钢塑土工格栅在边坡工程中应用案例

钢塑土工格栅在边坡工程中应用案例

陈梓荣

（福建省建筑科学研究院有限责任公司/福建省绿色建筑重点实验室 361006） 中图分类号：K928 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）12-0162-03

摘要：土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，可以用来加强土体强度。本文对山地建筑边坡（利用钢塑高强度土工格栅材料）进行理论计算和分析，并与竣工后监测结果进行对比分析，验证该新型材料能够发挥高强度抗拉特性，成为节省工程造价，边坡支护的强有力的土工材料，具有广阔的应用场景。

关键词：钢塑土工格栅；边坡支护；地质；稳定性；监测结果

质量等级为Ⅴ级。该层场地内除钻孔BK7外均有揭示，部分钻孔未揭穿，揭示层厚0.20m～8.20m，平均揭示厚度4.20m，层顶高程-7.15～19.42m。该层未发现洞穴、临空面及软弱夹层。

⑤中风化花岗岩（γ53）：灰黄，灰白色，中粒～中粗粒结构，块状构造，风化裂隙发育，呈短柱状～柱状、少量碎块。矿物成分主要为石英、长石、云母等。RQD值为40～75，岩体完整程度为较破碎～较完整，单轴极限抗压强度标准值为32.75MPa，岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭示层厚3.00～8.00m，平均揭示层厚5.22m，层顶高程-6.75m～17.92m。

该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第三组。

表1 岩土层地基基础设计计算参数

天然快剪 饱和快剪

饱和重度 天然重度内摩擦

γ粘聚力C 粘聚力C 内摩擦3

γ(kN/m) 角φ3

sat(kN/m) (kPa) (kPa) 角φ(°)

(°) 17.9 19.0 20.0* 21.0* 22.0* 23.5* 18

19.0 20.0 21.0* 22.0* 22.5* 24.0* 19

15.7 30.7 25.0* 35.0* 40.0* 65* 5

19.1 19.8 25.0* 30.0* 40.0* 40* 28

10.2 16.3 20.0* 30.0* 35.0* 65* 3

15.0 12.6 20.0* 25.0* 35.0* 40* 20

0 前言

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它以天然或人工合成聚合物（塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强（加固）或保护土体的作用。钢塑土工格栅是以高强钢丝(或其他纤维)，经特殊处理，与聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，并添加其他助剂，通过挤出使之成为复合型高强抗拉条带[1~3]。

目前土工合成材料已经广泛应用于公路、铁路、水利、电力、建筑、海港、采矿等各个领域[4~7]。本文以某边坡的钢塑土工格栅为加筋材料的加筋土挡墙支护结构为例，通过理论计算与竣工完成后监测数据对比分析，验证该材料在边坡工程中的可行性和应用前景。

1 工程概况

该场地周边为农田及果园山坡地。依据本场地建筑设计资料，水厂泵房、滤池、机修间、排泥排水池等设施室外地坪高程7.50m～21.00m(黄海高程，下同)，高于场地周边地面。根据设计要求，边坡总长度约400多米，高度约0～20m，主要采用局部钢塑土工格栅加筋土挡墙支护形式。

各土层编号及名称

2 场地工程地质

场地原为山坡地，交通较为便利。场地属于剥蚀残丘地貌单元。因建设需要，将对原场地进行开挖、回填平整。现地形东高西低，局部地段场地起伏较大。场地内孔口高程最大值20.72m，最小值1.27m，地表相对最大高差约19m。

根据钻探钻孔揭露，目前本场地内地层结构自上而下依次为：①粉质粘土、②残积砂质粘性土、③全风化花岗岩、④-1砂土状强风化花岗岩、④-2碎块状强风化花岗岩、⑤中风化花岗岩。现将各岩土层的岩性特征分述如下：

①粉质粘土（Q4dl）: 灰黄色、褐黄色，湿，呈可塑状态，主要成份为粘土矿物及少量石英中粗砂组成，局部夹有薄层中粗砂，光泽反应稍有光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。经杆长修正后标贯击数标准值N标准值＝8.5。层厚0.40～4.20m，平均厚度1.89m，层顶高程3.21～20.72m。

②残积砂质粘性土（Qpel）：黄褐色、红褐色，可塑状态，以粘粉粒为主，含粘土结核、铁锰质等，局部含少量角砾。切面较粗糙，稍有光泽，无摇振反应，干强度较高，韧性较好，属中等压缩性土，力学性质随深度增强。经杆长修正后标贯击数N标准值=15.8。层厚0.50m～9.00m，平均厚度3.91m，层顶高程1.27m～15.01m。该层未发现洞穴、临空面及软弱夹层。

