土工格栅加筋挡墙变形监测技术应用研究

土工格栅加筋挡墙变形监测技术应用研究

蒋国新，尼加提·努尔太,，李生智，王子剑，杨鑫垚

新疆建筑科学研究院（有限责任公司），乌鲁木齐 830000

摘要： 施工过程中边坡的坍塌会对施工现场的安全造成巨大威胁，并造成工期的拖延。基于此，本文借鉴土工合成材料的使用方法提出了基于土工格栅技术加筋挡墙的变形监测技术，并在某挡土墙项目中进行了应用，并取得了较好的监测效果。从监测结果来看，建筑物变形与施工工况是密切相关的，在施工过程中，变形由于受到外界附加荷载的作用呈摆动趋势，在施工完成后，变形速度放缓并逐渐稳定。

关键词：土工格栅 边坡防护  施工变形  位移监测

0引言

长期以来，我国边坡地质灾害频频发生，且灾害发生的位置都较为隐蔽，造成的影响范围广。为了减少地质灾害的发生又或者降低地质灾害的不利影响，需要一种二维或三维的连续材料改善分散不连续土体的工程特性。因此，土工合成材料在施工中得到了广泛应用[1-3]。土工合成材料包括土工格栅、土工格室及土工膜[4-5]等，因其施工技术简便、抗拉强度高、抗拔力高、耐久性好等特点[6]，近年来得到了充分快速的发展，其中以土工格栅的应用范围最广，所以土工格栅在施工过程中的变形对施工安全尤为重要。为确保施工过程中加筋挡墙的安全和施工后挡墙的稳定，本文通过对乌鲁木齐市某土工格栅加筋挡土墙建设项目的垂直位移、水平位移等内容的监测，分析在施工过程中挡土墙的变性特征。其结果可为类似工程的设计和施工提供参考。

1监测目的

基于土工格栅加筋挡墙的变形监测，可在堆筑施工过程中通过对周边建筑物、环境、管线及挡墙结构的安全性进行观测，分析挡墙的变化规律，验证结构设计，预测判断挡墙施工过程中的安全稳定性；并能及时发现预兆，判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数。掌握土工格栅加筋挡墙施工过程中的应力、应变变化情况，为施工提供安全监控，确保施工过程中结构稳定。同时还可以通过施工监测对得到的信息进行分析，及时发现问题，为施工提供及时的反馈信息，制定应变（或应急）措施保证结构施工安全，达到动态设计与信息化施工的目的。最后，该技术可为施工过程中结构安全性分析提供数据支撑，减少管理方的风险。用于反馈优化设计，为改进设计、降低工程造价提供依据。积累经验和资料，为今后同类工程提供类比依据。

2监测方法

    为保证施工时边坡的稳定性，基于土工格栅加筋挡墙的变形监测需监测包括：

格栅的内部受力监测、堆填土的受力监测、挡墙水平及竖向位移监测、填土高度的监测。因此，该监测方法首先得确定基准点、监测点的布置，后利用全站仪采集数据，自动化综合测试系统会对采集的数据进行自动化处理，完成24小时不间断监测。如遇到施工工艺发生变化或者其它不利于结构稳定情况，则可根据现场情况加大监测频率。当自动化综合测试系统识别到异常值时，则会产生预警。

当出现下列情况之一时，会立即进行危险报警，并应对结构和周边环境中的保护对象采取应急措施：

（1）监测数据达到报警值的累计值；

（2） 结构或周边土体的位移值突然明显增大或出现隆起、陷落或较严重的渗漏等；

（3）结构出现过大变形、压屈、断裂、松弛或拔出的迹象；

（4）根据当地工程经验判断，出现其他必须进行危险报警的情况。

水平和竖向位移监测方面，首先布设独立水平位移、竖向位移监测基准网；再用全站仪（拓普康MS05）采用二级导线技术对水平位移监测基准网进行测量，用水准仪（天宝DiNi03）采用二级水准测量技术对竖向位移监测基准网进行测量；最后用全站仪（拓普康MS05）采用极坐标法对水平位移监测点进行测量，用水准仪（天宝DiNi03）采用二级水准测量技术对竖向位移监测点进行测量。详细的工艺流程如图1所示：

图1基于土工格栅加筋挡土墙的变形监测技术路线图

3工程应用

3.1工程概况

该项目为某机构场地边坡项目基础配套设施建设工程，挡墙呈L型，截面呈T型，总长度430米，其中400m长挡墙高20m，100m挡墙高30m。该项目中挡墙为土工构筑物，填筑最高能达到30米，填筑体边坡比例按1：0.3控制，边坡材料采用土麻袋和绿色加筋宾格，堆筑主体为加筋土，分层碾压，0.5米铺设一层土工格栅。

3.2测点布置

根据项目的需要，结合设计方案和项目所处的地形、地质等实际情况，在确定的观测断面上适当的位置分别布设土工格栅专用柔性位移计、土压力盒和坡面位移桩等观测元件，以对格栅拉伸应变、竖向土压力和坡面水平位移等展开观测；根据相关规范要求，横断面间距拟采用40m，其中20m高挡墙布置9条横断面，30m高挡墙布置4条横断面。各横断面监测元器件布置方案如下：

