土工格栅加筋及钢板桩在库岸公路中的应用

张翔翔

（中国土木工程集团有限公司，北京 100000）

目前，护坡防护的方法大多是利用抛石、石笼等直接对库岸边坡进行加固，防止水流侵蚀，但因风吹日晒等作用，边坡防护效果降低，并在一定程度上影响库岸边坡的美观，因此，完善现代护坡技术具有重要的意义。随着加筋土新技术的出现和新型土工合成材料的研究与发展，土工格栅加筋技术在软土地基的工程实践中得到了广泛的应用和发展，而钢板桩具有尺寸规范合理、质量与强度高、施工速度方便快捷等优点，在各类地质条件均可实施，其使用范围也越来越广。

土工格栅是一种具有特殊性质的土工合成材料，具有较高的抗拉强度和较好的柔性，容许一定的变形[1]，与其他土工合成材料相比，土工格栅具有提高结构物稳定性、承载性、摩擦力、剪应力和抗拉性能等能力，具有较强的锚固效果，能够有效增强抗滑性以及土的整体稳定性。土工格栅加筋是将筋材采用逐层设置的方法铺设于边坡中，从而提高土体模量、扩散土体应力、限制土体的侧向变形等，进一步提结构物的稳定性[2]。

在实际工程中经过不断发展和应用，土工格栅加筋现在已广泛应用于路基加固、边坡加固、挡墙加固及地下结构等实际工程中。针对库岸公路工程建设当中利用土工格栅加筋能够有效防治路堤的不均匀沉降以及边坡稳定性等问题，进而增强了土体整体稳定以及承载能力。土工格栅加筋具有以下优点。

1）土工格栅加筋具有质量轻、韧性好、抗老化、耐腐蚀和高强度等诸多优点，适合搬运及运输，提高运输效率，节约土体资源和工程造价。

2）能够有效提升库岸边坡填土的密实度，增强填土的表面力，防止滑塌和边坡腐蚀，确保在工作状态下的稳定性。

3）能够分隔不同粒径的两种石料与路基，有效阻隔污染物。

4）土工格栅拥有良好的弯曲性能，可以生成天然的管道及时排出雨水或将某些液体稀释并过滤处理，其孔洞结构还能利于植物的种植与生长，使坡面能与自然相融合，更加贴合生态建设。

钢板桩是一种含锁口、边缘带着联动装置的冷弯型钢，侧面锁口可连续性搭接，联动装置自由组合进而形成一种连续紧密的挡土、挡水的结构体[3]。钢板桩作为一种新型建材，广泛用于库岸边坡、深基坑支护、隧道与围堰等，在工程建设与防护中起着重要的作用，可以分为U 形、Z 形、L 形、S 形、直线形等数10 个规格。

钢板桩的基本结构有钢制板桩、两边系接头结构以及在土中或水中构成的墙壁[4]，由于结构比较特殊，具有独特的优点如下：

1）强度高，自身结构质量轻，形成的连续墙体具有很高的强度，承载能力强，桩体体积小，对周边土体扰动小；

2）防水性能好，连接处的锁口紧密，起到自然防渗的效果；

3）施工简便高效，适应不同情况的土质以及地质灾害的预防处理，桩长调节灵活，可按需要组成各种外形，装卸运输方便，占用空间小；

4）耐久性好，而且可以多次重复使用，大大降低了成本；

5）环境友好，取土量、混凝土用量等相对较少，可在一定程度上保护土地资源等。

钢板桩在运到工地之前要做好进场前的清理以及维护等工作，先前使用过的桩基础在运输和存放的过程中易变形。因此，在运输的过程中要尽量避免使其发生弯曲破坏，运输到现场后要用垫块垫起桩身，且注意桩与桩之间留下方便吊车施工的空隙。在铺设前还需与另外一个标准的桩身进行比较来进行检验，若发现残缺与损坏时需进行调整和补救[5]。

4.1 施工技术

本项目为阿夸依博州埃科特19 km 公路项目，为防止路基的不均匀沉降以及边坡开裂等影响，采用土工格栅加筋技术进行施工。项目中选择的是包裹式土工格栅加筋，用于内排钢板桩桩背回填砂层处理，尽可能地减少桩背回填砂及路面结构层对内排钢板桩的侧向土压力，加固里程范围为CH18+090.5～CH18+170.5，总长度80 m，结合工程具体情况制订土工格栅加筋施工方案。每一层加筋的设计长度为7.6 m，回折反压宽度不小于2.0 m，回折长度共计2.6 m，上下层土工格栅加筋间距均为0.3 m。筋料的选取应采用蠕变小、强度与刚度高、拉伸变形弱、抗老化性强等，质控抗拉强度不应该小于100 kN/m，最大拉伸应变不应该大于10%，幅宽为不应该小于5 m，永久性蠕变强度不应该低于设计标准的容许抗拉强度等。土工格栅铺装以及加筋示意图如图1 和图2 所示。包裹式前部压载选择塑料编织袋装砂夹碎石，其宽度不应该小于1.0 m，加筋最底层处既有内排钢板桩钻孔并设置一直径50 mm PVC 排水管，管内端采用透水土工布包裹，加筋层底面铺设一层复合土工膜封闭，宽度为5.0 m。

