三向土工格柵在高填方風積沙路基中的應用實例研究

宇翔

摘 要：本文利用筆者工作實例，探討了風積沙的機械物理性質(zhì)，充分分析了風積沙作為筑路材料所具有的獨特特點；同時，本著公路路基施工應當充分貫徹因地制宜就地取材的原則上，肯定了風積沙作為筑路材料的可行性。在此基礎上，充分研究了三向格柵對高填方風沙路基的適用性和優(yōu)缺點，最終提供一種適宜的高填方風積沙路基的設計及施工方法。

關(guān)鍵詞：風積沙路基 高填方 三向格柵

中圖分類號：TU73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0072-02

風積沙同時具有易振動壓實、整體抗壓強度高等特點。在風沙路段修筑公路時，本著公路路基施工應充分貫徹因地制宜、就地取材原則，應充分利用風積沙作為筑路填料。為此，本文從筆者經(jīng)歷的工程實例出發(fā)，探索研究高填方風積沙路基的適宜設計方案，以及三向格柵在路基施工中的應用，為沙漠路基設計、施工提供一定的技術(shù)指導。

1 項目概況

新建某運煤公路專線屬于鄂爾多斯S公司煤炭集運站項目的配套工程，項目位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯高原東部，毛烏素沙漠北緣。工程區(qū)域地表多為風積砂覆蓋，巖性以土黃色粉砂夾細砂、粉土薄層為主。

該新建運煤專線公路K4+800～K6+227.828段的設計填方高度約5～24m。為節(jié)省項目總投資、保護工程區(qū)域生態(tài)環(huán)境，該路段全部采用相鄰在建鐵路專用線工程的棄土填筑。由于棄土的主要構(gòu)成為風積沙，所以該段高填方風積沙路基需要謹慎設計，以保證公路工程的可靠性和經(jīng)濟性。

2 風積沙的機械物理性質(zhì)

2.1 風積沙顆粒組成

毛烏素沙漠地區(qū)地處于北方地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，長期受風力吹揚，顆粒較細，且粒徑大部分都集中在0.074～0.25mm之間，粉粒和粘粒含量較少。

2.2 風積沙的透水性

風積沙具有良好的透水性，即沙粒表面對水幾乎沒有物理吸附力，最大吸水率不足1%。水在沙層中直接往下滲透，使沙漠表層常處于干燥狀態(tài)，因此風積沙的天然含水量很低。毛烏素沙漠風積沙距表面20cm以上天然含水量（質(zhì)量分數(shù)）在1.2%～3.4%之間。

2.3 風積沙的非塑性

由于沙漠地區(qū)的風積沙大都以中沙和細沙為主，幾乎不含粉粒和粘粒，具有松散無塑性的性質(zhì)，因此成型比較困難而且成型后的抗剪切性能也較差。

3 土工布（格柵）的選擇

由于本工程填方高度大，路基斷面寬度最大可達130m，采用土工布滿鋪路基不僅工程施工難度大，而且造價較高。因此本次設計考慮采用三向土工格柵代替土工布，且僅在路基邊坡特定水平寬度內(nèi)鋪設土工格柵，以節(jié)省造價。

3.1 三向格柵作用機理

三向格柵的生產(chǎn)工藝為整體沖孔拉伸型格柵，首先聚合物板材沖孔，然后整體拉伸成型，回填粒料有效嵌鎖于三向格柵網(wǎng)孔中，與三向格柵形成一個具有一定剛度的柔性墊層。通過三向格柵對粒料的嵌鎖作用，有效約束粒料的側(cè)向位移與膨脹，并與下層土體形成隔離，保證墊層的有效厚度，起到提高地基承載力和控制不均勻沉降的作用，提高粒料層的穩(wěn)定性。

3.2 三向格柵性能優(yōu)勢

三向土工格柵具有獨特的三角形網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，節(jié)點與網(wǎng)孔整體如一，使得格柵平面剛度大，并且各向同性，能與土體共同作用。三向土工格柵肋條厚度高，截面的矩形形狀極大地增加了對粒料的約束作用和荷載擴散能力。

3.2.1 肋條的形狀及厚度

肋條的形狀及厚度，能有效保證約束粒料顆粒的效果，厚度越大約束效果越好，三向格柵肋條截面為內(nèi)凹的長矩形，約束粒料效果最佳。

3.2.2 網(wǎng)孔大小和形狀

三向格柵網(wǎng)孔形狀為等邊三角形，相對于傳統(tǒng)的正方形和矩形網(wǎng)孔的雙向格柵其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更佳，網(wǎng)孔自身在受荷載作用下不易變形，提高了約束顆粒的效果。

3.2.3 節(jié)點有效性和平面剛度

因為三向格柵為整體沖孔拉伸型格柵，而且其網(wǎng)孔、肋條及節(jié)點的獨特性能，使得其平面剛度遠大于一般其他類型的雙向格柵。

3.2.4 平面上近似各向同性

傳統(tǒng)的雙向格柵，在縱向及橫向具有相同的強度和剛度值，而如果在45°方向進行拉伸測試，那么其模量就小得多。但對于三向格柵來說，通過試驗測試其在-60°、-30°、0°、30°、60°、90°等方向的性能，證明了三向格柵在360°方向上具有近似相同的剛度。在汽車荷載作用下，土體顆粒是各向受力、各向變形的，三向格柵能夠很好地與土體共同作用，約束土顆粒的變形，提高加筋層的承載力。

4 路基設計及施工要點

4.1 采用三向格柵對路基邊坡進行加固

在高度不足20m的填方路段內(nèi)，在邊坡水平寬度3.8m內(nèi)鋪設三向格柵，上下兩層格柵間距1m；在高度超過20m的填方路段內(nèi)，在邊坡水平寬度7.6m內(nèi)鋪設三向格柵，上下兩側(cè)格柵間距1m。

4.2 采用三向格柵對路基頂面進行加固

在風積沙路基頂部設置土工格柵加固層，加固層距離路面結(jié)構(gòu)層底面0.8m，加固層需采用2層三向土工格柵滿鋪路基全寬，格柵層間距30cm。

三向格柵加固路基方法見圖1。

4.3 路基邊坡防護

由于風積沙路基水穩(wěn)性極差，一般路基邊坡需采用沙障防護，同時在高度超過12m的填方路段邊坡采用方格型漿砌片石骨架內(nèi)捶面護坡。其中捶面材料采用水泥：砂：爐渣（重量比=1∶3∶7）配合。骨架采用M5水泥砂漿砌片石，片石強度不低于30MPa。

4.4 路基灑水施工

由于本項目位于毛烏素沙漠邊緣，地下水源較為充足，所以全段采用濕壓法施工。盡管風積沙材料比較松散，但在灑水后經(jīng)沖擊振動復合壓實設備進行碾壓，路基的壓實度均滿足公路工程技術(shù)標準的規(guī)定要求。

5 結(jié)語

該運煤公路專線建成已3年，路況良好，未出現(xiàn)明顯路基破壞現(xiàn)象，證明了三向格柵在高填方風積沙路基的適用性。

參考文獻

[1] 陳忠達，李萬鵬.風積沙振動參數(shù)及振動壓實機理[J].長安大學學報：自然科學版，2007（1）：1-6.

[2] 楊人鳳，曾家勇，林冬.風積沙壓實機理及壓實特性[J].長安大學學報：自然科學版，2011，31（4）：22-26，33.

[3] 中華人民共和國交通部.公路工程技術(shù)標準[Z].2004-01-29.