土工格柵加筋及鋼板樁在庫岸公路中的應(yīng)用

張翔翔

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 引言

目前，護(hù)坡防護(hù)的方法大多是利用拋石、石籠等直接對庫岸邊坡進(jìn)行加固，防止水流侵蝕，但因風(fēng)吹日曬等作用，邊坡防護(hù)效果降低，并在一定程度上影響庫岸邊坡的美觀，因此，完善現(xiàn)代護(hù)坡技術(shù)具有重要的意義。隨著加筋土新技術(shù)的出現(xiàn)和新型土工合成材料的研究與發(fā)展，土工格柵加筋技術(shù)在軟土地基的工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而鋼板樁具有尺寸規(guī)范合理、質(zhì)量與強(qiáng)度高、施工速度方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，在各類地質(zhì)條件均可實(shí)施，其使用范圍也越來越廣。

2 土工格柵加筋的工程特性

土工格柵是一種具有特殊性質(zhì)的土工合成材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度和較好的柔性，容許一定的變形[1]，與其他土工合成材料相比，土工格柵具有提高結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性、承載性、摩擦力、剪應(yīng)力和抗拉性能等能力，具有較強(qiáng)的錨固效果，能夠有效增強(qiáng)抗滑性以及土的整體穩(wěn)定性。土工格柵加筋是將筋材采用逐層設(shè)置的方法鋪設(shè)于邊坡中，從而提高土體模量、擴(kuò)散土體應(yīng)力、限制土體的側(cè)向變形等，進(jìn)一步提結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性[2]。

在實(shí)際工程中經(jīng)過不斷發(fā)展和應(yīng)用，土工格柵加筋現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于路基加固、邊坡加固、擋墻加固及地下結(jié)構(gòu)等實(shí)際工程中。針對庫岸公路工程建設(shè)當(dāng)中利用土工格柵加筋能夠有效防治路堤的不均勻沉降以及邊坡穩(wěn)定性等問題，進(jìn)而增強(qiáng)了土體整體穩(wěn)定以及承載能力。土工格柵加筋具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）土工格柵加筋具有質(zhì)量輕、韌性好、抗老化、耐腐蝕和高強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)，適合搬運(yùn)及運(yùn)輸，提高運(yùn)輸效率，節(jié)約土體資源和工程造價。

2）能夠有效提升庫岸邊坡填土的密實(shí)度，增強(qiáng)填土的表面力，防止滑塌和邊坡腐蝕，確保在工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

3）能夠分隔不同粒徑的兩種石料與路基，有效阻隔污染物。

4）土工格柵擁有良好的彎曲性能，可以生成天然的管道及時排出雨水或?qū)⒛承┮后w稀釋并過濾處理，其孔洞結(jié)構(gòu)還能利于植物的種植與生長，使坡面能與自然相融合，更加貼合生態(tài)建設(shè)。

3 鋼板樁的工程特性

鋼板樁是一種含鎖口、邊緣帶著聯(lián)動裝置的冷彎型鋼，側(cè)面鎖口可連續(xù)性搭接，聯(lián)動裝置自由組合進(jìn)而形成一種連續(xù)緊密的擋土、擋水的結(jié)構(gòu)體[3]。鋼板樁作為一種新型建材，廣泛用于庫岸邊坡、深基坑支護(hù)、隧道與圍堰等，在工程建設(shè)與防護(hù)中起著重要的作用，可以分為U 形、Z 形、L 形、S 形、直線形等數(shù)10 個規(guī)格。

鋼板樁的基本結(jié)構(gòu)有鋼制板樁、兩邊系接頭結(jié)構(gòu)以及在土中或水中構(gòu)成的墻壁[4]，由于結(jié)構(gòu)比較特殊，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）強(qiáng)度高，自身結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，形成的連續(xù)墻體具有很高的強(qiáng)度，承載能力強(qiáng)，樁體體積小，對周邊土體擾動小；

2）防水性能好，連接處的鎖口緊密，起到自然防滲的效果；

3）施工簡便高效，適應(yīng)不同情況的土質(zhì)以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防處理，樁長調(diào)節(jié)靈活，可按需要組成各種外形，裝卸運(yùn)輸方便，占用空間??；

