生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術(shù)研究

蔣建清，杜勇立

(1. 湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽 413000；2. 湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，長沙 410008)

生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術(shù)研究

蔣建清1，杜勇立2

(1. 湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽 413000；2. 湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，長沙 410008)

為探索紅層地區(qū)公路填方路堤工程的格賓支擋結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，發(fā)揮格賓石籠和土工加筋二者的技術(shù)優(yōu)勢，本文結(jié)合工程實踐分析了生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的基本構(gòu)造原理、建造流程，以及施工準備、加筋格賓標準構(gòu)件組裝、加筋格賓構(gòu)件分層現(xiàn)場拼裝、面墻格賓網(wǎng)箱石料填充和路堤紅砂巖粗粒土填料填筑等關(guān)鍵工序的施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施，可為制定生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的施工方案和施工質(zhì)量控制提供指導(dǎo).

土工加筋；紅砂巖粗粒土；生態(tài)格賓；路基；施工技術(shù)

從16世紀開始，歐洲的工程建設(shè)者們就使用裝滿泥土的柳條加強軍事炮臺和加固河堤.經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，如今此技術(shù)被稱為“格賓石籠”技術(shù).格賓石籠材料被世界上許多工程師認為是一種標準的建筑材料.現(xiàn)代格賓石籠技術(shù)是指將抗腐、耐磨、高強的低碳鍍鋅鋼絲或鋁鋅合金鋼絲，編織成雙絞合六邊形網(wǎng)目的網(wǎng)片，根據(jù)工程設(shè)計要求組裝成網(wǎng)箱，并在網(wǎng)箱中裝入塊石等填充料的一項工程技術(shù).這項技術(shù)能較好地實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的有機結(jié)合，有成為保護河床、治理滑坡、防治泥石流災(zāi)害和防止落石兼顧環(huán)境保護首選結(jié)構(gòu)形式的趨勢[1-8].

隨著工程師們對“格賓石籠”技術(shù)認識的加深，格賓石籠的應(yīng)用范圍逐漸開始在填方邊坡、路基等土木工程中得到運用[9-11]，如在我國廣西全州—興安高速公路部分路堤擋墻[12]、珠海市斗門東堤軟弱地基上搶險應(yīng)急堤壩[13]以及京廣鐵路湖北廣水改造工程孝子店山體滑坡治理[14]等工程中得到了成功使用.20世紀90年代以來，意大利馬克菲爾集團將格賓結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于公路、鐵路、水利、房建、礦山等工程.

可見，工程界在受力類似傳統(tǒng)重力式擋墻的格賓石籠技術(shù)應(yīng)用方面取得了一定成績，但格賓石籠技術(shù)、土工加筋技術(shù)及環(huán)境巖土工程的結(jié)合在我國紅層地區(qū)工程建設(shè)中的應(yīng)用經(jīng)驗還有待加強，尚未明確有關(guān)設(shè)計、施工規(guī)程.因此，分析生態(tài)格賓加筋結(jié)構(gòu)在紅砂巖粗粒土路基中應(yīng)用的施工技術(shù)，為紅層地區(qū)公路填方路堤工程探索支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用型式，發(fā)揮格賓石籠和土工加筋二者的技術(shù)優(yōu)勢，有利于節(jié)省工程投資和保護生態(tài)環(huán)境，具有廣闊的工程應(yīng)用前景.

圖1 加筋格賓結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1 生態(tài)格賓加筋土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造原理

加筋格賓由面墻和拉筋構(gòu)成，其面墻由填充石塊的標準格賓網(wǎng)箱沿墻長和墻高方向在施工現(xiàn)場組裝而成；拉筋為鋼絲網(wǎng)面，拉筋與面墻石籠為同一鋼絲網(wǎng)面的連續(xù)聯(lián)結(jié)(見圖1).格賓構(gòu)件的

