路基施工中雙向加筋復合地基處理技術的應用

李瑞

（中建路橋集團有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

雙向加筋復合地基是指采用土工格室和碎石樁形成的雙向增強體復合地基，其在路基施工中用于地基處理，尤其是軟基處理，能提高地基承載力，改善地基排水條件，為路基施工創(chuàng)造良好條件，避免由于地基承載力不足導致路基產(chǎn)生不均勻沉降，對路基的使用與后續(xù)路面施工與使用造成影響。為使這項復合地基技術的應用最大限度發(fā)揮出應有的作用，需要掌握其作用機理。

1 土工格室

土工格室雙向增強體屬于土工合成材料范疇。其采用密度較高的聚乙烯寬帶通過超聲波焊接制成，外形是與蜂窩類似的結構，在不同應用領域，土工格室結構有所不同，但基本形式與作用原理均相同。土工格室工程性能為：

（1）化學性能穩(wěn)定，可在多種土壤條件中使用。

（2）采用聚烯烴作為基材，通過摻加添加劑，提高耐老化性，通過熱氧化試驗可知，在70℃狀態(tài)下，使用壽命可達49年，格室的拉伸屈服強度降低不超過30%。

（3）對各項參數(shù)都有很大的可選擇性，當在擋墻與護坡中使用時，還有多種顏色可供選擇，能在達到工程目的基礎上，實現(xiàn)美觀方面的要求[1]。

因土工格室存在上述特點，加之自重輕、伸縮性強，在運輸過程中可進行折疊，通過對格室深度及板塊組合適當更改，能得到剛性或半剛性的體系。這也是其在很多工程中廣泛應用的原因，如軟基處理工程、邊坡防護工程、擋墻修建工程、橋頭跳車及灘涂處理。

2 工程概況

某公路工程所在場地的工程地質條件較為復雜，沿線范圍內(nèi)存在很多由于淤積或沖積產(chǎn)生的松散堆積物?；诖耍摴费鼐€地基分布有軟基，需對軟基進行有效的加固處理，保證工程建設得以順利進行。通過技術經(jīng)濟分析與綜合對比，該公路地基處理主要采用土工格室和碎石樁相結合的方案，即本文研究的雙向加筋復合地基，實質是雙向增強體復合地基。通過實踐可知，完成處理后的地基保持穩(wěn)定，在填挖交界處產(chǎn)生的差異沉降明顯變小，能有效保證路基工程施工質量[2]。

根據(jù)工程地質報告可知，該公路的軟土分布面積很大，且分布深度存在顯著差異，無論是軟基的產(chǎn)生原因還是地形地貌都比較復雜。公路所在場地的天然地基由于承載力不足，在荷載作用下會產(chǎn)生較大的變形，無法達到預期的承載力與沉降控制等方面的要求。公路沿線范圍內(nèi)的軟土大多處在山間河谷、池塘與稻田等位置，其軟土的成因以沖洪積與地下水持續(xù)浸泡居多，特別是該公路的第一、第七和第八個標段。對于軟土地層，其物理力學指標有很大的變化，相較于沿海地區(qū)的軟基，含水量更低，且內(nèi)摩擦角相對較大，不僅分布不均，而且還含有夾層與有機質[3]。

以該公路的第一標段實際情況為依據(jù)，其軟基情況為：該標段的軟土處在稻田當中，軟基的產(chǎn)生原因以沖洪積為主。通過現(xiàn)場挖坑可知，土層從上至下分別為：耕植土層，層厚在0.3～0.5m范圍內(nèi)；深色軟土，含有機物，深度大，但差異明顯；砂輪石層，其含水量相對較大。其中，軟土的主要指標為：含水量23.20%～50.60%；孔隙比0.71～1.31；液限36%～64%；塑性指數(shù)15～34；黏聚力4.0～12.5kPa；內(nèi)摩擦角20°～24°；壓縮系數(shù)0.40～1.85MPa-1；密度1.61～1.88g/cm3。

3 處理方案

通過優(yōu)化對比，如果縱向軟土深度在4～5m范圍內(nèi)，則采用單一措施即可處理；而如果縱向軟土深度達到5m以上，則要根據(jù)現(xiàn)場的地質條件，結合施工條件和軟土的實際深度，在碎石樁基礎上鋪設土工格室墊層進行處理。在路基的橫剖面上軟基深度實際分布不均勻的段落，若軟土深度在3m以內(nèi)，則直接挖除換填即可；若軟土深度為3～4m，且分布情況為中間低兩邊高時，其上層不可換填處理，應采用單一措施進行處理；若軟土深度超過4m，則要根據(jù)軟土的性質為依據(jù)，在碎石樁基礎上加鋪土工格室來處理[4]。

