获奖年度2023

专业分类工程勘察

获奖等级一等奖

设计单位新疆建筑科学研究院（有限责任公司）

设计人员刘学军、蔡松清、郑思敏、广俊、李芳晓、侯宪明、周波、何文飞、罗添升、库来西·克维尔、夏洪荣、陈鑫、陆建平、喀米尔·图尔荪、刘新元、刘晓龚、黄玥、唐剑忠、张凯 李严君

项目简介

某高陡填筑土工构筑物建设工程设计及监测项目，对象为400×100特警（民警）野外实战射击场挡弹墙（挡弹墙呈L型，截面呈T型，总长度430m）。该项目中挡弹墙为高填筑土工构筑物，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，0.5m铺设一层土工格栅，堆筑30m高土工构筑物在全国都是首例。

本项目重点是保证施工过程中安全和工后挡弹墙稳定，经研究表明施工工艺对土工格栅受力影响较大，且施工过程中不得出现任何意外险情。因此，对监测工作提出了更高的要求，所布监测系统能及时有效、准确、精确、全面地反映施工中被监测对象的动向，为了确保施工的顺利安全进行，设置如下监测项目：格栅的内部受力情况、竖向土压力、竖向、水平位移、填土度。

一、项目特点

  该项目高陡坡土工格栅加筋土堤坡面材料主要为加筋绿色格宾，坡体内采用柔性土工格栅和粗粒土土填筑，填筑高度为30 m的土堤长134.5m，填筑高度为20m的土堤长322.6 m，顶宽均为4m，两侧坡比均为1:0.364。其中30 m土堤体分三级填筑，如图2-1所示，20m高土堤分两级填筑，如图2-2所示，台阶宽度均为2m，平面图如图2-3所示。结构底部落于符合要求的持力层上，持力层采用1.5m厚换填水泥稳定砂砾，基础底部位于承载力良好的砂卵石地层上，且地层为非液化土。

  本项目监测采用自动化监测模式，需实现24小时不间断智能实时监测、实时报警，及时有效、准确、全面反映施工中被监测对象的变化，对施工安全进行预警，确保施工的顺利安全进行。形成监测—施工—设计信息反馈机制，在施工过程中有效的完善设计参数，使得设计、施工、监测及信息反馈融为一体，使信息反馈系统与动态设计和施工活动有机结合在一起，为判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，确定和优化下一步的施工参数提供了科学依据，实现了项目的动态设计与信息化施工，确保施工过程中的安全。

二、项目所面临的主要技术问题

在本项目实施的各个阶段，均面临不同的岩土工程技术问题，对主要问题总结如下：

  1、现有设计分析中无法确定土工格室加筋土复合材料等效强度和等效刚度、无法在加筋土挡墙筋材内力计算中合理反映填料应力应变关系的非线性及筋土变形协调。

  2、现有的计算方法无法准确评价土工格室支护结构破坏模式。传统等截面支护结构工程造价较高。

  3、项目提出的施工技术，解决了双面加筋结构在要求上下两层土工格栅在坡面反包处必须连接的情况下土工格栅模数不匹配导致土工格栅难以拉紧、存在褶皱的问题，以及土工格栅大面积重叠摩擦系数降低等一系列施工难题，使土工格栅的高强度特性和加筋效果得到最大程度的发挥，有效提高了结构的稳定性，减小了加筋结构的变形，提高了加筋构筑物转角处的结构可靠性，保证了转角处棱角的平整度。

  4、高陡加筋土堤对监测频率要求很高，现场监测人工成本大，监测费用高。

  5、传统监测工作人工采集数据需要从测量设备中导出监测数据，并进行整理，如遇见大型高陡加筋土堤，监测点位多，数据量就相应增大，数据整理中数据比对工作繁琐，很难做到数据的及时报送。

三、本项目解决的主要技术问题和创新点

  1、构建了高陡加筋土坡浅层和深层一体化柔性防护新型结构型式；提出了将绿色加筋格宾结构和单向土工格栅反包后，上下层用连接棒连接，构成联合使用的加筋土结构坡面防护方案，使得绿色加筋格宾作为坡面面板，在保证坡面平整性的同时，用连接棒将下层反包回折的格栅与上层格栅连接后，又形成了两个相互独立，但又相联系的坡面防护系统构建了绿色加筋格宾结构与单向土工格栅反包体联合使用的高陡加筋土陡坡路堤新型结构型式，有效增强了坡面的整体性，解决了高陡加筋土堤坡面防护。

