土工合成材料在边坡工程中的加固及修复★

2019-02-14周星宇冯云鹏

山西建筑 2019年18期

周星宇李铮冯云鹏王辰

(石家庄铁道大学，河北石家庄 050043)

我国特殊的气候条件和地质环境，大规模降水、地震及人类活动等导致洪涝灾害、滑坡、泥石流等地质灾害和边坡垮塌事件频发、路基沉降及地面塌陷等工程病害难以治理，给工程实践带来巨大困难。因此针对以上问题，本文提出以加筋土技术为主要设计理念，联合多类别土工合成材料共同使用的方法对工程实践进行加固及生态修复。

1 土工合成材料的概况

土工合成材料是指工程建设中与土、岩石或其他材料接触的聚合物材料，包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料。其经济高效，施工简单、造型美观，具有反滤、排水、防渗、加筋和防护等多种功能。土工膜可以减小或阻止水的渗透和流水侵蚀，在水利工程中主要用于大坝与渠道防渗、河道与渠道防护，例如南水北调工程。多孔型土工网提供排水路径用于大坝的排水，土工织物由纤维编织而成，其过滤作用有效阻止土颗粒的流失。土工格栅具有极高的抗拉强度能有效减少软土地基的沉降，防止软土地基和路堤的整体破坏。通过加筋还可以修建更陡一些的边坡以及修复已破坏的边坡。土工网垫的存在可以有效保护草籽和边坡土不被侵蚀，防止水土流失，还可作为风蚀防护层保护以粉砂细砂填筑的边坡。

2 加筋土挡土墙的发展

据科学考证，数千年前人们就在土中加入芦苇来建造房屋，用木排修筑道路。汉书中也记载着长城的修筑材料中含有砂、砾石、红柳和芦苇。在水利工程中，荷兰人曾使用大量的柳枝来加固堤坝，防止冲刷。随着金属材料的大量使用，天然的筋材逐渐被金属所代替，20世纪初，美国利用金属构件分层加固了一座土坝的下游边坡。到20世纪60年代，法国著名的工程师亨利·维达尔在试验研究中发现，混入有机纤维材料的土体，强度明显改善，提出了较为系统的加筋土理论。加筋挡土墙是一种柔性支挡结构，由墙面板、基础、拉筋和填料组成，具有一定的适应变形的能力，对地基承载力要求低，适用于软土地基，多用于支挡填土工程。具有施工便捷，工期短，价格低廉，便于制作等优点。主要依靠拉筋与土体之间的摩擦作用、粘结力来平衡土体对墙面板的压力。与重力式挡墙相比，自重小，经济效率高。自20世纪70年代引入我国起，已将该技术广泛的运用到公路、铁路、林业、城建、水利等方面。加筋技术用于边坡工程中，墙面板可以用土工网垫与植被来代替，不仅起到了防护坡面、防止拉筋间填土被侧向挤出的作用，还可以绿化环境，改善空气质量。

3 国内边坡治理的相关背景

山区丘陵地带的工程建设中，边坡治理最为重要，尤其是在地质地貌情况复杂多变的山区，边坡失稳破坏是诱发其他地质灾害的关键因素，变形破坏是一个由量变到质变的过程，总是由缓慢的、局部的变形逐步发展演化成快速的、整体的破坏。

边坡是滑坡灾害发生的主体，施工开挖对土体造成扰动，改变了原位土体的应力状态，且应力场稳定具有滞后性，因此必须做好边坡的勘察工作，如边坡的调查测绘、边坡岩土试验、监测等。此外，防护技术一般采取工程防护与植物防护两者结合，加固处理方法采取排水措施、刷方减重，且设置挡土墙。施工开挖和占用道路沿线也使部分区域地表裸露，该地区抵御侵蚀的能力被削弱，水土流失严重，不利于其自然环境的修复。针对上述情况，植被护坡技术就显得尤为重要。植被护坡技术主要采取液压喷播技术、三维网喷播植草技术、客土喷播技术等。

4 应用现状

4.1 传统措施

浆砌块石、混凝土砌块等传统护坡技术，自重大、刚度大、柔性差，容易产生大的脆性断裂，对于变形的适应能力低下，一方面，大量雨水冲刷坡面，造成土颗粒大量流失，掏蚀坡体，不利于边坡稳定；另一方面，大量石料的使用和开采会对山区的环境造成破坏，并且混凝土色调单一，视觉效果差。

4.2 土工格栅

土工格栅加筋土垫层广泛应用于工程的加固和防护，格栅与土的界面作用，减小周围土体的应力和位移。筋土之间的摩阻力和筋材对土体的被动阻力能有效提高软土地基的承载力，调节地基不均匀沉降[1]。具体的实施过程如下：按照已有的基准点进行放线、钉桩，将边桩外引到用地红线桩处固定。之后用水准仪测量计算填挖交界线，注意钉桩撒线标记，设桩固定。清除表层的不良土壤，在填筑及碾压之前半填半挖，运用振动压路机进行碾压，对于交界面应碾压超过2遍，在交界面碾压成型后，清理干净格栅的铺设面。清理完成后，均匀平整铺设土工格栅。完成之后48 h内及时回填填料并压实[2]。

4.3 三维土工网垫

三维土工网垫是一种三维结构的用于植草固土的网垫，其材质疏松柔韧，耐久性好且具有较大的容土空间。可充填土壤、沙砾、细石和植物根系，长成后的草皮和网垫、土壤牢固的结合在一起，形成嵌锁体系，用于保持水土、坡面防护。对于已破坏的边坡，植物根系具有良好的固土作用，粗糙的网面，使风和水流产生涡流，产生消能作用，促使携带物沉积于网垫中。应用土工网垫植被护坡时，坡面应平整，应避免在高温、大雨或寒冷季节施工且在坡顶、坡趾和坡中间进行固定。

4.4 分析

土工格栅与三维土工网垫及其他合成材料使用依实际工程要求进行搭配，一方面边坡土体被加筋式挡土墙所加固，三维土工网垫铺设于斜坡表面植以草种用于防护，另一方面在土体内部布置塑料排水带进行排水、土工织物进行反滤，具有及时减小降雨时的孔隙水压力、减少土颗粒流失的功能。上述措施在一定程度上给工程建设提供方便，但是对于地质环境恶劣，建筑物要求极高、不能满足重要工程的要求时应采取安全性更高的大型边坡支挡结构。加筋土挡墙虽然能适应一定的变形，但是对于地震烈度极大的地区其抵御能力差，还需要进一步设计和研究。