CN107354911B - 一种生态柔性土工格栅加筋码头施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于码头防护及抗震领域，为了解决现有码头挡土设施因多为刚性结构，在震波、船舶荷载、水压力的联合作用下容易出现拉筋拔出、产生内外部滑裂面或坡面严重变形隆起等破坏现象的问题，本发明提供了一种生态柔性土工格栅加筋码头施工方法，该码头采用利用反包技术制成的土工格栅装置以及植物根系对土体进行加固，通过使用土工格栅和植物根系共同与土颗粒填料咬合可大大增强边坡的稳定性以及增强坡面承受船舶荷载和水压力的能力；土工格栅装置采用上下层分级阶梯型布置，受力更合理，结构更加稳定，变形疲劳寿命好。

Description

一种生态柔性土工格栅加筋码头施工方法

技术领域

本发明属于码头防护及抗震领域，具体涉及一种生态柔性土工格栅加筋码头施工方法，是一种水工工程用中小型土工合成材料生态加筋码头。

背景技术

近年，随着地震活动进入新的活跃期，增强码头的抗震性显得尤为重要。目前在码头挡土结构中使用的几种形式：重力式挡墙，易发生不可修复性破坏；刚性加筋挡土墙，由于墙面板采用的是混凝土砌块等刚性材料，因而一旦产生变形则面板发生不可修复的破坏，且面板剥落时也存在安全隐患。由于港口码头都采用了刚性面板，因此港口码头在地震荷载的作用下也将产生不可修复的损害，进而给港口交通、人员、船只及货物安全带来极大的威胁。因此水工工程领域边坡防护抗震问题十分重要而敏感，备受各界关注。港口码头挡土结构一旦发生破裂，则不但严重影响水上交通，还会对人员和货物的安全造成严重的威胁。

发明内容

本发明为了解决现有码头挡土设施因多为刚性结构，在震波、船舶荷载、水压力的联合作用下容易出现拉筋拔出、产生内外部滑裂面或坡面严重变形隆起等破坏现象的问题，进而提供了一种生态柔性土工格栅加筋码头施工方法。

本发明采用如下技术方案：

一种生态柔性土工格栅加筋码头，包括土工格栅装置、基础和填筑地基，土工格栅装置与填筑地基顶面平齐对接并施工安装于基础上，所述土工格栅装置是由若干层水平设置的格栅单体连接而成，格栅单体相互平行、上下层间隔设置，由下至上的格栅单体水平长度逐层减小，且各层格栅单体的尾端平齐、格栅单体的前端呈阶梯状构成坡面，格栅单体之间的空隙由回填土密实。

所述格栅单体包括次要拉筋和主要拉筋，主要拉筋水平设置，次要拉筋绕主要拉筋前端呈“”型反包主要拉筋，次要拉筋前端为平滑过渡的弧形并与主要拉筋前端通过连接棒（53）连接，主要拉筋与上方尾段次要拉筋、下方首段次要拉筋相互平行且竖向间距相等，上方尾段次要拉筋与主要拉筋前端之间填充有装土麻袋。

所述反包后的上方尾段次要拉筋在装土麻袋后方以相对水平方向45°向下翻折后再翻折至与主要拉筋间隙平行并与主要拉筋（55）绑扎连接。

所述格栅单体的前端设有生态柔性坡面保护层，坡面保护层包括土工网垫、高聚物防渗墙和坡面绿化植被，土工网垫沿土工格栅装置前端面倾斜设置，土工网垫的表面包裹有高聚物防渗墙，高聚物防渗墙的表面设有一层坡面绿化植被。

所述土工格栅装置、基础和填筑地基的连接处设有回填碎石，基础内设有与回填碎石贯通的渗沟，渗沟内安装有排水管。

所述填筑地基为倒梯形台阶断面。

一种生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，采用土工格栅的折线反包技术减小坡面变形量，加筋码头的具体施工步骤如下：

