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日期:2015-07-17 10:38 | 来源:未知 | 浏览:

钢丝网片柔性生态挡墙在浙江省高速公路中的应用

摘要:铅丝格宾石笼网箱广泛运用于大桥保护 固土结构 海斌防御工程 其具有成本低 抗变形力强 渗透性高的优势 文章介绍了铅丝石笼和格宾石笼在山西省静乐县东碾河河道治理工程中的实施情况及效果 为本省其它河道治理工程提供参考4   工程实例 摘 要:简要介绍钢丝网片柔性生态挡墙在浙江省高速公路中的应用情况,总结钢丝网片柔性生态挡墙在浙江省高速公路新、扩建工程应用中具有减少征地拆迁、保护土地资源、适应路基不均匀沉降及施工快捷等独特的技术优势和实用效果,对促进社会经济、环境、景观持续协调发展,具有很好的推广应用价值。

   随着高速公路建设不断向前推进,公路建设的重点转向山区高速公路和老路拓宽工程,随之而来的土地资源与环境问题日益凸显。一方面,经济发展和有限的土地资源的矛盾越来越突出,对生态及环境的破坏和影响也越来越大;另一方面,工程建设的自然环境条件也更加复杂,人们对工程建设的生态恢复、环境与景观要求也越来越高。

   鉴于浙江省新建公路项目大多为山区、丘陵区,地形地貌复杂,地势陡峻、起伏大,高填方及陡坡路堤较多,耕地资源又极为稀缺;拓建工程大多位于经济发达、填料缺乏、土地昂贵的地区;要解决这些矛盾,需要用创新工程勘察设计理念来研究新结构和新技术的应用。以全寿命周期成本为原则,采用柔性生态挡墙新技术,可以最大程度地节省土地资源、减少征地拆迁、保护生态环境、推动技术创新,对于新、扩建工程,具有十分重要的经济意义。

  为贯彻落实以人为本,全面、协调、可持续的科学发展观和“安全、耐久、节约、和谐”的勘察设计新理念,结合高速公路建设的特点和国内外高速公路的勘察设计经验,在高速公路新建或拓宽工程中已相继开展了钢丝网片柔性生态挡墙、无面板土工材料加筋挡墙和生态袋加筋挡墙等柔性生态挡墙的工程实践。目前仅处于尝试阶段,还没有大规模应用,从实践的工程效果看其优势是显著的。

   本文结合杭甬拓宽工程、黄衢南和绍诸高速公路典型示范工程的工程实践,总结钢丝网片柔性生态挡墙在公路工程中的勘察设计经验,分析其工程特性,评估其综合性能和效果,为将来大规模的应用提供经验支撑。
铅丝格宾石笼网箱广泛运用于大桥保护
1、柔性生态挡墙分类和适用条件:
   目前国内各种规范中,柔性生态挡墙还没有明确的定义,浙江省山区高速公路勘察设计要点中明确生态挡墙(Ecological retaining wall)为坡面同步实现水土保持和生态植被的挡土墙。柔性生态挡墙顾名思义可解释为能适应于路基不均匀沉降的加筋类生态挡墙。

   20世纪50年代末美国开始应用土工织物作为支挡材料,60年代法国工程师 Henri Vidal提出了现代加筋土技术并于1965年成功修建了第一座加筋土挡土墙。20世纪70年代加筋技术有了进一步发展,法、美、英、日、德等国先后制定了有关加筋土工程的规程、条例和手册。柔性生态加筋挡土墙技术最先是意大利Maccaferri公司1970年开发的加筋土挡墙施工技术,原名为加筋格宾挡墙;以及美国HILFIKER公司开发的加筋土挡墙施工技术,原名为吉奥挡墙,1988年引进到日本,开发出兼具边坡加固和生态恢复的绿色加筋技术。该技术在许多国家都有了成功的应用并取得了显著的社会、经济与环境效益,至今已广泛应用于各种道路工程。