一般規(guī)格為幅長2 m，高0.5 m或1 m，加筋網(wǎng)面長度根據(jù)設(shè)計確定；其鋼絲網(wǎng)面一般由PVC鍍鋅金屬絲雙絞合成六邊形單元組成(簡稱格賓網(wǎng)).路基工程實踐中，在格賓網(wǎng)箱中充填石塊形成整體性強的擋土墻面墻，在拉筋鋼絲網(wǎng)面上分層填筑路基填料、分層壓實，構(gòu)成拉筋鋼絲網(wǎng)面與壓實填土共同作用的受力體系，從而形成路基加筋土擋墻結(jié)構(gòu)，其墻面可以是直立式、階梯式，并可設(shè)置分級平臺，格賓臺面和墻面均便于自然(或人工)綠化(見圖 2).

圖2 格賓加筋紅砂巖粗粒土路基示意圖

加筋格賓施工便捷、工效高、可實現(xiàn)裝配式施工；同時，與傳統(tǒng)加筋土結(jié)構(gòu)的混凝土面板相比，格賓面墻可以利用石籠內(nèi)塊石間的空隙排出墻后積水，保證加筋土擋墻的良好透水性，確保結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定；加筋格賓整體性強，格賓面墻的剛度也較好，結(jié)構(gòu)剛?cè)嵯酀?、性能?yōu)越，能適應(yīng)較大的不均勻沉降和上覆荷載；加筋格賓也是一種生態(tài)防護體系，野生植物或人工植被根系能扎入格賓石籠面墻石塊之間的泥土，形成綠色生態(tài)土工結(jié)構(gòu).

2 生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術(shù)分析

2.1 建造流程

生態(tài)格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的基本施工流程如圖3所示.

2.2 施工技術(shù)分析

2.2.1 施工準備

(1)結(jié)構(gòu)回填料的選取.填料宜就地取材，消化路塹開挖棄方.填料應(yīng)易壓實，不含對格賓網(wǎng)面鋼絲具腐蝕性的雜質(zhì).

(2)填料的基本物理及力學(xué)性質(zhì)指標試驗.通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗測得填料的物理力學(xué)指標.其中，宜采用室內(nèi)大型擊實試驗確定紅砂巖粗粒土最優(yōu)含水量和最大干密度指標，作為施工質(zhì)量檢驗與控制指標；宜采用室內(nèi)大型三軸試驗和現(xiàn)場推剪試驗確定紅砂巖粗粒土的強度和變形參數(shù).

圖3 格賓加筋土擋墻建造基本流程

(3)現(xiàn)場施工工藝試驗.在大面積填筑施工前，首先宜在現(xiàn)場進行施工工藝試驗，以確定達到設(shè)計壓實度要求的壓實遍數(shù)、分層壓實厚度等施工參數(shù).

(4)測量放線.根據(jù)設(shè)計圖紙，將施工控制樁和控制線測設(shè)到實地，并立樁拉線標示，其精度必須滿足設(shè)計和規(guī)范規(guī)定，避免因測量放線導(dǎo)致的墻面拐點，保證格賓面墻良好線型.應(yīng)考慮到格賓面墻施工的工作面要求，基礎(chǔ)應(yīng)適當加寬0.3 m放線.

(5)地基處理與施工要求.在進行上部結(jié)構(gòu)施工前，開挖地基至設(shè)計持力層，將持力層表面浮土、滯水、雜物等清理干凈，在地基持力層有高差臺階處，應(yīng)用人工修平且達到設(shè)計高程，并保證錯臺面成豎直角.地基整平壓實驗收合格后，鋪設(shè)并壓實厚度不小于30 cm的卵石層(卵石層厚度誤差不應(yīng)超過±5 cm)，然后再進行上部格賓加筋土路基擋墻施工.