1）施工基础：采用现浇混凝土基础或浆砌条石基础，基础的高度必须同时满足码头施工规范中的埋深要求和水流冲刷深度要求；

2）施工填筑地基：将原状坡体结合部位开挖成台阶状，形成倒梯形台阶断面的填筑地基，以增加界面摩擦；

3）施工土工格栅装置：根据施工放线的实际位置，沿场地纵向在步骤1）施工完成的基础上由下至上依次分层铺设格栅单体（51），每施工完一层格栅单体（51）进行填土压实平整后再进行上一层格栅单体（51）的施工，各层格栅单体（51）的具体施工过程如下：

A、根据设计要求裁剪制作若干次要拉筋（54）和主要拉筋（55），沿场地纵向铺设裁剪好的次要拉筋（54）和主要拉筋（55），并预留次要拉筋（54）的坡面反包段，通过连接棒（53）连接主要拉筋（55）和次要拉筋（54）的反包段；

B、在预留的次要拉筋（54）坡面反包段处摆放装有回填土的装土麻袋（56），将该装土麻袋（56）作为反包段前端曲线成型模具，紧贴装土麻袋（56）将次要拉筋（54）绕主要拉筋（55）呈“”型结构进行反包，反包后张拉绷紧次要拉筋（54）尾部自由端；

C、按照与水平方向成45°的方式将主要拉筋（55）上方位于装土麻袋（56）后的反包段尾部向下翻折并固定于装土麻袋（56）上，然后将次要拉筋（54）反包段与主要拉筋（55）绑扎，完成该层格栅单体（51）加筋层的制作；

D、使用回填土将该层格栅单体（51）加筋层填平并压实至预设压实保护厚度，再按上述A-C步骤进行上一层格栅单体（51）的铺设，上一层格栅单体（51）长度小于相邻下层格栅单体（51）长度，格栅单体（51）的尾端平齐、格栅单体（51）的前端呈阶梯状构成坡面，上下层格栅单体（51）采用连接棒搭接，直至完成整个坡面土工格栅装置（5）的施工；

4）沿土工格栅装置（5）前端的坡面铺设土工网垫（2），以防止填料通过土工格栅装置（5）的网孔漏出，并在土工网垫（2）背后注入快速凝结硬化高聚物材料，形成薄层高聚物防渗墙（3），防止水体侵入土体和保证土工网垫（2）与侧壁土体紧密结合。

在坡面高聚物防渗墙处摆放装耕植土和草籽的麻袋，形成一层坡面绿化植被。施工时可在坡面高聚物防渗墙回填土和碎石，再铺设一层土工网垫，使得装耕植土和草籽的麻袋与加筋土成为一体。

在土工格栅装置、基础和填筑地基的连接处回填碎石，并在基础内开挖与回填碎石贯通的渗沟，渗沟内安装有排水管，码头内部的排水系统通过回填碎石将多余的水分收集至下部渗沟，并经由排水管排出。

为保证填土能摊铺在格栅单体上，格栅单体不发生褶皱，回填土范围要超出格栅单体铺设范围5-6m。

压实回填土时，先从格栅单体长度的1/2处开始向格栅单体尾部碾压，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格栅单体，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迹的1/3。

在张拉绷紧格栅单体的同时，采用U型钉固定格栅单体，沿沿场地纵向每隔2-3m设置一排固定U型钉。

最底层格栅单体（51）的长度为2.4m，格栅单体（51）前端高度e为30cm，相邻上下层格栅单体（51）的竖向间距d为5cm，上方反包尾段次要拉筋（54）与主要拉筋（55）之间的竖向间距f为7.5cm。