   柔性生态挡墙主要包括:钢丝网片柔性生态挡墙、无面板土工材料加筋挡墙和生态袋加筋挡墙3大类。
   钢丝网片柔性生态挡墙主要适用于填方较高占用大量良田、地形较为陡峭需收坡、老路拼宽需拆迁等有景观要求的填方路段、特殊软弱地基路段、桥梁及分离式立交的桥头锥坡、隧道洞口等复绿整治的工程。

2、钢丝网片柔性生态挡墙技术特性:
   钢丝网片柔性生态挡墙主要包括吉奥挡墙和格宾挡墙两大类。

2.1、工程特性:
   钢丝网片柔性生态挡墙主要具有以下几大工程特性:
(1)减少征地和拆迁。
   挡墙的壁面坡度可根据现场用地条件设计为垂直或各种较陡的坡率,可以有效利用土地,减少拆迁。
(2)生态环保。墙壁不仅可以通过插枝、喷播等技术绿化,还可以根据需要、受力特点进行各种设计、造型,并使之拼装成造型美观的建筑物,改善道路景观。其改变了传统的刚性挡墙硕大、粗蛮、单调的形象,是一种能与相邻建筑物配套协调,并与周边环境相融合的生态型防护加固新技术。
(3)适应路基不均匀变形。生态挡墙属于柔性结构,可以承受较大的地基变形、不均匀的沉降和无法预测的荷载,能够通过加强整个结构的相互作用来提高结构的整体性,极大克服传统重力式挡墙因地基不均匀易开裂的缺点,更适用于软基拓宽路段和高填方路段。
(4)现场适应性较好。生态挡墙可以最大限度地利用现场条件,根据现场不同的填料性质,进行设计计算和调整;同时相对于其他挡墙技术,生态挡墙对地基承载力的要求是最小的。
(5)施工方便。钢丝网片生态挡墙由于加筋土的组成构件均为工厂化生产和加工,除需压实机械外,施工时一般不需配备其他机械。即使在一些场地狭小、大型施工机械不能施工的场合,也能运用自如,具有施工简单、施工效率高、施工周期短和节省劳力等特点。
(6)抗震性能好。由于加筋土结构所具有的柔性能吸收地震的能量,故具有刚性结构物无法与之比拟的抗震性能
(7)经济性。一般高填方路段设置生态挡墙,与重力式挡墙相比,造价可比浆砌石挡墙和钢筋混凝土挡墙减小20%~60%以上。挡土墙高度越大,节省资金越多。
铅丝格宾石笼网箱广泛运用于大桥保护
2.2、吉奥生态挡墙技术特点:
   吉奥生态挡墙是一种以L型网格状钢筋作为加筋材的加筋挡土墙,其壁面可以绿化,能够达到人工构造物与自然的协调一致。
   吉奥生态挡墙技术是通过保持作用于钢筋墙面的土压力与铺设于填土中的网格状钢筋加筋材料的抗拉力之间的平衡来稳定的一种加筋土施工技术。并且,在此技术的加筋材料中起作用的抗拉力与以往的带状或者面状加筋材料与填土材料之间起作用的摩阻力不同,它是通过纵向(垂直于墙面方向)钢筋的摩阻力与横向(平行于墙面方向)的钢筋的抗压力来达到显著的稳定效果的。
   吉奥生态挡墙是一种通过墙背铺设镀锌钢筋补强网,墙面设钢筋网及吉奥土工网绿化的新型、生态的加筋土挡墙,主要材料包括钢筋补强材、斜拉材、背面材、吉奥土工网、绿化网带等。吉奥挡墙可以将填土的斜坡整修成阶梯状,每段阶梯的台阶面上都可种植灌木进行绿化。绿化设计时可以根据不同环境和需要,充分发挥设计者的想象力,构思出各种文字和图案,与周围的景观、环境、相邻建筑物、桥梁等配套协调。墙背填料应优先选用透水性良好的砂砾、砂性土填筑,并不得含尖锐棱角石料。挡墙底部基础设置防排水垫层,其上逐层依次铺设钢筋补强材、背面材、吉奥土工网及绿化网、斜拉材。填料摊铺碾压厚度一般为40~45cm,选材和压实度控制必须满足规范有关要求。填料换算内摩擦角不小于35°,有尖锐角等有损土工材料的部分不得大于总量的15%,最大粒径不得大于10cm。
   目前吉奥生态挡墙技术在中国处于起步阶段,最先在浙江省杭甬高速公路宁波段翁家东大桥拓宽工程、黄衢南高速公路B3合同段 K11+340~K11+405高填方路段建设中成功应用,有效解决了征地困难、地基沉降不均匀等问题。

