高速公路路基加寬土工格柵加筋優(yōu)化技術(shù)分析

文/河北北方公路工程建設(shè)集團有限公司 張建軍

改擴建工程緩解了當(dāng)今交通量猛增所帶來的交通運輸壓力，并大幅度提高了原有道路的服務(wù)水平，但改擴建工程的新舊路基拼接常會使路基結(jié)合面產(chǎn)生滑動現(xiàn)象，從而導(dǎo)致不均勻沉降的產(chǎn)生。高速公路路基加寬土工格柵加筋優(yōu)化技術(shù)能夠有效控制差異沉降的產(chǎn)生，本文研究了高速公路路基加寬土工格柵加筋優(yōu)化技術(shù)，首先介紹路基差異沉降的產(chǎn)生機理、土工合成材料的功能效果與加筋機理，并基于某公路實際改擴建工程進行應(yīng)用研究，對土工格柵施工質(zhì)量提出施工控制要點，觀測了采取土工格柵加筋技術(shù)施工工藝的試驗段的沉降。

沉降機理

新舊路基頂面變形往往是由于新老路基修建年限、填料，以及壓實度的差異而導(dǎo)致，由于舊路面長時間在車輛荷載作用下，其瞬時壓縮變形、固結(jié)變形及長期固結(jié)已基本完成，而新路面在施工結(jié)束后，固結(jié)沉降和長期固結(jié)沉降仍在進行，從而導(dǎo)致新舊路基間的差異沉降，影響道路使用性能，并產(chǎn)生安全隱患。常見的差異沉降控制措施為挖臺階和鋪設(shè)土工合成材料。

土工合成材料

土工合成材料是一種應(yīng)用于路基工程中的高分子聚合材料，強度、韌性較為優(yōu)良，主要以加筋土的形式增大路基承載能力、減少裂縫和差異沉降的產(chǎn)生，保證路面的安全舒適性和施工質(zhì)量。土工合成材料可分為：土工織物、土工網(wǎng)、土工薄膜、土工格室和土工格柵等，高速公路通常采用土工格柵和土工格室兩種類型。

功能效果

土工合成材料有主要五大作用：加筋作用、隔離作用、過濾作用、排水作用和防滲作用。加筋作用：土工材料抗拉性能較為優(yōu)良，埋在土中時可增加土體模量，從而形成加筋土提高土體的穩(wěn)定性；隔離作用：土工合成材料可有效隔離不同粒徑的材料，使之不發(fā)生混雜以形成材料的整體結(jié)構(gòu)；排水作用：土工合成材料具有一定的可塑性，在土體中形成管道，將滲入地基的雨水等沿著材料表面排出路基；過濾作用：土工織物置于量不同土層時，可允許土中的氣、液通過土工織物，起到過濾的目的；防滲作用：土工膜或復(fù)合性土工合成材料具有一定的耐水性，起到防止水滲透的作用，常應(yīng)用于隧道內(nèi)管涵的防滲措施。

加筋機理

土工格柵加筋機理分析

作為常見的土工合成材料，土工格柵被廣泛應(yīng)用到高速公路加寬工程中以控制新老路基之間不均勻沉降，在土體中加筋能夠束縛土體側(cè)向形變從而形成整體。加筋土具有較好的工程性能，其主要作用原理有準(zhǔn)黏聚力原理和摩擦加筋原理。

準(zhǔn)黏聚力原則：由于加筋土結(jié)構(gòu)具有各向異性，其拉筋的彈性模量大于填土的彈性模量，加筋土中填土的抗剪力與拉筋的摩阻力的共同作用下，增強了加筋土的強度；摩擦加筋原則：加筋土結(jié)構(gòu)填土自重與行車荷載產(chǎn)生的垂直土壓力使得拉筋從土中抽出時，產(chǎn)生的相對位移能增強了筋土截面的摩阻力。