本发明提供的岩土工程用使用土工格栅及植物根系对土体进行加固的生态加筋技术的布置及方法，通过使用土工格栅和植物根系共同与土颗粒填料咬合可大大增强边坡的稳定性以及增强坡面承受船舶荷载和水压力的能力；采用高聚物防渗墙，可防止水体侵入土体；采用土工网垫与植被作为柔性护面可以增强坡面的变形适应能力，地震荷载作用时既能防止坡面发生不可修复性的刚性破坏又能防止内部填料漏出；通过对上下层土工格栅进行分级阶梯型布置使其受力更加的合理，使结构更加稳定；通过U型钉和连接棒对土工格栅进行连接，使得结构成为统一的受力整体，更加安全；通过设置内、外排水设施，保证结构在自然环境因素的作用下依然能具有足够的耐久性。为了研究该生态加筋边坡在地震荷载作用下的受力及变形情况，建立了生态加筋边坡的有限元模型如图7，以水平均布荷载来模拟船舶荷载的作用和竖直均布荷载来模拟码头上部荷载作用下生态加筋码头的响应，以EI波来模拟在地震荷载的作用下生态加筋边坡的动响应，并进行动力分析。考虑生态加筋码头在地震荷载和其他荷载共同作用下的受力及变形情况，得到变形图如图8，以及位移图9，从变形图和位移云图上可以看到，边坡的变形较小，且本模拟中未将坡面的土工网垫的约束作用考虑入内。因此，倘若将土工网垫的约束作用也列入，则坡面变形将完全被约束，并保持平整。而边坡底部变形极小，可见本设计中的加筋边坡具有较好的抗震稳定性。得到应力图如图10，可见最大应力位于边坡底部，由于该处布置了足够的土工格栅，同时也是位移变形最小处，因此抗震稳定性优秀。

综上可以看出本发明的方法和结构简单，强度、刚度和稳定性好，变形疲劳寿命好。

附图说明

图1为加筋码头的结构示意图；

图2土工格栅装置的结构示意图；

图3为格栅单体的线形及筋材连接配置图；

图4是坡面植被防护用装回填土的麻袋布在格栅单体内的布置示意图；

图5是为了防止填料漏出及保证土工格栅与土体充分接触的土工网垫布置及耕植土填充示意图；

图6为内、外部排水设施示意图；

图7为本发明实施的数值模拟图；

图8为本发明实施的数值计算变形图；

图9为本发明实施的数值计算位移图；

图10是本发明实施的数值计算应力图。

图中：1-系船设施、2-土工网垫、3-高聚物防渗墙、4-坡面绿化植被、5-土工格栅装置、6-基础、7-渗沟、8-排水管、9-回填碎石、10-填筑地基、11-土工布封顶层、12-顶部锚沟；

51-格栅单体、52-回填土、53-连接棒、54-次要拉筋、55-主要拉筋、56-装土麻袋。

具体实施方式

本发明是通过采用柔性的绿化植被护面和高聚物防渗墙，使此码头坡面既具有足够的柔性，在地震荷载的作用下不会发生不可修复的刚性破坏，增加了坡面适应土体变形的能力，也使得加筋土体不被水体侵入，同时又采用了土工格栅的折线反包技术使得坡面变形量大大减小。

本发明采用如图1、2所示的生态柔性土工格栅加筋码头，包括土工格栅装置5、基础6和填筑地基10，土工格栅装置5与填筑地基10顶面平齐对接并施工安装于基础6上，所述土工格栅装置5是由若干层水平设置的格栅单体51连接而成，格栅单体51相互平行、上下层间隔设置，由下至上的格栅单体51水平长度逐层减小，且各层格栅单体51的尾端平齐、格栅单体51的前端呈阶梯状构成坡面，格栅单体51之间的空隙由回填土52密实。

所述格栅单体51的结构如3所示，包括次要拉筋54和主要拉筋55，主要拉筋55水平设置，次要拉筋54绕主要拉筋55前端呈“”型反包主要拉筋55，次要拉筋54前端为平滑过渡的弧形并与主要拉筋55前端通过连接棒53连接，主要拉筋段与次要拉筋反包段通过连接棒连接，可有效保证连接强度。主要拉筋55与上方尾段次要拉筋54、下方首段次要拉筋54相互平行且竖向间距相等。