2.3、格宾绿色加筋挡墙技术特点:
   绿色加筋格宾是加筋土工程技术最新的发展,由钢丝网面板和钢筋骨架以及植生垫等组成。加筋格宾单元的基本元素为镀锌或镀高尔凡并覆塑的低碳钢丝经机器编织而成的双绞合六边形钢丝网;加筋格宾结构的面墙为格宾网箱,其面板倾角可以调节,尾部面板长度可调;拉筋为钢丝网面;拉筋与面墙网面为同一网面的无节点连接(图1)。格宾网箱、网面与压实填土共同作用的受拉体系一起组成为一种新型的加筋结构。
图1 绿色加筋格宾单元
图1 绿色加筋格宾单元

   与全包裹式加筋挡墙类似,格宾挡墙在加筋网面上分层填筑、分层压实,网面与压实填土共同作用的受拉体系一起组成绿色加筋格宾结构。其面墙加强构件均为装配式,施工简单快捷;面墙加钢筋网板增加刚度,并采用支撑架固定,一般以65°、70°形成坡面;通常加筋网面幅宽2m,竖向间距0.58m 或0.73m,网面长度根据设计确定。作为一种生态型加筋技术,施工时,在面墙钢丝内侧铺垫有椰棕植生垫,只需人工植入枝条或藤曼草种,稍加养护,坡面绿化即可自然形成。
   鉴于格宾加筋挡墙技术材料均已国产化,性价比好,格宾挡墙技术在国内得到广泛的应用。结合浙江省交通运输厅“柔性生态挡墙在高速公路中的应用专题研究”课题,在绍诸高速公路中上三线高速公路拼宽及37省道诸暨段K38+308~K38+486右侧高填方路基设置格宾柔性生态挡墙,目前正在实施之中。

2.4、施工技术:
(1)开挖基坑、平整场地。挡墙基底按设计尺寸要求开挖后铺设一层20cm以上砂砾垫层,整平并碾压夯实。
(2)架立模架并拉线。用角钢或木条制作两个临时的模架,按挡墙的墙面倾角摆放,中间用线连接,形成一个坡面,以此来控制边坡的坡率,作为墙面材料组装的参照。
(3)铺设钢筋加筋材。沿墙面铺设钢筋加筋材,将加筋材墙面的坡率调整到设计值。
(4)墙面材料组装。依次将配备的三维植生垫或土工垫,以及焊网、三角固定架、支撑架逐一安装,确保墙面斜度与设计相符。将绿色加筋构件放置在规定的位置,相邻加筋格宾构件面墙的所有相邻边均进行绞合连接,使面墙构成一个连续的整体面。
(5)填料摊铺、压实。填筑的填料应符合设计要求,填料内不得含有机料及冻块,距离墙面1m范围内的填料应选用利于植物生长的黏土。
   结构填土的压实质量标准:回填料压实度应不小于93%。填料必须分层摊铺、压实。每层的松铺厚度以30cm为宜,摊铺厚度应均匀,压实后的表面应平整。
   摊铺宜由面墙向加筋网面尾部顺序进行。填料摊铺表面整平后,第一遍宜慢慢轻压,以免拥土将筋带推起或错位,第二遍以后可稍快并重压。每次应碾压整个横向范围内,再进行下一遍碾压。碾压的遍数以工艺试验确定的遍数为指导,以现场检验达到规定的压实度为控制。
   距离面墙1m范围内,宜用人工夯实或轻型机械压实。重型压实机械不得在距离面墙1m 范围作业,以免对面墙挤压造成破坏。加筋区压实不得采用羊足碾式压路机。
   填料碾压时应先从筋带长度的1/2处开始,向筋带尾部碾压,然后再从1/2处向墙边碾压。碾压时压路机运行方向宜垂直于筋网长度方向,且下一次碾压的轮迹与上一次碾压轮迹重叠的宽度应不小于轮宽的1/3。
   加筋体每层碾压完成后进行压实度检查。检测点数按每500m2或每50m长工程段不少于3个点进行控制。检测点应相互错开,随机选定,面板后1m范围内至少有1个检测点(每500m2或每50m长)。
(6)铺设至设计高度。按上述程序,进行第二层的加筋材、墙面材及填料铺设,直至设计高度。
(7)面墙绿化。面墙绿化过去常采用喷播当地典型草籽的方式绿化,目前考虑到景观效果,可采用植入当地典型灌木插条绿化。灌木常采用藤本植物如月季、云南黄馨和蔷薇等。
(8)预埋设置。当加筋体内设置有盲沟或反滤层等疏排水设施或其他需预埋设施时,应注意预埋设置。

