土工格柵在軟基道路工程中的應(yīng)用

劉寶 董偉

一、材料介紹

土工格柵作為重要的土工合成材料之一，憑借其優(yōu)越的工程性能，已在水利、鐵路、公路、港口和建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。土工格柵是采用聚乙烯、聚丙烯等高分子聚合物經(jīng)模壓、熱塑等工藝制成的二維甚至三維立體的網(wǎng)格屏柵，使雜亂長(zhǎng)鏈分子變得有序，從而提高了聚合物的抗拉強(qiáng)度和剛度，因而具有抗拉強(qiáng)度高、耐久性好、延伸率低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。土工格柵按構(gòu)造不同主要分為單向土工格柵和雙向土工格柵。雙向土工格柵能與土顆粒形成非常有效的咬合作用，約束土顆粒的側(cè)向位移，一般在路基工程中應(yīng)用較多，將土工格柵作為加固補(bǔ)強(qiáng)材料埋至土體內(nèi)，能夠較好地均化軟土地基的應(yīng)力，約束地基側(cè)向變形，減少不均勻沉降，提高路基的整體強(qiáng)度，抑制路堤的拉裂和土基的剪切破壞。

二、作用機(jī)理

國(guó)內(nèi)公路規(guī)范對(duì)軟土地基的定義較少，一般說(shuō)的軟土是指天然含水量大（含水量35%～75%）、空隙比高（空隙比1.0～1.9）、壓縮性高（壓縮系數(shù)0.005～0.02）、強(qiáng)度低（粘聚力在10kPa左右，快剪內(nèi)摩擦角0°～5°）、承載力低（地基承載力為20～100 kPa）和具有靈敏性結(jié)構(gòu)的一種軟塑狀態(tài)的粘性土。軟土可分為粘土、淤泥質(zhì)土及泥炭土等類(lèi)型。

在軟土地基中加入土工格柵可使路堤整體剛度得到提高，內(nèi)部穩(wěn)定性增強(qiáng)，使地基均勻性和抗變形能力得到提高。土工格柵有一定的剛度及較好的延性，從而使路面?zhèn)鱽?lái)的荷載得到擴(kuò)散，提高了地基的承載力，防止地基不均勻沉降。土工格柵的抗拉強(qiáng)度大，可增加路基的穩(wěn)定性。由于土工格柵能很好地適應(yīng)地基變形，因而土工格柵與土組成的復(fù)合體在荷載作用下共同產(chǎn)生變形，使得土工格柵與地基土一起承受外部荷載。土工格柵的網(wǎng)孔與上下層土體的摩擦咬合產(chǎn)生的摩阻力限制土體的側(cè)向變形使土體抗剪強(qiáng)度增加。

三、工程概況

淮河流域蓄洪區(qū)眾多，其中的防汛道路承擔(dān)著轉(zhuǎn)移群眾及服務(wù)生產(chǎn)生活的交通要求。蓄洪區(qū)內(nèi)防汛道路的地質(zhì)特點(diǎn)是道路兩側(cè)池塘、填坑分布較多，沿線局部有沖溝，坑塘底部大多存在軟弱土層。地基土的含水量較大、空隙比高，且局部有弱膨脹性，容易形成橡皮土。以某蓄洪區(qū)內(nèi)加固防汛道路的一段為例，勘探資料顯示道路的持力層為粉質(zhì)粘土，但施工時(shí)對(duì)路基進(jìn)行碾壓后不久出現(xiàn)較為嚴(yán)重的橡皮土現(xiàn)象，且沿車(chē)輛行駛方向出現(xiàn)0.3m左右的沉降差。經(jīng)進(jìn)一步地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，原道路地基為經(jīng)過(guò)處理的淤泥質(zhì)土，厚度約3.0m。經(jīng)分析，由于該層土含水量大，地基承載力低，在車(chē)輛荷載和振動(dòng)的作用下，出現(xiàn)了較大沉降變形。而地基中軟弱土層的較大沉降變形往往是產(chǎn)生過(guò)大沉降和不均勻沉降差的重要原因。

為保證路面結(jié)構(gòu)的安全，需對(duì)該段軟弱地基進(jìn)行加固處理。但徹底清除該路段的軟弱土層較為困難，因?yàn)橛倌鄬虞^厚，施工工期較長(zhǎng)，施工難度較大。經(jīng)反復(fù)分析比較，設(shè)計(jì)采用土工格柵對(duì)該路段軟土路基進(jìn)行加固處理，以提高承載力，減小不均勻沉降。

