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柔性生态边坡工程系统在公路挡墙中的应用及技术探讨
温州市高速公路工程建设总指挥部孙铁军
摘要：应用柔性生态边坡工程系统构造生态加筋土挡墙是一种新的高级形态结构体系，本文就该系统的结构与材料特性、设计计算及应用优势进行了介绍及探讨。
关键词：公路工程生态挡墙应用技术
随着我国公路建设不断向前推进,伴之而来的土地资源与环境问题日益凸显，而公路边坡是公路建设中影响最为严重的区域之一。这几年随着材料技术与公路设计理念不断提升，柔性生态边坡工程系统在公路边坡挡墙中逐步得以运用，做到了边坡支挡与生态恢复一体，实现了公路建设和生态的和谐。本文就公路工程中柔性生态加筋挡墙技术及应用作一简要探讨。
一、柔性生态边坡工程系统介绍
1系统结构介绍：生态边坡挡土墙结构，集土木工程结构、生态环保于一体;是在成熟的土木工程建设理论基础上，赋予柔性边坡结构所必须的具有特殊功能要求的优质材料前提下的一种高级形态结构体系。结构的理论依据是按照土力学莫尔•库伦理论发展的加筋土理论的基本原理，结构使用具有特殊性能的生态袋取代了加筋土担墙的圬工面板。系统由具备特殊功能及特定技术参数要求的组件构成;组件主要包括：生态袋、扎口带及满足多向排水功能与强度要求的排水联结扣等。
2系统主要材料特性
(1)生态袋：有特殊功能的生态袋是柔性边坡结构稳定的必须条件。由聚丙烯人造纤维材料针刺成网的高强度平面稳定的材料，对厚度、物理力学性能、透水性能及满足植物生长的等效孔径等指标进行了严格的筛选。
①生态袋材料为特殊的土工合成织物，非织造(针刺、热粘结)工艺加工而成，符合GB/T17639标准要求。
②生态袋的尺寸要考虑袋体强度、施工便捷性、合理的工程模数、材料经济性、植被的适应性等。分为L、M、S三种类型：
a)LB-L：1180×460±5mm
b)LB-M：815×440±5mm
c)LB-S：930×340±5mm
③生态袋抗紫外线能力应不低于70%@500hrs，即规定强度的紫外线光照500小时，抗拉强度保持率不低于70%。
④生态袋具有抗老化能力，在有植被条件下，其使用寿命长于50年。
⑤水上边坡工程的生态袋中的填充料应为能自由排水的土壤颗粒及有机添加剂：
(2)三维排水联结扣：联结扣是柔性边坡的结构安全稳定重要条件。联结扣将生态袋相互联结，三维排水联结扣有包括有三维排水通道的基板以及设置在基板两侧的倒钩棘爪。联结扣表面有较高的摩擦系数，还具有抗拉、抗弯、抗多面扭曲的特性;且有利于植物根系在边坡体内的自由生长和穿透,与坡体有机的融为一体。
①联结扣为由聚丙稀(标识符为PP)材料制成的三维排水联结扣。
②联结扣为倒棘爪结构，上下面棘爪数量的分配和位置的分布与结构力学相匹配，使集中应力合理分散。
③联结扣具有双向通道凹槽和垂直孔洞，形成非流线型凸肋、立体交错的三维排水网肋，加大连接扣表面和生态袋之间的摩擦力，形成柔性结构受力，并使边坡体内的渗水迅速排出。
④联结扣的性能指标有：单个重量、尺寸、抗剪强度和透水性等。通用型的为高56mm，长308mm，宽83mm，重45g，上下面各具有6个倒钩方向并互为垂直的棘爪。单个棘爪的抗剪切力不小于360N。
(3)扎口带、缝袋线
①扎口带材料为聚丙稀，在施工中起到将已装满填充料的生态袋扎紧袋口的作用。它与生态袋具有同样抗紫外线、抗拉性能强等特点，并具有单向自锁的功能。扎口带的最大抗拉力应不小于180N，抗紫外线强度保持率不低于80%@150hrs。
②缝袋线选用抗紫外线的高强度、高分子复合材料，与生态袋材料的强度和使用寿命相匹配，抗紫外线强度保持率不低于80%@150hrs。
(4)土工格栅
土工格栅为选配材料，用于较陡的回填土边坡，使土体形成加入拉筋的加筋复合土，通过三维排水联结扣可将其与生态袋联结。格栅符合JT/T480-2002标准要求。
二、柔性生态加筋挡墙设计
加筋挡墙设计除拉筋材料采用柔性的土工格栅，采用柔性生态袋作挡墙面板。设计中要计算的项目有墙面板土压力、格栅拉力、格栅受所垂直压力、格栅有效长度、抗拔稳定性验算、全墙稳定性验算等。
(1)设计依据
①交通部：《公路加筋土工程设计规范》(JTJ015—91)
《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019—98)
《水运工程土工织物应用技术规程》(JTJ/T239—98)
②铁道部：《铁路路基土工合成材料应用技术规范》(TB10118—99)
③国标：《土工合成材料应用技术规范》(GB50290—98)