4）耐久性好，而且可以多次重復(fù)使用，大大降低了成本；

5）環(huán)境友好，取土量、混凝土用量等相對較少，可在一定程度上保護(hù)土地資源等。

鋼板樁在運(yùn)到工地之前要做好進(jìn)場前的清理以及維護(hù)等工作，先前使用過的樁基礎(chǔ)在運(yùn)輸和存放的過程中易變形。因此，在運(yùn)輸?shù)倪^程中要盡量避免使其發(fā)生彎曲破壞，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后要用墊塊墊起樁身，且注意樁與樁之間留下方便吊車施工的空隙。在鋪設(shè)前還需與另外一個標(biāo)準(zhǔn)的樁身進(jìn)行比較來進(jìn)行檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)殘缺與損壞時需進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)救[5]。

4 工程實(shí)例

4.1 施工技術(shù)

本項(xiàng)目為阿夸依博州?？铺?9 km 公路項(xiàng)目，為防止路基的不均勻沉降以及邊坡開裂等影響，采用土工格柵加筋技術(shù)進(jìn)行施工。項(xiàng)目中選擇的是包裹式土工格柵加筋，用于內(nèi)排鋼板樁樁背回填砂層處理，盡可能地減少樁背回填砂及路面結(jié)構(gòu)層對內(nèi)排鋼板樁的側(cè)向土壓力，加固里程范圍為CH18+090.5～CH18+170.5，總長度80 m，結(jié)合工程具體情況制訂土工格柵加筋施工方案。每一層加筋的設(shè)計長度為7.6 m，回折反壓寬度不小于2.0 m，回折長度共計2.6 m，上下層土工格柵加筋間距均為0.3 m。筋料的選取應(yīng)采用蠕變小、強(qiáng)度與剛度高、拉伸變形弱、抗老化性強(qiáng)等，質(zhì)控抗拉強(qiáng)度不應(yīng)該小于100 kN/m，最大拉伸應(yīng)變不應(yīng)該大于10%，幅寬為不應(yīng)該小于5 m，永久性蠕變強(qiáng)度不應(yīng)該低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的容許抗拉強(qiáng)度等。土工格柵鋪裝以及加筋示意圖如圖1 和圖2 所示。包裹式前部壓載選擇塑料編織袋裝砂夾碎石，其寬度不應(yīng)該小于1.0 m，加筋最底層處既有內(nèi)排鋼板樁鉆孔并設(shè)置一直徑50 mm PVC 排水管，管內(nèi)端采用透水土工布包裹，加筋層底面鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜封閉，寬度為5.0 m。

圖1 土工格柵鋪裝示意圖

圖2 土工格柵加筋大樣圖

在本文所研究的項(xiàng)目中，南北走向的19 km 公路CH17+900～CH18+300（4#橋頭）段左側(cè)是既有公路，公路臨河而建。該段道路路基左側(cè)比鄰河道，河道與海相連，受其影響有潮汐規(guī)律，并于公路上述里程段內(nèi)有一90°回轉(zhuǎn)，水流由東西流向轉(zhuǎn)為北南流向后平行、比鄰右側(cè)的既有公路，由于河流的潮汐及河道轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的回流共同作用于既有路基，造成路基基體被嚴(yán)重沖刷、侵蝕，美孚石油公司位于發(fā)生沖刷的位置附近。為防路基實(shí)體被沖垮、塌毀，美孚石油公司早期先后在道路左側(cè)順線路方向內(nèi)外打入兩排鋼板樁，鋼板樁截面尺寸如圖3 所示，兩排樁之間進(jìn)行了砂回填，對既有公路路基進(jìn)行了防護(hù)。

圖3 既有鋼板樁截面尺寸

內(nèi)排鋼板樁樁頂帽梁采用C40 鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑，帽梁尺寸0.8 m×1.0 m，鋼板樁樁頂插入帽梁內(nèi)400～600 mm，既有鋼板樁樁頂高程不能滿足設(shè)計要求時，采用外排切割下來的鋼板樁進(jìn)行焊接接長或切割處理，樁頂帽梁內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土蓋板溝。溝頂與帽梁頂平齊，帽梁頂設(shè)置φ50 mm 鋼管扶手欄桿。由于樁間橫向沒有水平方向的拉錨，受樁間填砂的側(cè)壓力作用目前外側(cè)鋼板墻已倒、斜，內(nèi)側(cè)鋼板墻依然保持完好，并發(fā)揮著主要的防護(hù)作用。