③全风化花岗岩（γ53）：灰黄色，坚硬，饱和。风化不均，散体状构造，遇水易软化、崩解。矿物成分主要为石英、长石、云母风化形成的硬颗粒、次生矿物等。具原岩残余结构，属于极软岩，岩体基本质量等级为Ｖ级。经杆长修正后标贯击数N标准值=32.8。层厚1.20m～3.80m，平均厚度2.17m，层顶高程-1.88m～17.25m，该层未发现洞穴、临空面及软弱夹层。

④-1砂土状强风化花岗岩（γ53）：灰黄、灰褐色，坚硬，饱和，风化不均。岩芯呈散体砂土状，手捻即碎。该层水稳性差，遇水易软化、崩解。矿物成分主要为石英、长石、云母风化形成的硬颗粒、次生矿物等。具原岩残余结构，属于极软岩，完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。经杆长修正后标贯击数N标准值=50.8。层厚0.50～6.30m，平均厚度2.25m，层顶高程-4.68～15.95。该层未发现洞穴、临空面及软弱夹层。

④-2碎块状强风化花岗岩（γ53）：灰黄，灰白色，坚硬，饱和，风化不均。岩芯呈散体碎块状，中粗粒结构，碎裂状构造，钻进较慢，裂隙发育。矿物成分主要为石英、长石、云母风化形成的硬颗粒、次生矿物等。单轴极限抗压强度换算值标准值为7.75MPa，岩石坚硬程度为软岩，完整程度为破碎～极破碎，岩体基本

①粉质粘土 ②残积砂质粘性土 ③全风化花岗岩 ④-1砂土状强风化花岗岩④-2碎块状强风化花岗岩

⑤中风化花岗岩

新填土

注1：*内指标为经验值。

3 边坡设计概况

场地边坡4-4剖面主要采用加筋土挡墙支护形式，坡顶高程17.9～21.0m，坡脚高程7.5m，采用加筋土挡墙支护，支护形式采用4-4剖面，长度约134.9m；

筋材铺设：采用GSGS180-50钢塑土工格栅（代表异形钢塑土工格栅，纵向极限抗拉强度大于180kN/m，横向极限抗拉强度大于50kN/m），阳角区域采用GSGS120-120土工格栅（代表双向土工格栅，纵向和横向极限抗拉强度大于120kN/m），竖向每隔500mm铺设一层，回折2m。

排水通道：竖向每隔4m铺设一层500mm厚中粗砂排水层，上下各铺一层（≥2

200g/m）无纺土工布。

填料要求：采用透水性较好的中风化以上的土石混合填料，最大粒径小于5cm，不允许采用腐殖土、强风化泥岩等填料，分层压实，压实度距离坡面1m内大于90%，其它部位93%；填料容重大于18.5kN/m3，内摩擦角大于35°。

护面：沿坡面水平距离每隔3m设置1道竖梁，尺寸为300m×300mm，采用4C14配筋，C30混凝土浇筑；压顶梁采用300m×300mm, 采用4C14配筋，C30混凝土浇筑.

坡面采用CS混合纤维植灌法喷播植草，挂2层14#棱形镀锌钢丝网。

4 挡墙稳定性复核与分析

4.1 加筋材料强度计算

设计应用的材料允许抗拉（拉伸）强度Ta应根据实测的极限抗拉强度T，通过下列公式计算确定[8~9]：

式子中：

作者简介：陈梓荣（1984.05- ），男，汉族，福建厦门人，福州大学材料科学与工程学院2006级硕士研究生，现任职福建省建筑科学研究院有限责任公司/福建省绿色建筑重点实验室，工程检测工程师，主要研究方向为建筑工程材料检测。

RFCR——材料因蠕变影响的强度折减系数；

RFiD_材料在施工过程中受损伤的强度折减系数； RFD——材料长期老化影响的强度折减系数； RF——综合强度折减系数。

以上各折减系数根据现场加筋材料类别、填土情况和工作环境等通过试验测定。蠕变折减系数、施工损伤折减系数、老化折减系数在无实测资料时，综合强度折减系数宜采用2.5～5.0，施工条件差、材料蠕变性大时，综合强度折减系数应采用大值。

根据现场尺寸，炭黑质量、横肋质量等判断和调查，判定该场地GSGS180-50钢塑土工格栅，纵向极限拉伸强度为180kN/m。根据规范规定，设计抗拉强度应考虑施工、蠕变和老化过程中的损伤，因此本工程中考虑强度折减系数为3.5，设计抗拉强度取值为51.4kN/m。

参考《公路路基施工技术规范》JTG F10-2006、《公路路基设计规范》 JTG D30-2015 抗滑移/抗倾覆/内部稳定性/外部整体稳定性/地基承载力验算。