四、設(shè)計(jì)指標(biāo)

設(shè)計(jì)采用土工格柵和碎石墊層的雙層布置，每層土工格柵的高度均為0.1m，上、下層碎石墊層的厚度均為0.3m。施工中先鋪筑碎石墊層以形成一個(gè)施工平臺(tái)，使得土工格柵發(fā)揮作用。先在軟基頂面鋪設(shè)這樣具有一定厚度的碎石墊層，用推土機(jī)向前推平。如果不設(shè)置這樣的墊層，直接將土工格柵鋪墊在軟基頂面，則在填料壓實(shí)的過(guò)程中，格柵會(huì)被壓入軟基中，不僅影響填料的壓實(shí)，且會(huì)導(dǎo)致土工格柵不能發(fā)揮相應(yīng)的作用。由于格柵中的填料為碎石，可以使土工格柵層形成一個(gè)水平排水通道，加快路基中孔隙水的消散，使路基加速固結(jié)，減小不均勻沉降。

土工格柵性能指標(biāo)要求：選用SWG50-4型土工格柵，該材料是高密度聚乙烯加抗老化劑經(jīng)擠壓壓模成型，具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)格柵高度0.1m，焊接間距不小于0.5m，其縱、橫向抗拉強(qiáng)度大于5.8 kN/m，屈服伸長(zhǎng)率小于10%；拉伸模量大于650MPa，填筑的碎石最大顆粒不大于4.0cm，顆粒粒徑大小應(yīng)均勻，含泥量不大于3%。

五、施工及注意事項(xiàng)

施工順序?yàn)椋呵謇砺坊斯や佋O(shè)土工格柵→搭接、綁扎、固定→鋪設(shè)其上路基土→壓實(shí)。先在地基上鋪設(shè)第一層格柵，鋪設(shè)從一端開(kāi)始，沿路線走向一幅接一幅向前推進(jìn)。橫向鋪設(shè)與路堤兩邊縱向排水溝相接，土工格柵間應(yīng)可靠連接，搭接邊用錨釘固定，鋪設(shè)要平整，無(wú)皺折，盡量張緊。當(dāng)格柵鋪設(shè)定位后，應(yīng)及時(shí)填土覆蓋，采取邊鋪設(shè)邊回填壓實(shí)的施工順序。接著在碎石層上鋪土工布，最后開(kāi)始分層填土碾壓，填料應(yīng)分層壓實(shí)，用輕型壓路機(jī)振碾，控制壓實(shí)度不小于0.92。填料時(shí)嚴(yán)禁高舉傾倒，且不能直接將土石料卸至格柵上，要邊卸邊填料、整平。碎石墊層未鋪土工格柵前，不得當(dāng)施工臨時(shí)便道使用，以免車(chē)輛荷載將墊層壓壞，不利于上部格柵的施工，且應(yīng)避免車(chē)輛在已攤鋪好并張緊定位的格柵上直接碾壓。施工中應(yīng)控制路堤的填筑速度并加強(qiáng)沉降和側(cè)向位移的觀測(cè)，防止路堤失穩(wěn)。

六、檢測(cè)及效果

施工結(jié)束后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，土工格柵的寬度、厚度和壓實(shí)度均滿足了設(shè)計(jì)要求，加固后路基的整體性和剛度均有大幅度提高。在上部級(jí)配碎石底基層鋪筑后，施工車(chē)輛能夠順利通過(guò)且未引起該段路基的變形破壞，保證了該標(biāo)段的順利實(shí)施。工程完工后，路面情況良好，未出現(xiàn)由不均勻沉降引起的表面裂縫等現(xiàn)象，處理效果明顯。

七、結(jié)語(yǔ)

從土工格柵在本次防汛道路軟土地基處理中的成功應(yīng)用看，土工格柵處理軟土路基施工簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)，有效提高了路基的承載力，減小不均勻沉降，增強(qiáng)了路基的穩(wěn)定性，并大大節(jié)省了工程造價(jià)。工程實(shí)踐證明，這項(xiàng)新工藝新技術(shù)在公路工程中作用顯著。但土工格柵的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究和發(fā)展，在實(shí)踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善分析計(jì)算方法，使其理論更加完善，與實(shí)際結(jié)合更加緊密