公路边坡防护：土工合成材料防护技术

【知识目标】

（1）能解释土工合成材料防护的原理。

（2）能重述土工格网、土工格栅、土工格室的区别。

（3）能按照施工流程进行土工合成材料防护的施工作业。

【课时建议】

2学时。

【任务描述】

现有四川省雅安经石棉至泸高速公路第C17合同段（见图5-5-1），位于四川省石棉县境内，起于石棉县擦罗乡的K132+600，终于擦罗乡南娅村的K137+300，全长4.7 km。此段路基填料全部为隧道洞渣，呈褐色、褐绿色、白色，石料主要以中硬石料为主。现就该路段进行土工合成材料防护施工，以使其达到规范及设计的要求。

图5-5-1　路段现状

【任务目标】

通过本任务的学习，能区分土工合成材料防护的类型，根据不同的情况选用适宜的土工合成材料防护类型，能熟练运用土工合成材料防护施工工艺。

近年来，随着我国改革开放政策的实施，科学技术与国民经济的飞速进步，我国的基础设施建设特别是高速公路建设得到了巨大发展。在高速公路的建设中，遇到的各种特殊地质现象和不良地质现象（如软土、膨胀土、滑坡、泥石流等）越来越多，高路堤和高边坡随处可见，这为利用新材料与新技术提供了机会。土工合成材料是一种新型优质高性能的工程材料，自20世纪70年代末被引进我国后，已在国内几乎所有的产业部门得到了较广泛的应用，并取得了十分显著的效果。

土工合成材料

应用土工合成材料进行边坡防护加固的基本形式有：边坡坡面防护、加筋路堤和加筋挡土墙。可应用于边坡防护的土工合成材料有土工格网、土工格栅及土工格室，如图5-5-2所示。

土工膜包括：聚乙烯（PE）土工膜、聚氯乙烯（PVE）土工膜、氯化聚乙烯（CPE）土工膜等。

土工复合材料包括：复合土工膜、复合土工织物、复合排水材料（排水带、排水管、排水防水材料等）。

土工特种材料包括：土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工膜袋、土工网垫、土工织物膨润土垫GCL等。

图5-5-2　土工合成材料的分类

一、土工格网

土工格网是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅，具有强度高、耐腐蚀、稳定性好等特性。国外在土建工程中使用已有20余年，我国近几年才开始大规模应用。土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。

土工格网的功效：路基增强，使粒状填料与网格互相锁合在一起，形成稳定的平面，防止填料下陷，并可将垂直载荷分散。增强地基，堤坝坡度，提高路基稳定性，减少占地面积，可承受载荷，防止出现路基裂痕，避免塌方，缩短工程建设周期，在恶劣环境下也能施工。

我国常使用的土工格网CE131具有强度较高，纵、横向强度均匀，尺寸稳定性能好，耐腐蚀，对大气、土壤中的微生物呈惰性，可防止细菌、霉菌的侵蚀，耐老化，寿命长（露天可使用15年以上）等特点，CE131土工格网性能参数如表5-5-1所示。

表5-5-1　CE131土工格网性能参数

土工格网的施工工序：

（1）土工格网沿线路横向铺设，将成捆土工格网自旧路堤往新路堤方向展开，按设计长度截断，施工时应保证格网铺向与线路走向垂直，土工格网的铺筑如图5-5-3所示。

图5-5-3　土工格网

（2）先将铺设在旧路堤上的端部锚牢，然后展开至新路基边缘，用带排钩横梁将土工格网张拉紧，使之产生1%～2%的伸长。U形锚钉的间距小于等于1 m，其长度大于5 cm，相邻两幅土工格网的搭接长度大于等于20 cm，并用尼龙绳呈之字形穿绑，使之成为一体。

（3）土工格网在加宽段中在切槽处和距基层1 m处分别铺设一层（采用满铺），土工格网的铺设长度按新路基宽度不等。

二、土工格栅

经一次挤压成型的非编织整体网格结构，不存在焊接或编织点薄弱环节，具有高抗拉强度、低应变、小徐变量的力学特性，此外还具有抗生物、化学、紫外线腐蚀等良好的生化特性，耐久性好。