（1）等效荷载计算

挡墙稳定性计算过程中考虑的荷载主要有加筋体重力和加筋体上填土重力。路堤式挡土墙加筋体上填土重力应换算成等代均布土层厚度计算，根据《公路路基设计规范》JTG D30-2015坡顶荷载按照20kPa进行计算，填土容重按照19kN/m3来进行计算，综合内摩擦角按照30°参与计算，那么计算后可以得到：

换填土厚度为：

（2）筋材抗拉断稳定性验算

单位加筋土挡墙第i层单位挡墙长筋材承受的水平拉力Ti应按照下式进行计算：

其中：

验算层筋材所受土的垂直自重压力（kPa）； 超载引起的垂直附加压力（kPa）； 水平附加荷载（kPa）； 筋材面积覆盖率，，筋材满铺时取1；

筋材水平间距（m）； 筋材垂直间距（m）；

将坡顶荷载换算为等效均布土层厚度来进行计算:荷载按照20kPa来进行计

算，因此按照4-4剖面计算，最大高度为13.5m（坡顶高程21.0m，坡脚高程6.5m），最底层的筋材拉力（最大）值为： 主动土压力系数计算公式为：主动土压力

系数计算结果为：Ki=tan2(45-30/2)=1/3

水平拉力：T0=(19*13.5+20)*(1/3)×0.5=46kPa

为避免筋材拉断，需满足小于筋材的极限抗拉强度 （3）筋材抗拔安全系数计算

筋材抗拔力和抗拔安全系数Fs的计算公式分别为：

式子中：为第i层锚固段筋材长度；f为筋材与填料的似摩擦系数；bi为第i个单元筋材宽度之和。

因此可以计算，以4-4剖面为例，底部筋材长度为14m，底部的筋材的抗拔力为：2×(19*13.5+20)×0.5×1×14=3871kN，远大于水平拉力644kN（以宽度1m计算）。

（4）反包土工格栅筋材长度确定

根据《公路路基设计规范》JTG D30：计算如下：

式子中：

L0——计算拉筋层的水平回折包裹长度（m）；

Equipment technology 装备技术 163

D——拉筋的上、下层间距（m）； ——水平土应力（kPa）；

c——拉筋与填料之间的粘聚力（kPa）；

拉筋与填料之间的内摩擦角，填料为砂土时取（0.3～0.8

）

墙顶距离坡面中心的高度。

上述计算可以得到：

13.5m高程时反包筋材的长度为：

L0=0.5×105.5/（2×（0+19×13.5×tan(0.3*30)））=0.2180

因此本工程设计从下至上反包筋材长度分别为2m满足长度要求。 4.2整体稳定性计算

边坡整体稳定性计算采用刚体极限平衡法[10~11]，由于坡体主要为残积土和全风化花岗岩，且全风化花岗岩主要呈土状，可采用圆弧法进行计算。按照地勘报告揭示的场地各岩土层分布情况，采用Slide6.0版软件进行计算分析边坡现状整体稳定，各岩土层物理力学参数如表1。

边坡整体稳定性分析模型参考设计图纸，各剖面取挡墙最高值作为最不利工况进行计算分析。当坡顶竣工后存在道路荷载时，天然工况、地震工况和饱和下整体稳定性处于稳定状态，满足规范《建筑边坡工程技术规范》GB50330的要求。

5 监测数据分析

根据现场情况，对本工程进行了边坡坡顶水平位移、坡顶竖向位移和深层土体水平位移监测，其中该区域水平位移监测点3个（S4~S6），竖向位移监测点3个（J3～J6）和深层土体水平水平位移监测点3个（CX4～CX6）。监测频率： a、坡顶位移监测2～3次/周，变形时1次/天，变形剧烈时每天数次；b、地下位移监测1～2次/月，变形时1～2次 /周，变形剧烈时1次/天；c、支护结构应力监测在张拉锁定后头两个月内1次/周，其后2～3次/月。运营期间： 原则上1次/月，变形（或应力）异常、连续降雨、强降雨或台风后等加密监测。

监测时间为2016年8月15日~2018年5月9日，从监测结果来看，边坡坡顶的最大水平位移位于监测点S8处，水平位移为6.5mm；边坡坡顶沉降最大点位于J4处，沉降值为7.0mm；深层位移监测结果显示，CX04深层位移呈现坡顶位移较大，底部位移小的趋势；其中最大位移值分别为15.62 mm、15.26 mm、13.48mm，累计位移未超预警值。