2.2.2 加筋格賓標準構(gòu)件組裝

格賓構(gòu)件一般是經(jīng)過折疊壓縮并且包裝后出廠，從而減小其體積，降低運輸成本.將運抵現(xiàn)場的格賓材料堆放在相對平整的場地上(見圖4(a))，將折疊的加筋格賓原材料展開(見圖4(b))；按折痕組合成面墻格賓網(wǎng)箱(見圖4(c))；將前面板、側(cè)面板、隔板及背板均應(yīng)垂直擺放，格賓頂板處于打開狀態(tài)，各相接面板邊緣采用專門配備的絞合鋼絲按間隔 10～15 cm 纏繞絞合鎖緊(見圖4(d)).一次絞合的邊緣最長不應(yīng)超過1 m，絞邊鋼絲的末端應(yīng)纏繞在格賓網(wǎng)箱上.

圖4 加筋格賓標準構(gòu)件組裝

2.2.3 加筋格賓構(gòu)件分層現(xiàn)場拼裝

(1)將預(yù)先組裝好的加筋格賓標準構(gòu)件逐個組合、安裝到設(shè)計規(guī)定的位置，面墻上的相鄰格賓網(wǎng)箱的所有鄰邊均用鋼絲絞合、鎖緊連接，形成連續(xù)的格賓網(wǎng)箱整體面墻，并及時鋪展拉筋格賓網(wǎng)(見圖5(a)).

(2)若格賓面墻長度不是標準格賓網(wǎng)箱尺寸的整數(shù)倍，需在特殊部位通過搭接措施調(diào)節(jié)標準格賓網(wǎng)箱長度，加筋格賓搭接方法如圖 5(b)所示.在施工場地按要求依次鋪設(shè)好加筋格賓構(gòu)件，在需要搭接處，將搭接格賓網(wǎng)箱A的外側(cè)端板裁下形成搭接端口，然后將格賓網(wǎng)箱B通過搭接端口插入網(wǎng)箱A內(nèi)，通過控制插入距L2調(diào)整相鄰格賓網(wǎng)箱的搭接長度.

(3)加筋格賓后部的拉筋網(wǎng)面必須完全伸展，以確保拉筋格賓網(wǎng)與紅砂巖粗粒土填料之間的相互作用效果.拉筋格賓網(wǎng)尾部用小木樁(或鋼筋)固定，固定點間隔不宜超過1 m(見圖5(c)).相鄰兩幅拉筋格賓網(wǎng)面采用鋼絲絞合、鎖緊連接，鎖緊絞合點間隔不宜超過1 m(見圖5(d)).

圖5 加筋格賓構(gòu)件現(xiàn)場組合安裝

2.2.4 面墻格賓網(wǎng)箱石料填充

格賓加筋構(gòu)件按設(shè)計要求安裝到相應(yīng)標高后，即可對格賓網(wǎng)箱填充石料，完成相應(yīng)標高的石籠面墻施工，并注意以下幾點：

(1)面墻格賓石籠的石料篩選：用于填充格賓面墻的石料也屬于格賓結(jié)構(gòu)的材料，石料性質(zhì)必須滿足工程要求.最常使用的石料是圓形或塊狀的石頭，其強度等級不宜小于 MU30，抗風(fēng)化，不水解且有足夠的硬度.石籠填充密實度對格賓墻面沉降有一定影響，因此，用于填充的石料應(yīng)具備良好級配，石頭應(yīng)該有足夠的大小而不至于從網(wǎng)格中掉落出來，其中的粗石料邊長尺寸以100～200 mm 為宜(見圖 6(a)).

(2)面墻石料填充時應(yīng)注意沿墻長度方向協(xié)調(diào)石料的裝填進度，保證在一定長度段內(nèi)，相鄰格賓網(wǎng)箱中石料填充高度差不超過標準格賓網(wǎng)箱高度H的1/3(見圖6(b))，以防引起網(wǎng)箱邊板擠壓鼓脹變形，導(dǎo)致格賓網(wǎng)箱頂蓋板蓋合施工困難.

(3)為有效限制面墻變形，增加格賓石籠的側(cè)向剛度，保證墻面平整度，每裝填完格賓網(wǎng)箱高度1/3的石料時，在格賓網(wǎng)箱的前面板與后面板間設(shè)置拉結(jié)對拉鋼絲，拉結(jié)點橫向間距不宜大于40 cm(見圖 6(c)).