3、吉奥挡墙和格宾挡墙性能对比分析:
3.1、相同点:
   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。
   两种工法均执行同样的施工步骤,即:放样→打开单元→组装单元→分层回填土料→分层碾压→重复直至完成整个施工。
   众多案例可以证明,两种防护体系均可达到非常好的生态效果。另据国外实验室的报告,其耐久性可达100年左右。

3.2、不同点:
    不同点主要在于单元的预制完整性、施工难易程度、施工的可调节性和造价性能等。
    绿色加筋格宾是采用直径2. 7 mm的低碳防腐钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网而结构,其重量很轻、柔性很好;吉奥加筋土结构单元采用直径6.0mm的钢筋网,其重量重、属于刚性结构。绿色加筋格宾对于施工人员来说,搬运、铺设均非常容易、方便。
    绿色加筋格宾单元是全预制的结构,包括而墙、筋材、钢筋焊网、支撑体系、土工垫等;工程现场只要打开,即可进行后续施工。而吉奥加筋土结构单元,由于其刚性原因,其而墙是在工程现场组装起来的,增加了其工地现场的工序。
    在工程建设中,不可避免地会出现一些弯道结构,比如桥台,如果使用绿色加筋格宾,由于其筋材网丝直径较细,则可轻松裁剪,搭接出不同的弧度,施工的可调节性较好;而使用吉奥挡土墙体系,则不能做成很好的弧形。
      目前绿色加筋格宾挡墙材料均己在国内专业厂家生产,而吉奥挡墙主要加筋材及部分配套辅材仍需依靠日本吉奥公司提供。我们对同一项目采用两种不同的工法设计,工程预算结果表明采用绿色加筋格宾挡墙材料的费用要比吉奥挡墙材料节省40%左右。

4、结语:
    柔性生态加筋土挡墙技术在国内的应用尚处于尝试阶段,开展的研究工作也不多,对于柔性生态加筋土挡墙的加筋机理、破坏机理、稳定性分析方法以及复杂动应力作用下的结构特性还缺乏深入的研究,工程应用缺乏必要的理论依据和规范指导。
    本文结合钢丝网片柔性生态加筋挡墙在浙江省高速公路的成功应用案例,总结柔性生态挡墙在工程应用中的工程特性及设计、施工等经验,也为浙江省开展“柔性生态挡墙在高速公路中的应用专题研
究”课题提供有力的支持。
    通过调查、试验研究、理论分析与数值模拟相结合,系统地开展柔性生态挡墙的加筋机理、结构形式、潜在破裂而的形态、内部外部稳定性分析方法以及在交通循环荷载作用和地震荷载作用下的动力响
应特性的研究,探讨柔性生态加筋土挡墙设计分析理论,并在工程实践的基础上总结柔性生态加筋土挡墙在山区高速公路复杂地形地质条件下和高速公路路基拓宽工程新老路基差异沉降控制中的适用性、设计计算方法、施工工艺要点和质量控制指标以及生态防护技术,对在浙江省乃至全国推广应用钢丝网片柔性生态挡墙具有十分重要的意义。

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