（a）水平位移随时间变化过程图

（b）竖向位移随时间变化过程图

（c）CX4深层水平位移随时间变化图

164 装备技术 Equipment technology

6 结论

在本工程钢塑土工格栅加筋土支护剖面中，边坡天然工况、地震工况和饱和工况条件（考虑未来车辆荷载20kN/m）下整体处于稳定状态，满足《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330）要求；同时根据监测结果显示相关指标满足规范要求值。

参考文献

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（d）CX5深层水平位移随时间变化图

（e）CX6深层水平位移随时间变化图 图1 监测结果 （上接第153页）

表1：香樟树病虫害防治方法 香樟树病虫害防治措施

虫害发生时间

虫害 人工防治措施 药剂防治措施

6月份孵化，7～

袋蛾类 9月份吐丝固定借助黑光诱杀成虫 定期喷洒80%敌敌畏乳液800倍液

虫囊

8月份下旬出现

定期喷洒80%敌敌畏乳油800倍液

刺蛾类 成虫，10月份结人工摘除虫茧

或50%马拉硫磷乳油1000倍液

茧

9月上旬出现成

冬季翻耕土壤；人工摘喷洒20%杀灭菊酯2000倍液或

叶蜂类 虫，10月上旬羽

除带卵叶片 80%敌敌畏乳油1000倍液

化产卵

以50%辛硫磷乳油、40%氧化乐果

5月上旬出现成乳油对树干进行喷涂，并涂抹适量

间植其它乔木，如臭

11月上旬落天牛类 虫，煤油，避免成虫注入树干；针对已

椿、苦谏等

地越冬 蛀入的成虫，可将磷化铝片塞入树

干部孔

3 结语

在城市园林绿化施工中，乔木栽植与养护管理是绿化工程施工的重点、难点，其栽植和养护管理要求较高，要求施工单位加强立地土壤改良、运输和栽植管理，并加强栽植后养护和日常养护管理，针对不同树种的乔木，结合其生长特性和病虫害发病时间，采用不同的养护管理策略，以此提高乔木栽植成活率，提高城市园林绿化生态效益和经济效益。

参考文献

[1]李宝贵.城市园林景观绿化施工中乔木栽植及养护技术研究[J].河南建材,2019(02):148-150.

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[5]凌华国.探究园林绿化施工中乔木栽植与养护管理[J].江西建材,2015(13):224+228.

（上接第154页）

本工程中，混凝土振捣中每个点的振捣持续时间不少于30s，直至混凝土表面不再出现气泡、灰浆为止。振捣点距离应均匀、密实，振捣点间隔为300～400mm。为确保混凝土振捣密实，每台混凝土甭管附近设置2台振捣棒，1台布置于混凝土浇筑斜坡中段，用于浇筑斜坡混凝土振捣；1台布置于坡底，用于下层混凝土振捣。针对钢筋密集的混凝土位置，应加强振捣，振捣棒插入下层混凝土深度为5cm。

养护不得少于7d。此外，在混凝土养护期间，严禁在混凝土表面行走或搭设支架，避免因外部荷载导致混凝土表面出现破损。 4.4 混凝土温度监控

本工程中，为及时掌握混凝土内部和表面温度，分别在0.7m、1.0m和2.4m处设置测温管。测温管由DN20钢管制成，测温管底部以胶带、海绵等进行封堵，防止砂浆进入测温管。待混凝土浇筑完成后，将电子测温仪放置于测温管内，将电子测温仪分别放置于0.7m、1.0m和2.4m处，以此监测混凝土表面和中心温度。

5 结语

本工程中，经混凝土温度监测和控制，混凝土温度与表面温差保持在25℃以内，未出现温度裂缝，结构性能满足施工设计要求，取得了良好的工程实践效果。在超高层建筑大体积混凝土施工中，施工单位应通过事前计算混凝土绝热温升、中心温度、保温层厚度等，通过混凝土试验方式确定最佳配合比，优化混凝土施工组织设计和保温养护管理措施，并加强大体积混凝土各环节施工管理，确保大体积混凝土施工质量，防止大体积混凝土温度裂缝的产生。

参考文献

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，

图1 泵管支撑结构示意图 4.3 混凝土表面处理与养护

混凝土初凝前，应进行首次抹压，确保混凝土表面平整，并临时覆盖塑料膜。在混凝土终凝前1～2h进行二次抹压。如浇筑完成后，混凝土表面出现龟裂现象，应利用素灰浆进行抹平处理。在混凝土终凝后，应及时覆盖薄膜和草垫进行养护。在养护管理期间，应采取定期洒水和保温管理措施，如中心温度与表面温度温差大于25℃时，可采用灯照或搭设保温棚等方法提高混凝土表面温度，混凝土洒水