生態格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術研究

蔣建清，杜勇立

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

生態格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術研究

蔣建清1，杜勇立2

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

為探索紅層地區公路填方路堤工程的格賓支擋結構施工技術，發揮格賓石籠和土工加筋二者的技術優勢，本文結合工程實踐分析了生態格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的基本構造原理、建造流程，以及施工準備、加筋格賓標準構件組裝、加筋格賓構件分層現場拼裝、面墻格賓網箱石料填充和路堤紅砂巖粗粒土填料填筑等關鍵工序的施工技術和質量控制措施，可為制定生態格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的施工方案和施工質量控制提供指導.

土工加筋；紅砂巖粗粒土；生態格賓；路基；施工技術

從16世紀開始，歐洲的工程建設者們就使用裝滿泥土的柳條加強軍事炮臺和加固河堤.經過多年的積累和發展，如今此技術被稱為“格賓石籠”技術.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.現代格賓石籠技術是指將抗腐、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目的網片，根據工程設計要求組裝成網箱，并在網箱中裝入塊石等填充料的一項工程技術.這項技術能較好地實現工程結構與生態環境的有機結合，有成為保護河床、治理滑坡、防治泥石流災害和防止落石兼顧環境保護首選結構形式的趨勢[1-8].

隨著工程師們對“格賓石籠”技術認識的加深，格賓石籠的應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構成功應用于公路、鐵路、水利、房建、礦山等工程.

可見，工程界在受力類似傳統重力式擋墻的格賓石籠技術應用方面取得了一定成績，但格賓石籠技術、土工加筋技術及環境巖土工程的結合在我國紅層地區工程建設中的應用經驗還有待加強，尚未明確有關設計、施工規程.因此，分析生態格賓加筋結構在紅砂巖粗粒土路基中應用的施工技術，為紅層地區公路填方路堤工程探索支擋結構應用型式，發揮格賓石籠和土工加筋二者的技術優勢，有利于節省工程投資和保護生態環境，具有廣闊的工程應用前景.

圖1 加筋格賓結構構造

1 生態格賓加筋土結構基本構造原理

加筋格賓由面墻和拉筋構成，其面墻由填充石塊的標準格賓網箱沿墻長和墻高方向在施工現場組裝而成；拉筋為鋼絲網面，拉筋與面墻石籠為同一鋼絲網面的連續聯結(見圖1).格賓構件的

一般規格為幅長2 m，高0.5 m或1 m，加筋網面長度根據設計確定；其鋼絲網面一般由PVC鍍鋅金屬絲雙絞合成六邊形單元組成(簡稱格賓網).路基工程實踐中，在格賓網箱中充填石塊形成整體性強的擋土墻面墻，在拉筋鋼絲網面上分層填筑路基填料、分層壓實，構成拉筋鋼絲網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構，其墻面可以是直立式、階梯式，并可設置分級平臺，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、可實現裝配式施工；同時，與傳統加筋土結構的混凝土面板相比，格賓面墻可以利用石籠內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，確保結構長期穩定；加筋格賓整體性強，格賓面墻的剛度也較好，結構剛柔相濟、性能優越，能適應較大的不均勻沉降和上覆荷載；加筋格賓也是一種生態防護體系，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，形成綠色生態土工結構.

2 生態格賓加筋紅砂巖粗粒土路基施工技術分析

2.1 建造流程

生態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 施工技術分析

2.2.1 施工準備

(1)結構回填料的選取.填料宜就地取材，消化路塹開挖棄方.填料應易壓實，不含對格賓網面鋼絲具腐蝕性的雜質.

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

圖3 格賓加筋土擋墻建造基本流程

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

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

(5)地基處理與施工要求.在進行上部結構施工前，開挖地基至設計持力層，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，應用人工修平且達到設計高程，并保證錯臺面成豎直角.地基整平壓實驗收合格后，鋪設并壓實厚度不小于30 cm的卵石層(卵石層厚度誤差不應超過±5 cm)，然后再進行上部格賓加筋土路基擋墻施工.

2.2.2 加筋格賓標準構件組裝

格賓構件一般是經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箱(見圖4(c))；將前面板、側面板、隔板及背板均應垂直擺放，格賓頂板處于打開狀態，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超過1 m，絞邊鋼絲的末端應纏繞在格賓網箱上.

圖4 加筋格賓標準構件組裝

2.2.3 加筋格賓構件分層現場拼裝

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

(2)若格賓面墻長度不是標準格賓網箱尺寸的整數倍，需在特殊部位通過搭接措施調節標準格賓網箱長度，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好加筋格賓構件，在需要搭接處，將搭接格賓網箱A的外側端板裁下形成搭接端口，然后將格賓網箱B通過搭接端口插入網箱A內，通過控制插入距L2調整相鄰格賓網箱的搭接長度.