图1 土工格栅铺装示意图

图2 土工格栅加筋大样图

在本文所研究的项目中，南北走向的19 km 公路CH17+900～CH18+300（4#桥头）段左侧是既有公路，公路临河而建。该段道路路基左侧比邻河道，河道与海相连，受其影响有潮汐规律，并于公路上述里程段内有一90°回转，水流由东西流向转为北南流向后平行、比邻右侧的既有公路，由于河流的潮汐及河道转向产生的回流共同作用于既有路基，造成路基基体被严重冲刷、侵蚀，美孚石油公司位于发生冲刷的位置附近。为防路基实体被冲垮、塌毁，美孚石油公司早期先后在道路左侧顺线路方向内外打入两排钢板桩，钢板桩截面尺寸如图3 所示，两排桩之间进行了砂回填，对既有公路路基进行了防护。

图3 既有钢板桩截面尺寸

内排钢板桩桩顶帽梁采用C40 钢筋混凝土现场浇筑，帽梁尺寸0.8 m×1.0 m，钢板桩桩顶插入帽梁内400～600 mm，既有钢板桩桩顶高程不能满足设计要求时，采用外排切割下来的钢板桩进行焊接接长或切割处理，桩顶帽梁内侧设置钢筋混凝土盖板沟。沟顶与帽梁顶平齐，帽梁顶设置φ50 mm 钢管扶手栏杆。由于桩间横向没有水平方向的拉锚，受桩间填砂的侧压力作用目前外侧钢板墙已倒、斜，内侧钢板墙依然保持完好，并发挥着主要的防护作用。

4.2 施工注意事项

在各层土工格栅加筋以及钢板桩的设置时，有以下注意事项。

1）土工格栅加筋铺设之前，应先开挖桩背既有填砂层至设计标高位置并碾压密实，然后先设置一层复合土工膜。设置土工格栅加筋的时候应该将其展平、伸直，纵肋方向垂直于钢板桩轴线方向，且自钢板桩桩背开始向后逐渐升高使得筋带的后端比前端高约0.1 m。填土之前使拉筋产生一定的伸长量，用骑马钉钉入土体内部固定，骑马钉间距不大于1.0 m，呈正方形布设。

2）在填料摊铺的过程中，卸料机具和钢板桩二者间距应该大于或等于1.0 m。碾压的正确顺序应该首先是拉筋的中部，其次是尾部，最后才是前部。卸料机具不能在还未来得及铺设填料的筋带上运行，不允许机具对土工格栅等进行直接碾压，也不允许沿着拉筋的受力方向进行推工。当施工机械在拉筋上运行或是对填土进行碾压的过程中，筋材上的填土厚度不应该小于0.2 m，对于较重的碾压机械在距离塑料编织袋装砂夹碎石压载体的大于或等于1.0 m 时，在1.0 m 这个范围内应该用小型的机械压实或者是人工夯实以达到设计所要求的密实度。

3）在桩背的回填料处，袋装砂夹碎石外应选择砂性土或者是中粗砂，横断面的设计水位标高以下应选择渗水土，不允许含有粒径大于10 cm 以及带有尖锐棱角的碎块石等，从而保证土工格栅加筋具有足够的抵抗变形的能力。填料时应该严格按照分层来进行压实，每次压实的厚度不应该超过0.3 m，可以利用振动式压路机或者是其他类型的重型碾压机进行充分碾压，以达到路基规范所要求的压实密度。

4.3 工程质量控制措施

在库岸公路施工过程中，有必要根据项目的具体情况采用与之相适应的护坡方法，应该加强质量的控制与管理工作，有效提高工程的整体质量。同时，应该加强施工、管理人员的技术培训等措施，树立起良好的质量意识与安全意识，注意施工不当可能会引起的问题并及时采取补救措施，通过不同的质量控制策略以及支护方式保证库岸边坡工程的顺利建设。

本文以实际工程为依托，探讨了土工格栅加筋和钢板桩等支护方式的应用，在合理解决边坡支护问题的同时，综合了传统方式的特点，减少了占地，地基承载力也得到有效保证，完工后的库岸边坡结构稳定、经济环保、节约资源。本文护坡方式的研究对于指导加筋边坡的理论分析和设计以及钢板桩的广泛应用具一定的指导意义，同时，本项目研究成果也能推广至铁路、矿业等其他工程领域，丰富护坡方式的设计理论实践，为其他类似工程的综合整治提供参考和借鉴。

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