4 碎石樁施工

碎石樁施工采用振動沉管法進行，其具體布置范圍為：在路線方向上超出設計要求的加固長度2～3排，在橫斷面則要超出基底實際寬度2排。碎石樁按照正三角形布置，并對樁長予以分段控制。在地基軟土深度未超出8m的情況下，樁體必須從軟土層中穿過，樁端達到持力層，并進入持力層中20～40cm；而若地基軟土深度超過8m，則要用直徑為325mm的樁管進行施工，其樁尖采用大頭型活瓣式。碎石樁之間的距離按1.5m控制，樁體材料以沒有風化且潔凈的礫石為主，其粒徑應在20～40mm范圍內(nèi)，含泥量不能超過5%[5]。

5 作用機理

近幾年，業(yè)內(nèi)開展了很多模擬試驗與現(xiàn)場試驗，對土工格室與碎石樁相結合的復合地基技術進行分析研究。經(jīng)研究可知，應用該技術可使地基受路堤荷載持續(xù)作用后，承載條件得到改善，具體作用機理為：

（1）采用土工格室墊層能提供水平方向的增強作用。將土工格室鋪筑好后，能使格室與填料之間相互約束，在荷載作用下使兩者協(xié)同工作，形成抗壓、抗彎與抗剪強度均較高的基礎，對上部路堤荷載予以有效擴散，使軟基頂面應力得以均勻分布。

（2）采用碎石樁能提供豎直方向的增強作用。如前所述，鋪設土工格室墊層能對淺層軟土所處受力環(huán)境予以改善，使地基自身承載力大幅提高。而在軟基中進行碎石樁的設置，將其作為豎直方向的增強體，能使上部荷載不斷向地基的更深層次傳遞，對軟土有擠密和置換的作用，使軟土自身排水條件從根本上得到改善，加快孔隙水壓實際消散速度，實現(xiàn)對軟土各項物理力學特性有效改善，增強地基自身承載力與抵抗變形發(fā)生的能力。

（3）由土工格室和碎石樁兩部分組成的支撐體系，兩者協(xié)同工作，受荷載持續(xù)作用后，樁體與樁間土按比例承擔上部荷載。為使碎石樁發(fā)揮出應有的承載力，樁間土必須具有足夠的約束能力。而為使樁體與樁間土受荷載作用后能夠共同作用，還應對樁體予以適當?shù)募s束，使樁體與樁間土均按照各自具有的承載力對上部荷載予以分擔。鋪設土工格室墊層后，能對樁土的應力比進行有效調節(jié)，對樁頂處的鼓脹變形予以有效約束，同時最大限度發(fā)揮出樁間土具有的承載力。受荷載持續(xù)作用后，墊層對樁土應力比的調節(jié)作用是一個復雜的過程，樁頂由于受到相對較大的荷載，先產(chǎn)生一定程度的沉降變形，在變形達到一定程度后，樁間土開始承載并與樁體一同產(chǎn)生沉降，此時樁體與樁間土之間相互影響，進入按各自承載力對荷載予以分擔的階段。路堤荷載先在土工格室與碎石樁綜合體的作用下得以均化與擴散，然后由兩者形成的復合地基一同承擔。

此外，碎石樁與土工格室形成的體系還具有良好的排水性能，在軟基中進行碎石樁的設置能有效改善軟土層自身排水條件，減小滲徑，受荷載作用后，在碎石樁作用下孔隙水不斷向碎石樁方向滲透，同時沿著樁體不斷向上排出，到達樁頂?shù)乃谕凉じ袷易饔孟屡胖谅坊秶狻?/p>

6 結語

綜上所述，土工格室作為三維土工合成材料，在其基礎上設置碎石樁形成復合地基是一種先進、合理且有效的地基處理技術，目前在公路工程中的應用越來越廣泛。通過實踐可知，采用該方法能良好適應公路工程建設對地基處理提出的要求。當前對這種技術的具體作用機理方面的研究還不夠深入，還需要進一步探索和實踐。土工格室與碎石樁相結合形成的雙向增強體復合地基中，土工格室作為水平方向增強體，能對軟土所處外部荷載環(huán)境予以改善，而碎石樁作為豎直方向的增強體，能對軟土自身的承載力予以改善，這兩個方向的增強體協(xié)同作用，以一個有機整體的形式承擔所有外部荷載。實踐過程中，可按照工程具體要求對該體系予以適當改造，如在土工格室墊層鋪設基礎上輔以粉噴樁、袋裝砂井或塑料排水板，形成不同形式的復合地基，以滿足不同工程的地基處理要求。