(3)加筋格賓后部的拉筋網面必須完全伸展，以確保拉筋格賓網與紅砂巖粗粒土填料之間的相互作用效果.拉筋格賓網尾部用小木樁(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 加筋格賓構件現場組合安裝

2.2.4 面墻格賓網箱石料填充

格賓加筋構件按設計要求安裝到相應標高后，即可對格賓網箱填充石料，完成相應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構的材料，石料性質必須滿足工程要求.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，用于填充的石料應具備良好級配，石頭應該有足夠的大小而不至于從網格中掉落出來，其中的粗石料邊長尺寸以100～200 mm 為宜(見圖 6(a)).

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

(3)為有效限制面墻變形，增加格賓石籠的側向剛度，保證墻面平整度，每裝填完格賓網箱高度1/3的石料時，在格賓網箱的前面板與后面板間設置拉結對拉鋼絲，拉結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.每層格賓網箱中填充的石料應超高 3～5 cm，以補償自重作用下網箱內石料孔隙的正常壓縮.每層格賓網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.相鄰格賓頂蓋板應同時絞合，絞合鋼絲末端應折入格賓內部(見圖6(d)).上、下兩層格賓網箱構件之間，其所有鄰邊均應采用絞合鋼絲按間隔 10～15 cm纏繞絞合鎖緊.

(5)面墻格賓網箱填石時，應采用一定的臨時支撐約束網箱的變形，以確保施工后的墻體外觀規矩、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，填筑前在石籠網箱背部鋪設土工布.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量指標(如最大干密度、最優含水量、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面上以前，嚴禁車輛和施工機械拉筋格賓網面上作業.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，應采用不震動模式進行填料的第一遍壓實作業.填料碾壓時先從拉筋格賓網長度的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的加筋長度方向，且往返2次碾壓的輪跡搭接寬度應不小于輪寬的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”.碾壓遍數以填筑工藝試驗確定的達到壓實標準的遍數為指導，以現場實測達到規定壓實標準的碾壓遍數為控制參數.

加筋區填料壓實不得采用羊足碾.施工機械在加筋路基區作業時，拉筋格賓網面上填料的最小厚度應不小于20 cm.填料攤鋪和壓實機械施工時應慢速行駛，且不得急轉彎和急剎車，以免格賓網面錯位.距離面墻1 m范圍內，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內崩解成泥狀、渣狀、渣泥狀或渣粒狀，屬軟質巖；Ⅱ類紅砂巖一般在24 h內崩解成大塊狀、塊狀、塊粒狀或粒狀者，多屬軟質巖；Ⅲ類紅砂巖一般在24 h內不崩解或僅在棱角處有少量崩解，屬硬質巖.Ⅲ類紅砂巖通常不經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崩解，再用羊角碾碾壓解小，經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量的危害，在施工過程中宜用滲透系數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部紅砂巖粗粒土工程性質的影響.為保證紅砂巖路基填料壓實度符合設計要求，還應注意以下幾點：

①紅砂巖粗粒土填筑前，應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.紅砂巖填料必須分層攤鋪、壓實，攤鋪厚度應均勻、壓實后表面應平整.

②填料攤鋪宜由面墻向拉筋格賓網尾部展開，雨天嚴禁進行填料攤鋪和壓實作業.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，檢測點應相互錯開，隨機選定，格賓石籠面墻后1 m范圍內至少應有1個檢測點.采用灌砂法、環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.當現場檢測的壓實度不能滿足設計要求時，應增加碾壓遍數，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 結論

為探索紅層地區公路填方路堤工程的格賓支擋結構應用技術，發揮格賓石籠和土工加筋二者的技術優勢，結合工程實踐對生態格賓加筋結構在紅砂巖粗粒土路基中應用的施工技術進行分析，分析了格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的基本構造原理、建造流程，以及施工準備、加筋格賓標準構件組裝、加筋格賓構件分層現場拼裝、面墻格賓網箱石料填充和路堤紅砂巖粗粒土填料填筑等關鍵工序的施工技術和質量控制措施，為制定格賓加筋紅砂巖粗粒土路基的施工方案和施工質量控制提供指導，具有廣闊工程應用前景.

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(責任編校：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

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

蔣建清(1979-)，男，湖南寧鄉人，副教授，博士，主要從事巖土工程、結構工程研究.E-mail: 401178435@qq.com