上方尾段次要拉筋54与主要拉筋55前端之间填充有装土麻袋56，所述反包后的上方尾段次要拉筋54在装土麻袋56后方以相对水平方向45°向下翻折后再翻折至与主要拉筋55间隙平行并与主要拉筋55绑扎连接。采用装回填土的麻袋进行加筋，将麻袋袋置于主筋前端，将预留的次要拉筋反包，并于麻袋后方将其与水平方向成135度角（45°）翻折。麻袋与格栅之间的空隙采用回填土填充，将翻折后的次要拉筋与主筋绑扎，并采用回填土将其回填至同一水平高度，压实至规定压实度，如图4所示。

由于在地震荷载的作用下垂直墙面板连接处易发生倒塌，因此本发明对于边坡坡面采用内部分级式处理。将下一层土工格栅以阶梯分级的形式布置于底层土工格栅之上，使其形成一个统一受力的整体。

本发明采用黏土作为填料，由于土颗粒粒径较小，易从土工格栅的网孔中漏出。并且表面的防护根系植物的生长需要时间，在此期间若遇降雨也易将草籽和土颗粒冲出。因此本发明中采用孔径较小的土工网垫对其进行保护。在内部土工格栅全部铺设完毕后，在土工格栅的空隙间回填土，并将坡面平成为平顺的斜坡，最后将土工网垫绑扎于土工格栅之上，形成密布的保护层。

同时，设置相应的排水设施能够保证加筋边坡在长期自然因素如降水天气的作用下，依然能保持稳定。内部排水系统通过回填碎石将多余的水分收集至下部的渗沟，并经由PVC排水管排出，排水管直径一般为g=10cm。

本发明采用防水土工布作为上层防水密封材料，防止水分渗入内部排水系统外部的其他区域。而外部排水系统采用上部锚沟及坡面构成。上部多余的的水分可经由顶部锚沟排出。枯水季节时，坡面多余的水分可由坡面向下渗流，在此过程中，适当的水分渗入耕植土中还有助于植被的生长。

以某工程为例，对本发明所述生态柔性土工格栅加筋码头的具体施工方法作进一步说明：

1）枯水季节能进行干地施工时，可采用现浇混凝土基础或浆砌条石基础,基础的高度应满足埋深要求和水流冲刷深度要求。当基础位于水下时,一般采用水下挖基槽去掉淤泥层,水下抛石、夯实基床,水下现浇混凝土或安放预制混凝土块使基础出水面。

2）场地平整，根据设计图纸及现场土质情况，平整填筑地基。选择断面形式时主要考虑加筋土结构的稳定、河岸地形情况以及码头或护岸挡墙的高度,本发明选用倒梯形断面，将原状坡体结合部位开挖成台阶状，以增加界面摩擦，施工前先清除加筋范围内的障碍物及杂草，对不良地基土结合地基处理进行强务置换，底层应挖到设计标高，并整平。

3）按照施工图纸及相关设计要求进行准确放线。

4）按设计要求裁剪土工格栅，根据施工放线的实际位置铺设底层格栅。沿场地纵向，相邻土工格栅对接，土工格栅必须按设计图纸要求的位置长度及方向进行铺设。

5）应用诸如斗式挖掘机或是带有斗的推土机等机械设备来进行填土施工，保证填土摊铺在格栅上，格栅不发生褶皱，填土范围要超出格栅铺设范围5~6m。为避免格栅受施工机械损伤，机械履带与格栅之间应至少保持有150mm厚的填土，禁止机械直接在格栅上行进。

6）在保持张拉格栅绷紧的同时，采用U型钉固定格栅，固定格栅的销钉数量根据实际铺设长度而定，宜2-3m设置一排固定U型钉，保证进行回填料的回填摊铺时，格栅不发生褶皱。

7）在相邻就结构面1m的范围内，及拐角处严禁用重型机械碾压，宜用5t以下压路机或振动夯等轻型机械压实。对其他部位的回填料用大型压实设备进行充分碾压，使该层回填料的压实度达到设计规范要求。