土工格网和土工格栅是平面网状结构。网格类产品的网眼能使其与周围土体间存在可靠的相互作用，土颗粒夹挤在土工格网（格栅）孔隙内形成机械咬合，制约着颗粒材料的移动，颗粒材料嵌实在网格中，处于相对稳定状态，为植物生长提供条件，如图5-5-4所示。

图5-5-4　土工格栅

土工格栅的施工流程如图5-5-5所示。

图5-5-5　土工格栅施工工艺流程

（1）施工场地：要求压实平整、呈水平状、清除尖刺突起物。

（2）格栅铺设：在平整压实的场地上，安装铺设的格栅其主要受力方向（纵向）应垂直于路堤轴线方向，铺设要平整，无皱折，尽量张紧。

用插钉及土石压重固定，铺设的格栅主要受力方向最好是通长无接头，幅与幅之间的连接可以人工绑扎搭接，搭接宽度不小于10 cm。如设置的格栅在两层以上，层与层之间应错缝。

大面积铺设后，要整体调整其平直度。当填盖一层土后，未碾压前，应再次用人工或机具张紧格栅，力度要均匀，使格栅在土中为绷直受力状态。

（3）填料的选择：填料应按设计要求选取。

实践证明，除冻结土、沼泽土、生活垃圾、白垩土、硅藻土外均可用做填料，但砾类土和砂类土力学性能稳定，受含水量影响很小，宜优先选用。

填料粒径不得大于15 cm，并注意控制填料级配，以保证压实重量。

（4）填料的摊铺和压实：当格栅铺设定位后，应及时填土覆盖，裸露时间不得超48 h，也可采取边铺设边回填的流水作业法。

先在两端摊铺填料，将格栅固定，再向中部推进。碾压的顺序是先两侧后中间。碾压时压轮不能直接与筋材接触，未压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位。分层压实度为20～30 cm，压实度必须达到设计要求，这也是加筋土工程的成败关键。

（5）防排水措施：在加筋土工程中，一定要做好墙体内外的排水处理；要做好护脚，防冲刷；在土体内要设置滤、排水措施，必要时，应设置土工布、透水管（或盲沟）。应采取疏导的方式排水，不能堵塞，否则产生隐患。

三、土工格室

土工格室在分类上属于特种土工合成材料，以聚丙烯为基材加入多种高分子材料共混改性，并添加多种助剂（如抗氧剂、光稳定剂、成核剂、加工助剂等改性助剂）的片材，经高强力焊接而成的一种三维立体型蜂窝状或网格状结构，如图5-5-6所示。

目前常用的有两大类：

（1）由土工格栅装配构成的土工格室，该类大多在工程现场装配，用连接栓或者高强度的合成材料（如高密度的聚乙烯绳），将土工格栅缝合成土工格室；

（2）由高强度条带聚合物构成的土工格室，该类主要由高强度的HDPE条带经过超声波强力焊接而成，格室深度一般不超过20 cm。

图5-5-6　土工格室

土工格室片材强度、厚度，片材间连接处强度，组间连接处的强度，以及片材所用材料长期性能的稳定性，对土工格室的工程性能有着重要的影响，其性能参数要求如表5-5-2所示，坡面生态防护土工格室性能要求如表5-5-3所示。

表5-5-2　坡面生态防护土工格室片材性能要求

表5-5-3　坡面生态防护土工格室性能要求

土工格室的施工流程图如图5-5-7所示。

图5-5-7　土工格室施工工艺流程

（1）边坡的修整：要求除去坡面的杂草，大致修平坡面。对于出现局部凹坑或小面积倒边时，要用水泥砂浆和块石垒起加以嵌补；表面无法修平或有大块的硬质石头突出坡面的，则在其上部尽量增厚土层。

（2）截排水设施的处理：做好排水处理，并用素混凝土回灌坡顶部分的格室网格，避免坡顶的水流形成径流对坡面造成冲刷，同时避免雨水沿原坡面渗流，造成土工格室层的滑坍破坏，如图5-5-8和图5-5-9所示。

