浅谈高密度聚乙烯(HDPE)单向土工格栅在新疆戈壁滩高填方边坡挡墙加固中的应用

摘要：本文介绍了高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅在新疆某钢厂戈壁滩高填方边坡挡墙加固设计方案优化和施工应用情况，总结和归纳了施工方法和注意事项，希望能对今后类似工程提供借鉴。

关键词：戈壁滩碎石；土工格栅；高填方边坡加固；施工应用

中图分类号： TU7 文献标识码： A

高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅作为土工合成材料的一种，具有高抗拉强度、低延展性、无长期蠕变、优良的物化温度性、质量轻，整体连续性好，耐腐蚀，抗微生物侵蚀好，与各种材料相容、施工方便等优点，目前广泛用于高填方边坡挡墙加固等方面，与传统的挡土墙，护面墙等加固方法相比，土工格栅具有施工作业简单，施工速度快，成本低等特点，应用前景广阔。下面以工程实例来说明土工格栅在高填方边坡挡墙加固中的应用。

1、工程概况

新疆某钢铁厂地处新疆伊犁哈萨克自治州奎屯-独山子开发区，拟建场地地貌单元为奎屯河冲洪积平原上，地层为冲洪积相的第四纪沉积物，地形较为平坦，发育有若干条规模较小的、大致南北走向的冲沟，场地地势西南高，东北低，地面绝对高程在488.9～512.7之间。大致坡降2.0%，地表生长着较为茂盛的荒漠植被。该场地呈现南高北低、西高东低自然地势，最大深度高差20m左右，工程为满足高炉与炼钢之间铁水铁路运输的工艺要求，整个地势采取一个设计标高，这就导致道路施工许多地方存在路基及边坡高填方，高填方边坡及如何确保挡墙稳定问题成为该工程施工的关键。

2、现场地质条件

根据现场勘探孔的揭露，勘察深度范围内地基土的构成为：粉土、卵石等，现自上而下描述如下：

⑴、粉土：灰黄色～褐黄色，层底埋深0.2～0.5m，整个场地均有分布，层内普遍含砂团块，且局部含砂较重，孔隙普遍发育，肉眼可见微层理、垂直裂隙及少量虫孔，经现场干强度试验，土面较粗糙，韧性等级为弱软～中等,摇震反应较缓慢，该土不易用手捏碎，干强度较高，含较多植物根系。

⑵、卵石：青灰色，层项埋深0.2～0.5m，最大可见厚度19.8m，骨架颗粒成份以硬质岩碎屑物为主，一般粒径20～60mm，局部可见少量漂石，最大粒径达220mm。颗粒磨圆度较好，呈亚圆状，骨架颗粒呈交错排列，大部分接触，充填物以粗砂为主,局部夹薄层细砂透镜体。母岩成分以砂岩、花岗岩、变质岩为主。

⑶、拟建场地地貌单一，地层简单。经调查，勘察范围内无岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用，为稳定场地，20m深度范围内无饱和砂土、粉土，无地震液化问题。场地土质以卵石为主，据物探资料，本区卵石层厚约300m，拟建场地稳定。

（4）、地勘结论：粉土层由于地耐力低不做基础持力层。卵石层地基承载力特征值550 kPa；基床反力系数75000 KN/m；变形模量50Mpa。

3、方案设计

针对上述问题在经过设计、地勘等部门的充分论证后，拟采用高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅挡墙进行施工。但采取该方案需解决以下问题：保证回填土地基具有足够的刚度；调整地基土变形协调和均匀性，控制沉降量及沉降差在允许范围之内；保证填筑边坡在满足景观要求及场地条件的限制下稳定。

4、高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅应用原理

⑴、较高的抗拉强度和张拉模量，能使荷载均匀扩散在大面积的范围内，减少载荷应力。⑵、格栅的网眼作用，使土质夹挤在网格内形成机械咬合作用，从而在土体与网格栅之间产生有效的应力传递，降低了不均匀沉降。⑶、填方水分通过网格渗透消散，增加填土的稳定性。⑷、网面的摩阻力产生对土体的拉力，增强了结构的抗剪切能力，有效减少土体的侧向位移。⑸、格栅具有摩擦系数高，抗拉强度高的特性，可在短时间内承受较大荷载的作用，有利于加快填土速度及缩短工期。

5、高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅的技术参数及要求

单向土工格栅除满足《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）和《交通工程土工合成材料-土工格栅》(JT/T480-2002)的要求外，其各项指标及要求均应满足《土工合成材料塑料土工格栅》（GB/T 17689-2008）中相关规定：

⑴、原材料

要求土工格栅原材料为高密度聚乙烯。必须采用全新的原始粒状原料，严禁采用粉状和再造粒状颗粒原料。

⑵、拉伸工艺

要求单向土工格栅的生产工艺为冲孔后整体拉伸型，即在整体的板材上精密冲孔，再定向拉伸后形成格栅产品。

⑶、质控抗拉强度、2%、5%伸长时的强度

格栅抗拉强度为土工格栅的质量控制抗拉强度，用于控制产品在工厂生产时的性能，不作为设计强度。以上强度的检测方法应用宽条法测试，测试时的拉伸速率为有效试样长度的20%/min。格栅产品在达到标称抗拉强度时的伸长率≤11.5%。

⑷、蠕变强度

工程设计中采用的强度是在格栅蠕变强度基础上再考虑其它折减系数得到最终强度，材料的长期蠕变强度为工程使用中的控制强度。为保证工程的长期稳定，所用格栅的蠕变折减系数应满足工程设计年限的要求。