(4)為減小石料填充后網(wǎng)箱的孔隙率，在一層石料填充完畢后，須嵌入小粒徑碎石到粗石料的空隙中.每層格賓網(wǎng)箱中填充的石料應(yīng)超高 3～5 cm，以補償自重作用下網(wǎng)箱內(nèi)石料孔隙的正常壓縮.每層格賓網(wǎng)箱石料填充完成以后，將其頂蓋板沿著所有的邊板及隔板進行絞合，使其形成閉合的格賓石籠面墻.蓋板上突出的邊端鋼絲應(yīng)繞邊板及隔板的鋼絲纏繞兩周、牢固絞合.相鄰格賓頂蓋板應(yīng)同時絞合，絞合鋼絲末端應(yīng)折入格賓內(nèi)部(見圖6(d)).上、下兩層格賓網(wǎng)箱構(gòu)件之間，其所有鄰邊均應(yīng)采用絞合鋼絲按間隔 10～15 cm纏繞絞合鎖緊.

(5)面墻格賓網(wǎng)箱填石時，應(yīng)采用一定的臨時支撐約束網(wǎng)箱的變形，以確保施工后的墻體外觀規(guī)矩、平整(見圖6(e)).

2.2.5 路堤紅砂巖粗粒土填料填筑

(1)紅砂巖粗粒土填筑基本方法.為更好地保護墻后的路基填料，填筑前在石籠網(wǎng)箱背部鋪設(shè)土工布.為保證土工布安放牢固，其上部、下部分別嵌入紅砂巖填料的寬度分別不宜少于 500 mm和200 mm(見圖7(a)).面墻后路基回填土料質(zhì)量指標(如最大干密度、最優(yōu)含水量、壓實標準)需在前期準備階段通過試驗確定.

在填料未攤鋪到格賓網(wǎng)面上以前，嚴禁車輛和施工機械拉筋格賓網(wǎng)面上作業(yè).紅砂巖粗粒土填料按要求攤鋪、整平后，宜采用輕型壓路機進行第一遍碾壓，若使用的是震動式壓路機，應(yīng)采用不震動模式進行填料的第一遍壓實作業(yè).填料碾壓時先從拉筋格賓網(wǎng)長度的1/2處開始向筋帶尾部方向碾壓，然后再向面墻方向碾壓；碾壓時壓路機行進方向宜垂直于拉筋格賓網(wǎng)的加筋長度方向，且往返2次碾壓的輪跡搭接寬度應(yīng)不小于輪寬的1/3(見圖7(b)).第一遍宜“慢碾輕壓”，以免填土將筋帶推起或錯位，第二遍及之后可“快碾重壓”.碾壓遍數(shù)以填筑工藝試驗確定的達到壓實標準的遍數(shù)為指導(dǎo)，以現(xiàn)場實測達到規(guī)定壓實標準的碾壓遍數(shù)為控制參數(shù).

加筋區(qū)填料壓實不得采用羊足碾.施工機械在加筋路基區(qū)作業(yè)時，拉筋格賓網(wǎng)面上填料的最小厚度應(yīng)不小于20 cm.填料攤鋪和壓實機械施工時應(yīng)慢速行駛，且不得急轉(zhuǎn)彎和急剎車，以免格賓網(wǎng)面錯位.距離面墻1 m范圍內(nèi)，宜用人工夯實或輕型機械壓實，以免壓實機械對格賓面墻造成擠壓破壞.

