土工格室生态挡墙在城市岩质边坡防护中的应用

土工格室生态挡墙在城市岩质边坡防护中的应用

梁世超

滨州市公路勘察设计院 山东滨州 256600

摘要：土工格室属特种土工合成材料的一种，材质轻、耐磨损、化学性能稳定、耐酸碱、耐光氧老化，具蜂窝状的三维结构。常用土工格室分为两类，一类是装配式土工格室，用高强度合成材料绳将土工格栅合成土工格室，这类土工格室可根据工程实际特点，采用不同强度土工格栅制作成不同类型土工格室，此类土工格室一般用于河道防护、边坡防护、基础垫层等，格室整体性能好。另一类为HDPE高密度聚乙烯条带聚合物土工格室，可根据设计规格进行生产，由于高密度聚乙烯条带聚合物强度较高，土工格室具有很强的侧向约束作用，多用于道路承重结构、坡面防护、河道防护、边坡防护等领域，此类土工格室可自由伸缩，可折叠运输，这类土工格室应用最为广泛。

关键词：城市岩质边坡防护；土工格室生态挡墙；应用

引言

随着城市的建设，部分低山丘陵区难免会形成切方区，形成岩质边坡，裸露岩质变质边坡危岩体不仅带来安全隐患，影响美观，且与周边环境极不协调，随着城市建设者环保的要求，逐渐开始关注生态环保建设。由于土工格室生态挡墙格室内回填土与格室的各向摩擦力，以及格室条带对格室内回填土的限制，格室间抗剪强度增加，土工格室整体刚度较大，土工格室不仅由于自身重力约束了边坡的外侧位移，也由于自身的抗剪强度及刚度保证了格室挡墙的稳定。土工格室生态挡墙作为一种新型的防护支挡结构，由于其良好的稳定性、美观性，在城市建设中开始逐步应用。

1生态挡墙的性状分析

(1)位移性状

①由于生态挡墙为柔性挡墙,在墙背土压力的作用下,墙背位移沿墙背呈非线性分布,墙体除了发生整体位移之外还存在较大的墙体挠曲变形。

②墙背最大位移点随荷载的增加而逐渐上移。

③在自重荷载及外部均布荷载较小的情况下,距墙顶4m范围内墙背位移为正,即墙身在自重荷载作用下呈绕墙身上部某点刚体转动,墙身在此范围内压向土体。

④在荷载较小时,加筋与非加筋墙背位移相差不大,随着上覆荷载的增大,加筋的墙背位移明显小于未加筋的墙背位移。说明在小荷载时,土压力主要由墙体承担,随着荷载的增加,加筋层的抗拉性能得到发挥,墙体与筋层作为一种体系共同承担土压力。同时,土工格室的加筋作用也限制了墙体内部填土的侧向位移。

(2)生态挡墙墙背受力性状

传统的墙背土压力理论是基于极限平衡理论得出的,没有考虑变形的耦合。相对于刚性挡墙而言,柔性挡墙刚度较小,墙身在受力过程中将发生一定的挠曲变形,因此,对于柔性挡墙墙背土压力的计算,考虑变形与力的耦合十分必要。由于柔性挡墙筋体受力十分复杂,本文仅对生态挡墙墙背的受力性状进行分析。