④水利部：《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T225—98)
(2)基本资料及参数
①挡土墙的用途、高度及工点的断面图;
②根据填土材料和选用钢塑复合拉筋带的类型，通过试验或现有经验确定填料的容重r和计算内摩擦角ф、粘聚力С、筋带的容许应力[б]以及土与筋带之间的似摩擦系数f。
③根据地基土的性质和状态，确定地基土的天然容重、计算内摩擦角及粘聚力，以及地基承载力。
④确定加筋体与地基间摩擦系数。
(3)设计步骤
①首先根据经验拟定加筋土挡土墙的平面、纵断面以及横断面的形式，初定一个核算断面。
②确定作用于墙上的各项荷载。
③内部稳定计算
a、根据筋带的垂直与水平间距、荷载的情况，计算筋带所受拉力。
b、根据筋带的容许拉应力，验算筋带的抗拉强度。若不满足时，则增加筋带数量，或改用较高强度的筋带，或改变筋带的布设，重新计算直至满足要求为止。
c、根据初拟筋带的长度、宽度，验算筋带的抗拔稳定性。抗拔稳定性检算考虑有荷载和无荷载两种情况，分别检算全墙和单板抗拔稳定。单筋抗拔稳定系数及全墙抗拔稳定系数均须大于2.0。若不满足要求，或增长筋带长度，或增加筋带数量(只有当地形条件受限制时才用)，或改用摩擦系数大的填料，重新计算直至满足要求为止。
d、必要时增加筋带的长度，以利施工。
④外部稳定计算
全墙稳定验算视加筋土挡墙为包括挡板厚和拉筋长在内的实体土墙，分有荷载和无荷载两种情况按的要求检算整体稳定性和基底应力。包括加筋体沿底面的水平滑移、倾覆稳定性、地基承载力以及整体滑动的计算等。
抗滑动安全系数Kc>1.3;
抗倾覆安全系数K0>1.5;
基底合力偏心距e 地基应力σ<地基承载力。
按滑弧稳定检算，抗滑走稳定也要满足要求。
三、系统袋植被方式
1、喷播：适用于大面积的绿化作业、施工迅速快捷、植被种子选择范围广、适应旱地等各种环境要求、成本相对较低，是草本和灌木最常用的播种方式。适宜各种坡比情况，不适宜水位变动部位和暴雨天气。
2、混播：适用于亲水边坡，零星工程的绿化，人员养护不便的位置;适宜各种坡比情况，但豆科植物不能混播。
3、插播：适用于乔、灌、花类植物，使植物层次丰富，也可构筑各色图案。
4、铺种草皮：可以立刻体现绿化效果，保证成活效果，特别适宜应急工程。
5围坑栽植：适用于土层要求较深的大乔木移栽和对边坡原有树种进行保护，坡角大于50度的陡边坡慎用。
6压播：适用于枝条、藤状类植物，但成活率相对较低。适应涨落带位置。适宜各种坡比边坡。
四、生态边坡系统工程优势
生态挡墙除具有传统加筋土挡墙的优势以外，还有如下的工程优势：
1、全柔性结构，对基础承载力要求低，对沉降和微小变形的适应性更强。
2、生态填充袋做面板，施工简便，一般为填充现场的沙土，缩短施工工期。
3、生态填充袋做面板对后期的修复和补救提供极大的方便和快捷。
3、墙面可生长草本和灌木，营造了良好景观效果和提升了环境品质。
五、探讨
1、国内外的设计计算大多是对筋带式或土工织物类材料而言，其实土工格栅的材料特性与上述二种材料有所不同，其似摩擦系数更大，并存在“群网效应”对结构有加强作用。
2、加筋土挡土墙作为轻型挡土墙结构，与重力式挡土墙相比对地基承载力的要求很低.生态加筋土挡墙对地基承载力的要求没有合理的计算方法，目前自能采用传统加筋土挡墙的计算方法，实际上其要求远低于传统加筋土挡墙。但当地基承载力小于150Kpa时，应考虑基础换填处理。
3、加筋土挡土墙对填料的要求并不严格，除有机土、冻结土、白垩土和生活垃圾以外，砂性土、粘性土、碎石土等都是很好的填料，但在填料与筋带摩擦系数的确定时最好有试验数据支持，无试验条件时，此项数据的选取应偏于保守。
4、坡面坡角一般不宜陡于75度，这样可以消除水平变形对结构造成的影响，且利于植被的生长;对于高度超过5米的挡墙，宜增设平台。
5、施工增高的进度应有所控制，尽量控制在每10天增高不超过3.0米;同时在施工过程中每施工1米高时要向生态袋浇水使袋装土体密实;防止工后墙体自身的密实性沉降。
6、柔性生态加筋挡墙在技术性能、工程造价及生态环保方面同时具有其它结构不可比拟的优势，运用前景广泛。
参考文献：
1、陈德平等•广州枢纽软土地基上加筋土挡墙设计•《路基工程》;
2、曾皋波等•生态加筋土挡墙在低承载力地基上的设计和应用
3、徐唐锦•二期上游土石围堰度汛子堰加筋土挡墙设计研究•《中国三峡建设》
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