圖6 格賓網(wǎng)箱石籠裝填成型

圖7 紅砂巖粗粒土填筑

(2)紅砂巖填料填筑質(zhì)量控制措施.紅砂巖按其浸水崩解強弱特性可分為3種類型：Ⅰ類紅砂巖一般在24 h內(nèi)崩解成泥狀、渣狀、渣泥狀或渣粒狀，屬軟質(zhì)巖；Ⅱ類紅砂巖一般在24 h內(nèi)崩解成大塊狀、塊狀、塊粒狀或粒狀者，多屬軟質(zhì)巖；Ⅲ類紅砂巖一般在24 h內(nèi)不崩解或僅在棱角處有少量崩解，屬硬質(zhì)巖.Ⅲ類紅砂巖通常不經(jīng)特殊處理可用來填筑路堤，但為控制Ⅰ類和Ⅱ類紅砂巖顆粒在填筑后產(chǎn)生較大崩解，引起路堤開裂、不均勻沉降等病害，一般需在土料場將超大粒徑紅砂巖用碎石機沖擊解小(對個別不易破碎的可以人工剔除)，然后對其進行灑水預(yù)崩解，再用羊角碾碾壓解小，經(jīng)過上述處理工藝后再用于路堤填筑(見圖8).同時，為了避免因紅砂巖軟化崩解對路基工程質(zhì)量的危害，在施工過程中宜用滲透系數(shù)小的粘土對紅砂巖路堤邊坡進行包邊和夯實處理(粘土包邊厚度不宜小于50 cm)，以降低雨水和溫度變化等外界因素對路堤內(nèi)部紅砂巖粗粒土工程性質(zhì)的影響.為保證紅砂巖路基填料壓實度符合設(shè)計要求，還應(yīng)注意以下幾點：

①紅砂巖粗粒土填筑前，應(yīng)先進行填筑工藝試驗，確定填筑機械、攤鋪厚度和合理碾壓遍數(shù).紅砂巖填料必須分層攤鋪、壓實，攤鋪厚度應(yīng)均勻、壓實后表面應(yīng)平整.

②填料攤鋪宜由面墻向拉筋格賓網(wǎng)尾部展開，雨天嚴禁進行填料攤鋪和壓實作業(yè).紅砂巖填料填筑時含水量控制在最佳含水量±2%左右為宜.

④每層紅砂巖粗粒土碾壓完成后應(yīng)按文獻[15]對其進行壓實度檢查，埋深0～0.8 m、0.8～1.5 m和 1.5m以上范圍填料的壓實度應(yīng)分別不小于96%、94%和93%.檢測點以每2500 m或每 50 m長工程段不少于3個點為宜，檢測點應(yīng)相互錯開，隨機選定，格賓石籠面墻后1 m范圍內(nèi)至少應(yīng)有1個檢測點.采用灌砂法、環(huán)刀法等檢測紅砂巖粗粒土路基壓實度，都將遇到鉆孔困難、測量體積小等問題，建議用移動式核子密度儀測定紅砂巖填料壓實度.當現(xiàn)場檢測的壓實度不能滿足設(shè)計要求時，應(yīng)增加碾壓遍數(shù)，直至壓實度滿足要求為止.

圖8 紅砂巖填料破碎解小施工

3 結(jié)論

為探索紅層地區(qū)公路填方路堤工程的格賓支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)，發(fā)揮格賓石籠和土工加筋二者的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合工程實踐對生態(tài)格賓加筋結(jié)構(gòu)在紅砂巖粗粒土路基中應(yīng)用的施工技術(shù)進行分析，分析了格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的基本構(gòu)造原理、建造流程，以及施工準備、加筋格賓標準構(gòu)件組裝、加筋格賓構(gòu)件分層現(xiàn)場拼裝、面墻格賓網(wǎng)箱石料填充和路堤紅砂巖粗粒土填料填筑等關(guān)鍵工序的施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施，為制定格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的施工方案和施工質(zhì)量控制提供指導(dǎo)，具有廣闊工程應(yīng)用前景.

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(責(zé)任編校：陳健瓊)

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

國家自然科學(xué)基金項目(51308198)；湖南省自然科學(xué)基金項目(2017JJ2021)

蔣建清(1979-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，副教授，博士，主要從事巖土工程、結(jié)構(gòu)工程研究.E-mail: 401178435@qq.com