①无加筋生态挡墙在自重荷载下墙背应力沿墙背呈凹曲线分布,两头略大,中间略小。这说明柔性生态挡墙墙背在土压力的作用下发生变形,从而减轻了所承受的墙背土压力。

②随着荷载的增加,墙背应力相应增加,但距墙顶距离约0.5m处墙背应力增量最大。荷载增加到150kPa以后该处的墙背应力为最大。

③加筋生态挡墙墙背应力也在总体上大致遵循两条规律。

2评估加筋土挡墙性能的技术标准

2.1设计方法评估

两种挡墙均属于经典的加筋土结构，只是采用了不同的结构单元，其设计方法均遵循传统的加筋土结构设计方法。因此在这个方面，两种挡墙完全一致。

2.2施工规范和施工便捷性评估

总的来说，两种工法可大致归类为：放样→打开单元→组装单元→面墙施工→分层回填土料→分层碾压→重复直至完成整个施工，所不同在于如下几个方面：

（１）单元预制的便捷；

（２）施工难易程度；

（３）施工的可调节性。

所谓预制的便捷性，加筋格宾单元是全预制的结构，包括面墙、筋材等。工程现场只要打开，装填面墙后即可进行后续施工。而格室挡墙的优势体现在运输的便捷性，土工格室本身为聚乙烯材料，结构轻便可以折叠，但作为挡墙构件的拼接工艺，尤其是挡墙的面墙部分，需要进行纵横向的焊接，相对复杂。所谓施工难易程度，主要体现在面墙施工上，加筋格宾采用的是１ｍ×２ｍ的石笼面墙，只要将预制好的石笼填充即可使用；而土工格室挡墙的面墙部分，由高２０ｃｍ的土工格室层叠组成，需要分层进行压实，层与层之间用锚钉连接固定。

2.3系统安全性、耐久性评估

2.3.1面板和筋材的连接强度和可靠性

（１）就面板和筋材的连接强度而言，加筋格宾系统非常好。加筋格宾面墙和加筋网面为同一网面，无节点连接，抗拉强度为５０ｋＮ／ｍ。但是石笼面墙如果施工达不到使用标准，容易出现塌笼、滚笼的情况。

（２）土工格室的拉伸强度大于２０ＭＰａ，焊点剥离强度大于１００Ｎ／ｃｍ，连接处强度大于２００Ｎ／ｃｍ，连接处强度较低，是挡墙的薄弱环节，比较容易破坏。

2.3.2面板的抗冲刷性能

（１）加筋格宾面墙多孔隙结构一方面在风浪打在结构上时，真空压力被化解，风浪退时产生的真空吸力也被破坏，能有效地达到防浪效果，并且结构本身的抗水流冲刷能力较强；另一方面可以迅速沉积土壤，促进植被生长，利用绿色植被降低水流对结构的冲刷。

3土工格室生态挡墙应用

根据地形、边坡高度及绿化设计理念，边坡支护采用土工格室重力式生态挡墙+锚杆支护。支护边坡高度5.0m-28.0m，锚杆水平、垂直间距2.5×2.0m（原有支护锚杆保留），锚杆长度4.5-9.0m，锚杆角度15-20°，锚杆孔径100mm，锚头封闭，预留高强度聚酯加强筋，边坡外面采用土工格室重力式生态挡墙防护，坡角51°，为减少下部土工格室上部格室自重压力，在岩质边坡设置削坡台，竖向间距不小于4.0m，宽高不小于1.5m。为保证土工格式的稳定性及其变形，土工格室与锚杆采用高强度聚酯加强筋连接，在土工格室内增加上下连接柳钉。土工格室型号为GC-250-800-1.5土工格室，即土工格室单组格室高度为200-250mm，焊距为800mm，土工格室厚为0.5mm，网孔尺寸为400mm×400mm。格室材料选用PCA高强度土工格室，通过插件或扣件等形式连接，展开后形成蜂窝状的立体网格。土工格式的力学性能：断裂强度≥42MPa，屈服强度≥24MPa，维卡软化温度135°C。外观质量：土工格室片外露面采用绿色，其外观应色泽均匀，不应有裂缝、损伤、穿孔、沟痕和漏筋等缺陷。土工格室连接：格室之间采用U型钢筋钉扣连接，U型钢筋钉由准12钢筋制作（250mm×10mm），土工格室左右相邻板块采用插销整体连接。土工格室底标高处地层须为基岩地层，如土工格室底标高处地层为杂填土，进行级配碎石换填碾压地基处理，使地基承载力不小于200kPa。

结语

土工格室作为一种新型生态挡土墙，在工程应用中具有重要的意义，需要技术人员进行更深入的研究工作，本文通过采用土工格式生态挡墙在城市岩质边坡的工程实践，对坡度大、坡高岩质边坡的防护及绿化，取得了一定效果，对同类工程有一定的借鉴意义。

参考文献

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