8）填料碾压时应先从格栅长度的1/2处开始向格栅尾部碾压，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格栅，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迹的1/3。第一遍宜慢慢轻压，以免拥土将格栅推起或错位，第二遍以后可稍快并重压。每次应碾压整个横向碾压范围，再进行下一遍碾压，碾压的遍数以达到规定的压实度为准。

9）铺设主筋段土工格栅，事先裁剪好的主筋层格栅与底层格栅反包段采用连接棒连接，连接须穿过格栅每根助条，并预留反包格栅的长度，反包长度不小于1.5m，格栅拉紧并固定。

10）在坡面处预留的反包段格栅处摆放装回填土的麻袋，麻袋的尺寸不宜过大，约40cm×30cm×15cm(长×宽×高)左右，将该麻袋作为反包段前端曲线型成型模具，紧贴麻袋将土工格栅进行反包，可铺填上一定量的回填料，使得曲线与土工格栅线形更加贴合、平顺。通过格栅的另一自由端用张拉梁对格栅施加张拉力，使格栅绷紧。

11）将底层土工格栅反包后，按照与水平方向成45°角的方式将其反包段尾部翻折并固定于填料之上,将其与主筋段进行绑扎，使用回填土将该层土工格栅加筋层填平并达到150mm的压实保护厚度，再进行下层土工格栅的铺设，与下一层土工格栅采用连接棒搭接。

12）按照设计要求，分层回填碾压直至下一层底标高。

13）重复2-12步骤。

14）在土工格栅与回填土之上铺设土工网垫，以防止填料通过格栅的网孔漏出;为防止水体侵入土体和保证土工网垫与侧壁土体紧密结合,在土工网垫背后注入快速凝结硬化高聚物材料，形成一定强度的薄层高聚物面层结构。

15）在坡面处摆放装耕植土和草籽的麻袋，可铺填上一定量的回填料（回填土和碎石），再铺设一层土工网垫，使得装耕植土和草籽的麻袋与加筋土成为一体。

16）作好施工现场的排水工作，遇到降雨天气应采取适当措施，并将水迅速排走或将施工现场进行遮盖。建议码头施工避开雨季。

17）系船设施采用系锚墩加拉杆和锚锭块结构。锚墩上埋置锚链或系船柱, 锚墩下的加筋体应充分压实,适当提高其压实度。锚墩后的拉杆施工时必须张紧,采用超填土或钉木桩支承拉杆,防止上层加筋土施工时拉杆可能发生变形。

18）加筋土码头由于属于水工结构工程,施工时除应遵守一般加筋土工程的施工要求外,还应充分考虑水工结构的特点。

步骤4）中的材料采用SS30型双向土工格栅，布置成分离变长式（即由上至下逐层变长），最底部的主筋长c=2.4m，两个土工格栅的间距为d=5cm。

在步骤5)中，采用重型机械进行回填土的压实；在重型机械与格栅之间应至少保持有150mm厚的填土，以减小对土工格栅产生的损伤。

在步骤6)中，在铺设土工格栅时，每间隔2-3m设置一排固定U型钉，以将土工格栅平整的铺摊开来并固定于土体表面。

在步骤7)中，碾压后每层都要进行密度测试，以达到设计要求，以保证筋土之间的嵌锁作用能满足稳定性要求。

在步骤9)中，将所用的土工格栅分为主筋和反包次筋两部分，主筋为中间的受拉筋，而次筋为用于反包的构造用筋，一层土工格栅高e=30cm。并使用连接棒将土工格栅主筋段与反包次筋段进行连接。

在步骤10)中，使用麻袋作为反包土工格栅前部的线形模具，使土工格栅呈曲线型（椭圆形）反包，麻袋采用原生塑料编织袋。

在步骤11)中，将反包后的土工格栅尾部以45度折线形翻折并绑扎于主筋段上，上层次筋与主筋的距离为f=7.5cm。

在步骤14)中，在土工格栅与回填土之间铺设土工网垫，以防止填料通过格栅的网孔漏出。在装耕植土和草籽的麻袋上铺设一层土工网垫，可使得装耕植土和草籽的麻袋与加筋土成为一体。