  2、基于对传统土工格室支护结构变形规律和破坏机理的研究和认识，发明了一种力学性能优异、施工快捷、节省造价的新型变截面墙体支护结构，确定了结构分层、拉筋带位置设置的依据和方法。研发了力学性能优异、施工快捷、节省工程造价的新型变截面墙体支护结构，可节约成本约20%；

  3、提出了开沟预压土工格栅铺设和土工格栅灌压施工技术。提出了单/双沟开挖预压土工格栅铺设施工方法、柔性无面板加筋结构转角处土工格栅铺设方法、振动灌压施工方法，解决了双面加筋结构在要求上下两层土工格栅在坡面反包处必须连接的情况下土工格栅模数不匹配导致土工格栅难以拉紧、存在褶皱的问题，以及土工格栅大面积重叠摩擦系数降低等一系列施工难题，使土工格栅的高强度特性和加筋效果得到最大程度的发挥，有效提高了结构的稳定性，减小了加筋结构的变形，提高了加筋构筑物转角处的结构可靠性，保证了转角处棱角的平整度。

  4、建立了自动化可持续性监测系统，自动化可持续性监测系统是由现场监测站、移动通信网络、监测中心站组成，现场监测站主要由传感器：如土压力盒、柔性位移计、深层水平位移计、边坡位移计等，数据采集模块、远程传输模块、蓄电池、太阳能电板等组成。实现24小时不间断智能实时监测、实时报警，大大减少了人工投入，能更及时有效、准确、全面反映施工中被监测对象的变化，对施工安全进行预警，确保施工的顺利安全进行。 

  5、建立了数据处理云平台，现场采用移动通信网络GPRS方式进行数据的发送和传输。实现计算机对现场采集的数据进行汇总、存储、分析、查询，能更及时有效、准确、全面反映施工中被监测对象的变化，对施工安全进行预警，确保施工的顺利安全进行。

四、在项目实施工作过程中，针对本项目的主要技术问题，采取了多种技术措施措施，取得了良好的效果

  为了解决了双面加筋结构在要求上下两层土工格栅在坡面反包处必须连接的情况下土工格栅模数不匹配导致土工格栅难以拉紧、存在褶皱的问题。通过研究提出了在结构内部开挖单/双沟的方法可以使土工格栅顺沟底下压产生预张拉力，充分发挥了土工格栅的高强度特性，土工格栅的加筋效果最大程度的发挥，有效提高了土堤的稳定性，有效控制了加筋结构的变形，形成了单\双沟开挖预压土工格栅铺设施工方法。

  为了解决加筋土堤转角处土工格栅大面积重叠摩擦系数降低的问题，通过研究提出了加筋结构转角处土工格栅铺设方法和采用细颗粒粗粒土振动灌压施工方法，提高加筋构筑物转角处的结构可靠性，保证转角处棱角的平整度。

  在工程应用中大规模采用了加筋土结构监测—施工—设计信息反馈机制，将项目设计、施工、监测及信息反馈融为一体，使信息反馈系统与动态设计和施工活动有机结合在一起，为判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，确定和优化下一步的施工参数提供了科学依据，实现了加筋土项目的动态设计与信息化施工。

五、成果指标

  以本项目成果总结出的“高陡土工格栅加筋柔性坡面土堤施工工法”成果获批2022年自治区级一级工法。以该项目为依托完成的研究成果《复杂条件下土工合成材料加筋土结构成套关键技术与工程应用》2020年7月，经邓铭江院士为组长，郑颖人院士、赖远明院士、崔鹏院士、杨春和院士为成员的评价组一直认为该研究成果攻克了复杂条件下加筋土柔性结构建设重大科学技术难题，研究成果达到国际领先水平。该研究成果于2020年度获得中国公路学会科学技术一等奖；2022年获新疆维吾尔自治区科学技术进步一等奖。