（1）柔性位移计：主要用来监测土工格栅的变形，其中30m高挡墙布置于第1、10、18、28、39、50层土工格栅上，其各层数量依次为10支、10支、8支、6支和4支；20m高挡墙布置于第1、11、21、32层土工格栅上，其各层数量依次为8支、6支、4支和2支；同层位移计间距3m，从中间向两侧对称布置。

（2）钢弦式土压力盒：主要用来监测挡墙竖向土压力变化，其中30m高挡墙布置于第1、18和39层土工格栅上，其各层数量依次为9支、7支和3支；20m高挡墙布置于第1、18层土工格栅上，其各层数量依次为7支和3支；布置在两支柔性位移计中间，间距3m，从中间向两侧对称布置。

（3）水平和竖向位移监测点：观测坡面实际发生的竖向和水平位移大小，布置于坡面两侧二台处，其中30m高挡墙每个断面布置6个点，20m高挡墙每个断面布置4个点。

具体布置如下图所示：

图2 30m高挡墙监测元件横断面布置图  图3 20m高挡墙监测元件横断面布置图

3.3竖向位移监测

对于竖向位移采用电子水准仪(美国天宝DiNi03)配一对2m铟钢精密条码尺，按二级水准测量技术要求施测。测量前先将基准点和工作基点联测，然后将沉降点与基准点或工作基点组成闭合环或附合水准网进行观测。

计算公式为：                        （1）

其中， （2）

3.4水平位移监测

使用全站仪（拓普康MS05）采用坐标法测量：在结构的两端远处各选定一个稳固基准点J2、J3，用全站仪测出其坐标，以J3为测站点J2为定向点，测得各监测点的初始坐标X0，Y0，监测点本次Xi，Yi与初始值X0，Y0的差值即为该点X、Y累计位移量。

计算公式如下：

      —x累计位移量；                  （3）

—y累计位移量；                  （4）

    —总位移；                    （5）

4 监测成果分析

4.1数据处理

挡墙边坡顶部水平位移与竖向位移直接反映的是施工过程堆筑物的稳定性和变形情况，随着施工方法和施工进度各有不同，其变形和施工工况相应。根据实测的全部观测成果资料，分别对各个变形监测点的水平位移，竖向位移的变化量，累计量及变化速率进行计算，汇总与统计，并根据全部监测成果资料，绘制出S-T曲线图，便于对挡墙在施工过程中的变形进行分析与比较。

根据监测得到的数据，绘出图4和图5，并得到以下结果：从水平位移监测数据分析，由水平位移累计变化曲线图及数据可以看出，挡墙开始施工到施工完成过程中，位移变化明显，随施工的过程呈现摆动态势，但各监测点变形未出现累计报警情况，直至施工完成后，各监测点位移量变小，趋于稳定。

从垂直位移监测数据分析，由垂直位移累计变化曲线图及数据可以看出，竖向变形随时间的变化情况与水平变形基本一致，但不同的是竖向位移不随着水平位移的变化而变化，在挡墙开始施工到施工完成过程中，竖向位移变形也较为明显，监测点的变形速率均小于设定的报警值。

（a）监测点1水平位移变化              （b）监测点2水平位移变化

图4 水平位移累计变化趋势曲线

（a）监测点1垂直位移变化                 （b）监测点2垂直位移变化

图5 垂直位移累计变化趋势曲线

4.2 结果分析

（1）地表沉降主要来源于地基土的压缩固结，随着填土的堆高，墙体的水平位移和垂直位移都出现增大趋势。

（2）建筑物变形与施工工况密切相关。在建筑物施工阶段墙体顶部的水平位移还是竖向位移都出现了不同程度的摆动趋势，但在施工结束后，位移量逐渐减小并趋于稳定。

（3）堆筑物变形与施工采用的重型机械相关。重型机械在碾压堆筑过程中，挡墙的变形出现了不同程度的变化趋势。

5 结论

通过对某挡墙的现场监测数据分析初步掌握了该结构的变形和受力特征得出了如下结论：

（1）土工格栅加筋挡土墙的变形与施工工况紧密相关，在施工过程中，变形由于受到外界附加荷载的作用随着时间推移呈摆动趋势，在施工完成后，变形速度放缓并逐渐稳定。

（2）施工过程中未出现监测系统预警的情况，使用土工格栅对挡墙的竖向沉降与水平位移都起到了较大程度的缓解作用。

（3）该结果可为实际工程中的边坡防护，以及公路桥梁等边坡的防护提供一定的参考。

参考文献

[1]阎凤翔,白晓红,董晓强.土工格栅−建筑渣土界面摩阻特性试验研究[J].岩土力学, 2020,41(12):3939- 3946.

[2]孙涛,杨宁晔,徐贞社,等.基于土工聚合物的绿色边坡防护系统[J].工业建筑,2019, 49(6):124-129.

[3]刘华北,汪磊,王春海,等.土工合成材料加筋土挡墙筋材内力分析[J].工程力学,2017, 34(2): 1-11.

[4]刘方成,吴孟桃,杨峻.土工格栅加筋橡胶砂强度特性试验研究[J].岩土力学,2019, 40(2): 580-591.

[5]徐超,廖星樾.土工格栅与砂土相互作用机制的拉拔试验研究[J].岩土力学,2011,32(2): 423-428.

[6]周芬,朱恒,杜运兴.建筑垃圾与土工合成材料界面性能试验研究[J].公路工程, 2020, 45(4): 96-101, 157.