粗粒土填筑基本方法.为更好地保护墙后的路基填料，填筑前在石笼网箱背部铺设土工布.为保证土工布安放牢固，其上部、下部分别嵌入红砂岩填料的宽度分别不宜少于 500 mm和200 mm(见图7(a)).面墙后路基回填土料质量指标(如最大干密度、最优含水量、压实标准)需在前期准备阶段通过试验确定.

在填料未摊铺到格宾网面上以前，严禁车辆和施工机械拉筋格宾网面上作业.红砂岩粗粒土填料按要求摊铺、整平后，宜采用轻型压路机进行第一遍碾压，若使用的是震动式压路机，应采用不震动模式进行填料的第一遍压实作业.填料碾压时先从拉筋格宾网长度的1/2处开始向筋带尾部方向碾压，然后再向面墙方向碾压；碾压时压路机行进方向宜垂直于拉筋格宾网的加筋长度方向，且往返2次碾压的轮迹搭接宽度应不小于轮宽的1/3(见图7(b)).第一遍宜“慢碾轻压”，以免填土将筋带推起或错位，第二遍及之后可“快碾重压”.碾压遍数以填筑工艺试验确定的达到压实标准的遍数为指导，以现场实测达到规定压实标准的碾压遍数为控制参数.

加筋区填料压实不得采用羊足碾.施工机械在加筋路基区作业时，拉筋格宾网面上填料的最小厚度应不小于20 cm.填料摊铺和压实机械施工时应慢速行驶，且不得急转弯和急刹车，以免格宾网面错位.距离面墙1 m范围内，宜用人工夯实或轻型机械压实，以免压实机械对格宾面墙造成挤压破坏.

图6 格宾网箱石笼装填成型

图7 红砂岩粗粒土填筑

(2)红砂岩填料填筑质量控制措施.红砂岩按其浸水崩解强弱特性可分为3种类型：Ⅰ类红砂岩一般在24 h内崩解成泥状、渣状、渣泥状或渣粒状，属软质岩；Ⅱ类红砂岩一般在24 h内崩解成大块状、块状、块粒状或粒状者，多属软质岩；Ⅲ类红砂岩一般在24 h内不崩解或仅在棱角处有少量崩解，属硬质岩.Ⅲ类红砂岩通常不经特殊处理可用来填筑路堤，但为控制Ⅰ类和Ⅱ类红砂岩颗粒在填筑后产生较大崩解，引起路堤开裂、不均匀沉降等病害，一般需在土料场将超大粒径红砂岩用碎石机冲击解小(对个别不易破碎的可以人工剔除)，然后对其进行洒水预崩解，再用羊角碾碾压解小，经过上述处理工艺后再用于路堤填筑(见图8).同时，为了避免因红砂岩软化崩解对路基工程质量的危害，在施工过程中宜用渗透系数小的粘土对红砂岩路堤边坡进行包边和夯实处理(粘土包边厚度不宜小于50 cm)，以降低雨水和温度变化等外界因素对路堤内部红砂岩粗粒土工程性质的影响.为保证红砂岩路基填料压实度符合设计要求，还应注意以下几点：

①红砂岩粗粒土填筑前，应先进行填筑工艺试验，确定填筑机械、摊铺厚度和合理碾压遍数.红砂岩填料必须分层摊铺、压实，摊铺厚度应均匀、压实后表面应平整.

②填料摊铺宜由面墙向拉筋格宾网尾部展开，雨天严禁进行填料摊铺和压实作业.红砂岩填料填筑时含水量控制在最佳含水量±2%左右为宜.

④每层红砂岩粗粒土碾压完成后应按文献[15]对其进行压实度检查，埋深0～0.8 m、0.8～1.5 m和 1.5m以上范围填料的压实度应分别不小于96%、94%和93%.检测点以每2500 m或每 50 m长工程段不少于3个点为宜，检测点应相互错开，随机选定，格宾石笼面墙后1 m范围内至少应有1个检测点.采用灌砂法、环刀法等检测红砂岩粗粒土路基压实度，都将遇到钻孔困难、测量体积小等问题，建议用移动式核子密度仪测定红砂岩填料压实度.当现场检测的压实度不能满足设计要求时，应增加碾压遍数，直至压实度满足要求为止.

图8 红砂岩填料破碎解小施工

3 结论

为探索红层地区公路填方路堤工程的格宾支挡结构应用技术，发挥格宾石笼和土工加筋二者的技术优势，结合工程实践对生态格宾加筋结构在红砂岩粗粒土路基中应用的施工技术进行分析，分析了格宾加筋红砂岩粗粒土路基的基本构造原理、建造流程，以及施工准备、加筋格宾标准构件组装、加筋格宾构件分层现场拼装、面墙格宾网箱石料填充和路堤红砂岩粗粒土填料填筑等关键工序的施工技术和质量控制措施，为制定格宾加筋红砂岩粗粒土路基的施工方案和施工质量控制提供指导，具有广阔工程应用前景.

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[15]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准, 第一册: 土建工程[S].

(责任编校：陈健琼)

Analysis on Construction Technology of Red-sandstone Coarse-grained Soil Embankment Reinforced with Ecological Gabion Retaining Wall

JIANG Jianqing1, DU Yongli2

(1. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. Hunan Provincial Communications Planning, Surveyamp; Design Institute, Changsha, Hunan 410008, China)

In order to explore the application technology of the gabion reinforced structure for the embankment in the red-bed area and to play the technical advantages of both gabion cage and geotechnical reinforcement, and based on the engineering practice, this paper analyzed the basic structure principle,construction process, construction preparation, reinforced gabion standard component production, reinforced gabion component layered field assembly, the face wall gabion cages filled with stone, embankment red-sandstone coarse-grained filling and other key processes of construction technology and quality control measures. It provides guidance for the construction scheme and construction quality control of the coarse grained soil sub-grade of gabion reinforced red-sandstone, and has broad engineering application prospect.

geotechnical reinforcement; red-sandstone coarse-grained soil; ecological gabion;embankment; construction technology

U416.1

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.05.0001

1672–7304(2017)05–0001–06

2017-07-12

国家自然科学基金项目(51308198)；湖南省自然科学基金项目(2017JJ2021)

蒋建清(1979-)，男，湖南宁乡人，副教授，博士，主要从事岩土工程、结构工程研究.E-mail: 401178435@qq.com