土工格室加筋機理分析

土工格室具有較強的抗彎、抗拉強度，當(dāng)受到荷載時改變了加筋土體的應(yīng)力場和位移場分布。土工格室柔性結(jié)構(gòu)物設(shè)置，可充分分散相對集中的上部荷載，減小壓應(yīng)力以提高地基承載能力。土工格室具有側(cè)向限制作用，對土體的水平位移和豎向位移進行限制，減小土體的變形以降低不均勻沉降。由于其土工格室具有較高的承重能力，常被用于鐵路基床、公路路面基層與墊層。

表1 沉降量觀測

工程實踐

工程概況

某高速公路全長36.16km，雙向六車道，設(shè)計時速120km，選用土工格柵彈性模量為1GPa，加筋層數(shù)為3層，加筋長度為8m（全鋪）的技術(shù)方案，按上述施工要求嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，并在舊路路基中心、新路基土路肩處、新路坡腳附近埋設(shè)3個沉降板。

施工工藝

土工格柵在鋪筑過程中應(yīng)從挖臺階處鋪至車道線外緣。其延伸率應(yīng)不大于10%，以防止土工格柵產(chǎn)生蠕變。土工格柵鋪筑過程中應(yīng)注意以下幾點：在施工前應(yīng)及時清除施工場地的雜草，排出積水，并對擴寬新路基表面進行整平；鋪筑土工格柵時，應(yīng)將高強度一側(cè)垂直于路基軸線，一次鋪設(shè)到底，不得采用接縫或接搭。施工過程中應(yīng)注意避免土工格柵張拉過量，導(dǎo)致格柵撕裂破壞、局部破頂?shù)取楸苊鈱ν凉じ駯判阅茉斐捎绊?，施工?yīng)注意格柵不產(chǎn)生扭曲、褶皺、重疊現(xiàn)象。土工格柵埋置于填料中時，應(yīng)使土工格柵上下8cm內(nèi)的填料最大粒徑小于6cm，以避免土工格柵被刺穿；土工格柵上部鋪筑路基填料厚度應(yīng)小于30cm，并使用輕型推土機碾壓第一層坍圮的填料。當(dāng)填筑壓實厚度大于60cm時，采用重型壓實機碾壓，使得其壓實度滿足規(guī)定壓實度要求。土工格柵應(yīng)存放在干燥且沒有陽光直射的地方，避免長時間暴露于外界大氣中，鋪筑完土工格柵后應(yīng)立即填筑路基填料。

在土工材料鋪裝時應(yīng)注意，在低填方的路基底鋪設(shè)一層土工格室，在較高路基的基頂和基底分別鋪設(shè)一層土工格室；在高路基的每層臺階鋪設(shè)一層土工格室；由上至下布置間距由密至疏，一般頂部層間距1m左右，底部間距2m左右，中間間距在1m至2m間過渡；布置長度自上而下逐漸減少，頂層布置8m至12m，底層布置3m至4m，中間層逐漸過渡。

應(yīng)用效果

在通車后兩年內(nèi)對斷面一（K37+000）、斷面二（K37+100）和斷面三（K37+200）進行沉降板觀測，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，沉降量隨著通車時間逐漸穩(wěn)定，舊路路基中心沉降量最小，其次是路肩，坡腳處的沉降量相對較大，路肩的地質(zhì)條件要比坡腳好，這主要是因為舊路施工的便道位置位于路肩處，使得施工機械的荷載對其進行了預(yù)壓，產(chǎn)生了一定的壓實效果；采取土工格柵加筋優(yōu)化技術(shù)下的沉降量滿足路基施工技術(shù)規(guī)范要求（小于15mm），表明上述土工格柵加筋技術(shù)能有效控制改擴建加寬工程中產(chǎn)生的不均勻沉降。

結(jié)語

本文匯總了高速公路加寬工程中的土工格柵應(yīng)用技術(shù)，總結(jié)了加寬工程中土工合成材料的裝鋪施工工藝和施工質(zhì)量控制措施，并在實際工程中對其應(yīng)用效果進行了沉降觀測，通車三年內(nèi)沉降量滿足技術(shù)要求，能夠有效延長公路的使用壽命，對指導(dǎo)土工合成材料鋪裝施工有重要意義。