图5-5-8　土工格室植草护坡　　　

图5-5-9　截水沟设置和材料压顶

（3）土工格室材料的固定：根据受力计算结果和材料的强度，确定锚钉（锚杆）直径与设置密度，利用锚钉（锚杆）来固定土工格室。

（4）营养土的拌制：土工格室植草边坡要求格室回灌土碾成碎末状，并掺入适量的化学肥料。若肥料按袋装提供，要求化肥含有不低于10%的氮和15%的磷酸钾，且施肥量每1 000 m2不少于70 kg。

（5）喷播施工：按设计比例配合草种、木纤维、保水剂、黏合剂、肥料、染色剂及水的混合物料，并通过喷播机均匀喷射于坡面，及时洒水养护，创造良好的植物生长环境。

（6）表层覆盖：雨季施工，为使草种免受雨水冲失，实现保湿保温，应加盖无纺布，促进草种的发芽生长，也可采用稻草、秸秆编织席覆盖。

（7）养护：为避免干旱对草种造成永久性伤害，需及时喷水，保证其正常生长；草种生长高峰期时需每月对叶面喷施1%的复合肥，以后逐次减少，直到形成丰满密实的草皮。

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根据本任务所学知识，能识别土工合成材料，综合分析工程案例，判断选择何种土工合成材料防护效果最佳；并能制定施工方案，按施工流程进行作业。

一、填空题

1.应用土工合成材料进行边坡防护加固的基本形式有_______、_______、_______。

2.土工格室目前常用的两大类是_______、_______。

二、思考题

1．土工格室的施工需注意哪些方面？

2．土工格室施工对截排水设施的处理应注意哪些事项？

任务工作页

【学习目标】

（1）能积极接受工作任务，明确任务，确定小组成员。

（2）能说出土工合成材料防护的材料类型有哪些。

（3）能根据案例情况选择适宜的土工合成材料防护的类型及材料。

（4）能绘制出施工流程图。

（5）能总结出施工注意要点。

（6）能做好安全防护措施，按照施工流程进行作业。

【建议课时】

2学时。

【任务描述与分析】

本合同段位于宁德市古田县境内，起点位于古田县大桥镇沽洋村，桩号K42+600，合同段终点位于古田县泮洋乡松丰村，与本项目先期工程（泮洋互通）起点相接，桩号K51+340，处于山岭、重丘区内。设计在纵横填挖交界过渡段（K45+770～K47+083.5）铺设土工合成材料。K45+770～K47+083.5段土工合成材料处理层主要工程数量如表5-5-4所示。

表5-5-4　主要工程数量

【任务目标】

（1）明确土工合成材料的类型。

（2）确定施工机具及人员安排。

（3）绘制施工流程图。

（4）总结施工方法要点。

（5）归纳施工注意事项。

【任务实施流程与活动】

一、施工准备

1.任务中所选用的土工合成材料的类型

2.需要的主要机具设备及材料有哪些

3.主要人员及劳动力配备

二、土工合成材料防护施工流程图

三、土工合成材料防护施工方法

四、施工注意事项

五、安全文明施工措施

六、工作总结，经验交流

七、评价反馈

1.学习自测题

完成教材课后练习题。

2.学习目标达成度的自我检查

自我检查表

3.日常表现性评价（由小组长或者组内成员评价）

（1）工作页填写情况（　）。

A.填写完整　B.缺失0%～20%

C.缺失20%～40%　D.缺失40%以上

（2）工作页填写正确率（　）。

A.80%以上　B.60%以上

C.60%以下　D.极差

（3）总体表现评价（　）。

A.非常优秀　B.比较优秀

C.需要改进　D.急需改进

（4）是否达到全勤（　）。

A.全勤

B.缺勤（姓名：）

C.缺勤（有请假，姓名：）

（5）其他建议：

小组长签名：日期：

4.教师总体评价

（1）小组成员整体表现评价。

①姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

②姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

③姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

④姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

⑤姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

⑥姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

⑦姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

⑧姓名：　非常优秀（　）比较优秀（　）需要改进（　）急需改进（　）

（2）小组整体评价（　）。

A.组长很负责，所有同学都能达成学习目标

B.小组能完成学习任务，个别同学不能达成学习目标

C.组内有3～4人不能达成学习目标

D.组内大部分同学不能达成学习目标

教师签名：日期：