土工格柵在工程中的應(yīng)用

□韓永峰（河南省水利第一工程局）

一、工程概況

新鄉(xiāng)潞王墳試驗段位于南水北調(diào)中線工程總干渠第Ⅳ渠段，新鄉(xiāng)市潞王墳鄉(xiāng)政府附近，長1.5km。本渠段渠坡巖性多由粘土巖和泥灰?guī)r組成，局部為砂巖或砂礫巖，巖性巖相變化較大，其中粘土巖以中等膨脹性為主，局部為強(qiáng)膨脹，成巖程度差；泥灰?guī)r以弱膨脹為主，上部膠結(jié)較好，下部稍差。

本項目主要任務(wù)是在新鄉(xiāng)潞王墳膨脹巖渠段進(jìn)行試驗研究，為南水北調(diào)中線總干渠膨脹巖渠坡處理提供安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理和有利于環(huán)保的措施，為工程設(shè)計的優(yōu)化提供依據(jù)，指導(dǎo)總干渠膨脹巖渠段的大面積施工。其中膨脹土處理方案之一為土工格柵+開挖料換填。

二、土工格柵應(yīng)用原理

土工格柵原理是在填土中沿應(yīng)變方向埋置土工格柵,形成一種復(fù)合體——加筋土，則土與格柵產(chǎn)生嵌鎖摩擦,使加筋土猶如具有某種程度的黏聚力,從而改善了土的力學(xué)特性，提高土體的穩(wěn)定性,減小土壓力,增大地基承載力,抑制土體的側(cè)向變形。這是由于水平的加筋與土體之間產(chǎn)生了摩擦作用,將引起的側(cè)向膨脹的拉力傳遞給格柵,使土體側(cè)向變形受到約束。

三、土工格柵設(shè)計指標(biāo)及材料檢驗

市場上銷售的格柵以高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)為主，近期又推出聚酯(PET)格柵。幾種材質(zhì)不同的格柵,其極限抗拉強(qiáng)度相同但蠕變強(qiáng)度差異很大。國際土工界曾做過這方面的蠕變試驗,有資料表明:在10%應(yīng)變時,在長期荷載作用下,120年后其結(jié)果是：聚丙烯格柵蠕變強(qiáng)度為極限抗拉強(qiáng)度的12%；聚乙烯格柵蠕變強(qiáng)度為極限抗拉強(qiáng)度的40%；聚酯格柵的蠕變強(qiáng)度為極限抗拉強(qiáng)度的57%。

該工程土工格柵設(shè)計指標(biāo)：采用耐久性能、耐溫性能、施工性能良好的單向高密度聚乙烯土工格柵，幅寬＞1m，材料性能指標(biāo)如下：抗拉強(qiáng)度≥80KN/m；延伸率≤12%；2%應(yīng)變對應(yīng)強(qiáng)度≥23KN/m；5%應(yīng)變對應(yīng)強(qiáng)度≥44KN/m；碳黑含量≥2.0%；蠕變強(qiáng)度（20℃）≥20KN/m。

土工格柵回填采用開挖泥灰?guī)r料（中～弱膨脹性），其最大粒徑應(yīng)≤100mm，＞5mm粒徑的顆粒含量不超過50%，控制含水率為最優(yōu)含水率+1～2%。

土工格柵用黑色薄膜包裹，進(jìn)場后對其包裝、外觀進(jìn)行檢查，顏色為黑色，色澤均勻，無明顯油污；外觀無損傷、破裂。土工格柵貯存時不得露天堆放，避免產(chǎn)品陽光長期照射，并離熱源2m。

檢驗時按同一牌號的原料、同一配方、同一規(guī)格的產(chǎn)品20000m2為一檢驗批，對其物理機(jī)械性能、尺寸及其偏差進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果符合GB/T17689-1999的規(guī)定。