4.2 施工注意事項(xiàng)

在各層土工格柵加筋以及鋼板樁的設(shè)置時，有以下注意事項(xiàng)。

1）土工格柵加筋鋪設(shè)之前，應(yīng)先開挖樁背既有填砂層至設(shè)計標(biāo)高位置并碾壓密實(shí)，然后先設(shè)置一層復(fù)合土工膜。設(shè)置土工格柵加筋的時候應(yīng)該將其展平、伸直，縱肋方向垂直于鋼板樁軸線方向，且自鋼板樁樁背開始向后逐漸升高使得筋帶的后端比前端高約0.1 m。填土之前使拉筋產(chǎn)生一定的伸長量，用騎馬釘釘入土體內(nèi)部固定，騎馬釘間距不大于1.0 m，呈正方形布設(shè)。

2）在填料攤鋪的過程中，卸料機(jī)具和鋼板樁二者間距應(yīng)該大于或等于1.0 m。碾壓的正確順序應(yīng)該首先是拉筋的中部，其次是尾部，最后才是前部。卸料機(jī)具不能在還未來得及鋪設(shè)填料的筋帶上運(yùn)行，不允許機(jī)具對土工格柵等進(jìn)行直接碾壓，也不允許沿著拉筋的受力方向進(jìn)行推工。當(dāng)施工機(jī)械在拉筋上運(yùn)行或是對填土進(jìn)行碾壓的過程中，筋材上的填土厚度不應(yīng)該小于0.2 m，對于較重的碾壓機(jī)械在距離塑料編織袋裝砂夾碎石壓載體的大于或等于1.0 m 時，在1.0 m 這個范圍內(nèi)應(yīng)該用小型的機(jī)械壓實(shí)或者是人工夯實(shí)以達(dá)到設(shè)計所要求的密實(shí)度。

3）在樁背的回填料處，袋裝砂夾碎石外應(yīng)選擇砂性土或者是中粗砂，橫斷面的設(shè)計水位標(biāo)高以下應(yīng)選擇滲水土，不允許含有粒徑大于10 cm 以及帶有尖銳棱角的碎塊石等，從而保證土工格柵加筋具有足夠的抵抗變形的能力。填料時應(yīng)該嚴(yán)格按照分層來進(jìn)行壓實(shí)，每次壓實(shí)的厚度不應(yīng)該超過0.3 m，可以利用振動式壓路機(jī)或者是其他類型的重型碾壓機(jī)進(jìn)行充分碾壓，以達(dá)到路基規(guī)范所要求的壓實(shí)密度。

4.3 工程質(zhì)量控制措施

在庫岸公路施工過程中，有必要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況采用與之相適應(yīng)的護(hù)坡方法，應(yīng)該加強(qiáng)質(zhì)量的控制與管理工作，有效提高工程的整體質(zhì)量。同時，應(yīng)該加強(qiáng)施工、管理人員的技術(shù)培訓(xùn)等措施，樹立起良好的質(zhì)量意識與安全意識，注意施工不當(dāng)可能會引起的問題并及時采取補(bǔ)救措施，通過不同的質(zhì)量控制策略以及支護(hù)方式保證庫岸邊坡工程的順利建設(shè)。

5 結(jié)語

本文以實(shí)際工程為依托，探討了土工格柵加筋和鋼板樁等支護(hù)方式的應(yīng)用，在合理解決邊坡支護(hù)問題的同時，綜合了傳統(tǒng)方式的特點(diǎn)，減少了占地，地基承載力也得到有效保證，完工后的庫岸邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、節(jié)約資源。本文護(hù)坡方式的研究對于指導(dǎo)加筋邊坡的理論分析和設(shè)計以及鋼板樁的廣泛應(yīng)用具一定的指導(dǎo)意義，同時，本項(xiàng)目研究成果也能推廣至鐵路、礦業(yè)等其他工程領(lǐng)域，豐富護(hù)坡方式的設(shè)計理論實(shí)踐，為其他類似工程的綜合整治提供參考和借鑒。