Claims (7)

1.一种生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于，采用土工格栅的折线反包技术减小坡面变形量，加筋码头的具体施工步骤如下：

1)施工基础：采用现浇混凝土基础或浆砌条石基础，基础的高度必须同时满足码头施工规范中的埋深要求和水流冲刷深度要求；

2)施工填筑地基：将原状坡体结合部位开挖成台阶状，形成倒梯形台阶断面的填筑地基，以增加界面摩擦；

3)施工土工格栅装置：根据施工放线的实际位置，沿场地纵向在步骤1)施工完成的基础上由下至上依次分层铺设格栅单体(51)，每施工完一层格栅单体(51)进行填土压实平整后再进行上一层格栅单体(51)的施工，各层格栅单体(51)的具体施工过程如下：

A、根据设计要求裁剪制作若干次要拉筋(54)和主要拉筋(55)，沿场地纵向铺设裁剪好的次要拉筋(54)和主要拉筋(55)，并预留次要拉筋(54)的坡面反包段，通过连接棒(53)连接主要拉筋(55)和次要拉筋(54)的反包段；

B、在预留的次要拉筋(54)坡面反包段处摆放装有回填土的装土麻袋(56)，将该装土麻袋(56)作为反包段前端曲线成型模具，紧贴装土麻袋(56)将次要拉筋(54)绕主要拉筋(55)呈型结构进行反包，反包后张拉绷紧次要拉筋(54)尾部自由端；

C、按照与水平方向成45°的方式将主要拉筋(55)上方位于装土麻袋(56)后的反包段尾部向下翻折并固定于装土麻袋(56)上，然后将次要拉筋(54)反包段与主要拉筋(55)绑扎，完成该层格栅单体(51)加筋层的制作；

D、使用回填土将该层格栅单体(51)加筋层填平并压实至预设压实保护厚度，再按上述A-C步骤进行上一层格栅单体(51)的铺设，上一层格栅单体(51)长度小于相邻下层格栅单体(51)长度，格栅单体(51)的尾端平齐、格栅单体(51)的前端呈阶梯状构成坡面，上下层格栅单体(51)采用连接棒搭接，直至完成整个坡面土工格栅装置(5)的施工；

4)沿土工格栅装置(5)前端的坡面铺设土工网垫(2)，以防止填料通过土工格栅装置(5)的网孔漏出，并在土工网垫(2)背后注入快速凝结硬化高聚物材料，形成薄层高聚物防渗墙(3)，防止水体侵入土体和保证土工网垫(2)与侧壁土体紧密结合。

2.根据权利要求1所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：在坡面高聚物防渗墙(3)处摆放装耕植土和草籽的麻袋，形成一层坡面绿化植被(4)。

3.根据权利要求2所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：在土工格栅装置(5)、基础(6)和填筑地基(10)的连接处回填碎石，并在基础内开挖与回填碎石贯通的渗沟(7)，渗沟(7)内安装有排水管(8)，码头内部的排水系统通过回填碎石将多余的水分收集至下部渗沟(7)，并经由排水管(8)排出。

4.根据权利要求3所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：为保证填土能摊铺在格栅单体(51)上，格栅单体(51)不发生褶皱，回填土范围要超出格栅单体(51)铺设范围5-6m。

5.根据权利要求4所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：压实回填土时，先从格栅单体(51)长度的1/2处开始向格栅单体(51)尾部碾压，然后再从1/2处向墙边碾压，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迹的1/3。

6.根据权利要求5所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：在张拉绷紧格栅单体(51)的同时，采用U型钉固定格栅单体(51)，沿沿场地纵向每隔2-3m设置一排固定U型钉。

7.根据权利要求6所述的生态柔性土工格栅加筋码头的施工方法，其特征在于：最底层格栅单体(51)的长度为2.4m，格栅单体(51)前端高度e为30cm，相邻上下层格栅单体(51)的竖向间距d为5cm，上方反包尾段次要拉筋(54)与主要拉筋(55)之间的竖向间距f为7.5cm。