四、碾壓試驗

進(jìn)行土工格柵+開挖料的碾壓試驗，確定鋪土厚度、碾壓機(jī)械、行走速度、碾壓遍數(shù)等施工參數(shù)。本工程采用的土工格柵處理層碾壓施工控制參數(shù)如下表：

五、施工工藝

具體施工工藝流程如下：

首先用人工清除坡面及渠底浮渣，要求平整度不超過5cm，遇地表積水提前抽排，挖除軟土，換填粘土壓實，保持基坑清潔、干燥，并用振動平碾穩(wěn)壓以保持表層平整、密實；其次嚴(yán)格按照施工圖放樣，做好邊樁、填土高度0.56m（虛土）、格柵邊線、邊坡坡比控制；第三，人工鋪設(shè)土工格柵，在坡面向上層包裹形成搭接，反包長度≮100cm。沿渠道水流方向平行搭接。格柵尾部與未開挖坡面形成順坡面向上的延伸，延伸長度≮30cm，尾部固定。格柵之間采用連接棒連接，格柵與土體之間采用Φ6鋼筋加工成U型錨接。

詳細(xì)施工步驟如下：①首先根據(jù)設(shè)計圖紙計算土工格柵長度，精確下料。②在處理層底層鋪設(shè)格柵材料，并將格柵底部與尾部自由端用U型錨筋固定于開挖坡面和地面。③通過格柵另一自由端拽緊格柵，并壓上填土。（或使用張拉梁將格柵拉緊）。填土用機(jī)械或人工堆放在拉緊后的格柵上面，車輛與施工機(jī)械等不得直接碾壓格柵，以免格柵損壞和松懈。④壓實至上層單向格柵標(biāo)高后，用灌水法取樣合格，由監(jiān)理認(rèn)可后，在壓實面放樣，削成設(shè)計坡，將預(yù)留格柵反包到填土上面，與上層格柵用連接棒連接。⑤用通過格柵網(wǎng)孔而鉤住格柵的張拉梁對主加筋格柵施加張拉力，繃緊格柵之間的連接并使在其之下的結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊。⑥在保持張拉格柵的同時，在格柵上填鋪一層填土（或在格柵末端釘上U型錨筋），以保證張拉設(shè)備移去后格柵不會回縮。⑦釋放張拉力并移去張拉梁。⑧重復(fù)以上施工步驟至頂層。⑨頂層格柵應(yīng)有足夠長度埋在填土下面，保證填土可提供足夠的約束力錨固格柵。

土工格柵處理層碾壓施工控制參數(shù)表

六、土工格柵施工優(yōu)點

參考本案例，結(jié)合土工格柵加筋擋土墻在公路、鐵路、港口、建筑等工程中的廣泛應(yīng)用，土工格柵存在如下方面的優(yōu)點：一是，屬柔性結(jié)構(gòu),能更好的適應(yīng)變形,在不良地基處采用尤能顯示其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，抗地震能力強(qiáng)；二是，能節(jié)省工程投資,能有效的節(jié)約用地和填料,具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢；三是，能有效的融入周邊環(huán)境,綠化、美化、恢復(fù)自然生態(tài),有著較好的社會效益；四是，施工方便快捷,能縮短施工工期,保證施工質(zhì)量。

七、土工格柵設(shè)計及施工控制重點

一是土工格柵加筋土方案選擇；二是，土工格柵長期設(shè)計強(qiáng)度的確定；三是，土工格柵不同材質(zhì)材料的選定；四是，土工格柵在施工現(xiàn)場的鋪設(shè)；五是，土工格柵加筋土的碾壓要求；六是，要結(jié)合支擋工程的地形地貌及地質(zhì)條件等進(jìn)行選擇。獲得足夠的加筋區(qū)域來保證加筋土的內(nèi)部和外部穩(wěn)定性及總體穩(wěn)定性；七是，適合于填方工程,特別是在半挖半填處的處理,尤能發(fā)揮作用。