⑸、格栅节点强度

为保证格栅的纵向的抗拉强度不会在节点处有损失，节点强度必须≥肋条的强度的95%。

⑹、碳黑含量

为有效增长格栅在日晒状态下的使用寿命，土工格栅中分布均匀、粒径为25纳m的碳黑颗粒的含量必须≥2%。由于肉眼无法目测实际的碳黑含量，因此须对产品进行严格的碳黑含量检测。

⑺、抗化学影响的折减系数和抗生物影响的折减系数

本设计采用的抗化学折减系数和抗生物影响的折减系数均为1。

⑻、格栅与连接棒的连接强度

两幅格栅之间采用连接棒连接，要求连接处必须是100%足够强度连接，格栅的强度不能在连接处有任何损失。连接棒的连接强度是在横向受格栅剪切力时能够满足连接要求所需的强度，而不是材料纵向能够提供的强度。

连接棒采用EGBD10, 原材料高密度聚乙烯（HDPE）,HDPE拉伸屈服强度≥22MPa，与土工格栅全强度连接。

6、高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅技术指标要求见下表

高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅技术指标

项目 单 位 技术指标值

格栅类型 EG90R EG130R EG170R

聚合物原料 HDPE HDPE HDPE

最小炭黑含量 % ≥2 ≥2 ≥2

质控抗拉强度 Kn/m ≥90 ≥130 ≥170

2%应变质控抗拉强度 Kn/m ≥23.7 ≥38.0 ≥52.5

5%应变质控抗拉强度 Kn/m ≥45.2 ≥75.5 ≥103.0

标称伸长率 % ≤11.5 ≤11.5 ≤11.5

20°C下的长期蠕变断裂强度 Kn/m ≥34.9 ≥50.4 ≥65.9

7、高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅珊施工方法

⑴、首先对下承层进行整平，碾压，要求平整度≤15MM，压实度达到规范要求，表面严禁有碎石，块石等坚硬凸出物。

⑵、在平整好的下承层上按设计宽度铺设土工格栅，摊铺时应拉直平顺，紧贴下承层，不得出现扭曲，褶皱，重叠，并用U形钉固定。

⑶、土工格栅在铺设时，将强度高的方向垂直轴线方向，本项目采用高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅，每幅宽度1.2M，每幅叠合长度（纵向）≥15CM，并用U形钉固定，间距1.0；横向搭接长度30-90CM，搭接位置用U形钉固定，每一处搭接位置U形钉不少于2个。两块格栅之间采用连接棒连接。

⑷、土工格栅铺设完成后首先进行自检，自检合格后报监理检查，签证，合格后进行上层土料施工。

⑸、土工格栅第一层填土摊铺应采用轻型推土机或前置式装载机，一切车辆只允许沿路堤的轴线方向行驶。第一层的填料应采用推土机或压路机进行压实，只有当已填筑压实厚度≥60CM后，才能使用重型压路机压实。

⑹、按照上述施工顺序进行循环施工，直至工程施工完成。

⑺、高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅栅施工质量要求见下表。

序号 项 目 施工质量要求 检查方法和频率

1 下承层平整度 15mm 每200m检查4处

2 纵向搭接宽度 15CM 抽查2%

3 横向搭接宽度 ≥30m 抽查2%

4 搭接缝错开距离 ≥50CM 抽查2%

8、荷载试验及变形监测

⑴、荷载试验：为验证设计以及进行施工质量检测，在挡墙回填土施工结束1周后，进行了静载试验。试验采用直接1.0m的圆形承载板，最大加荷为600Kpa,荷载增量为50 Kpa，荷载试验共进行了18点，变形模量计算值最小为43Mpa,承载力≥200 Kpa，完全满足上部荷载要求。

⑵、挡墙顶位移监测：在距离挡墙1.0、2.0、5.0m处，各埋设了3组观测点，采用简单的测距方法进行了挡墙相对水平位移观测。持续观测时间为4个月，观察期间经历了四次降水。水平位移最大点发生在距离挡墙面1.0m处，总位移量达到27㎜，而在最内侧5.Om处几乎观测不到水平位移。

9、施工注意事项

⑴、土工格栅材料必须采用级配良好的填料，对填料进行检测，要求填料不均匀系数≥5，曲率系数1--3 。

⑵、填料摊铺到位后应及时填筑填料，以免其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下，间隔时间不超过48H。

⑶、为了保证边坡的稳定，保证回填土的紧密结合，施工时必须挖台阶，台阶宽度≥1M，压路机必须碾压到边。

⑷、在距土工格栅层8CM以内的路堤填石路堤料，其最大粒径不得＞6CM。

⑸、提高干密度控制，并进行现场碾压试验。要求碾压后填筑体固体含量≥85%。

10、结语

⑴、由于采用了上述施工方法，施工效果很好，多次人工挖开检验，土工格栅平整，与下承层紧密贴良好，未出现扭曲，褶皱重叠现象。

⑵、在本工程中，在具有良好持力层时，使用填料良好的高填地基是可行的，通过施工控制地基承载力完全满足设计要求。

⑶、高质量的土工格栅挡墙体与墙背填土同步填筑，易于施工，可保证施工质量，降低工程造价，采用此种设计来稳定高填边坡是有效可行的。

⑷、通过施工结束后的载荷试验及墙移监测，本工程的处理取得非常良好的效果。

⑸、土工格栅加固高填方边坡技术，具有施工作业简单，施工速度快，成本低等特点，又具有一定的强度和抗腐蚀能力，能够长久地保证高填方路堤边坡稳定，也克服了高填方路堤后期沉降量偏大的通病，应用前景广阔。

参考文献：

[1]陈巧珍《建筑材料试验计算手册》，广东科技出版社，1992年。

[2]公路施工技术规范《JTGT10-2006》

[3]公路土工合成材料试验规范《JTGE50-2006》