上覆荷載對高填方路基土工格柵加筋效果影響

趙 瑜

（山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000）

引言

由于受到設計、施工、降雨等環(huán)境因素的影響，高填方路基的穩(wěn)定性會產生不同程度的下降[1]。土工格柵可起到加筋作用，提高路基的穩(wěn)定性，但其加筋效果的發(fā)揮受到上覆荷載等因素的影響。

1 高填方路基土工格柵加固方案

1.1 依托項目簡介

太長高速公路全長200 km，按雙向四車道高速公路標準建設，規(guī)模較大。沿線分布有大量高邊坡，高填方路段地表植被發(fā)育，起伏高度大，很大一部分位于緩坡地帶。其中K815+850—K815+940 段高填方路基最大填筑高度21 m，每級邊坡高度為8 m，邊坡坡度有1 ∶1.5 和1 ∶1.75 兩種。兩級邊坡之間設置平臺2 m 寬平臺，采用M7.5 漿砌片石砌筑，設置平臺排水溝和急流槽。高填方路基邊坡采用拱形骨架護面墻進行防護，骨架內部采用植草防護。為了保證邊坡穩(wěn)定，在坡腳設重力式擋土墻，采用C20 片石混凝土。為了提高高填方路基的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)滑坡等破壞，采用鋪設土工格柵的方式進行加固。

1.2 土工格柵的鋪設方案

項目選用雙向鋼塑土工格柵，施工前對土工格柵進行質量檢測，檢測項目包括網格尺寸、斷裂伸長率、抗拉強度等[2]。為了保證施工長度，下料長度要比設計長度多300～500 mm，土工格柵縱向搭接寬度不得少于25 cm，同一斷面接頭錯開不小于2 m[3]。本項目高填方路基土工格柵豎向鋪設間距為2 m，鋪設長度為8 m。土工格柵鋪設前檢查路基頂面的平整度，尤其要徹底處理硬質棱角填料，防止破壞土工格柵。土工格柵鋪設應拉直，避免重疊、彎折，采用U 型釘固定，固定間距為1 m，采用梅花形布置[4]。路基填筑過程中應注意保護土工格柵，防止損壞。

2 上覆荷載影響機理

土工格柵黏結面摩擦力PR 與其上部覆蓋的路基填土所產生的荷載σv有關，可通過接觸面黏聚力SAI、內摩擦角δ和界面參數(shù)SAF 計算確定[5]，計算公式為：PR=（SAI+σv×tanδ）×SAF。為了分析上覆荷載對土工格柵加筋效果的影響，采用GeoStudio軟件分別在兩種工況下對路基淺層滑動面抗滑力進行計算，并在不同降雨情況下，分析路基穩(wěn)定性，確定土工格柵的加筋效果。工況1 為不考慮上覆荷載的影響，假定不同深度的土工格柵所承受下滑力是相同的；工況2 充分考慮上覆荷載的影響，認為不同深度土工格柵所承受的抗滑力是不同的。選擇中部淺層滑動面作為研究對象，自下而上對各層土工格柵進行編號，以最大路堤填筑高度21 m 計算，豎向布置土工格柵10 層。

3 上覆荷載對土工格柵加筋效果影響分析

3.1 坡腳淺層滑動面

坡腳淺層滑動面所對應的土工格柵編號為1-4，其中1 號土工格柵位于路基基底上部。通過計算不同位置土工格柵單位長度上的抗滑力值，計算結果見表1。

表1 下部淺層滑動面單位長度上的抗滑力

分析表1 計算結果，在工況1 下，2-4 號土工格柵加筋層抗滑力計算結果為30.81 kN/m，工況2 下各加筋層抗滑力不斷變化，其中2 號土工格柵加筋層抗滑力最大。工況2 下各土工格柵加筋層抗滑力小于工況1，這是由于一級邊坡平臺的存在，降低了加筋層上部的上覆荷載，使單位長度的抗滑力計算值變小，可通過增加有效長度的方式增加抗滑力。

在不同降雨持續(xù)時間的情況下，分析坡腳淺層滑動面穩(wěn)定性變化情況，繪制穩(wěn)定性分布見圖1。兩種工況下坡腳淺層滑動面穩(wěn)定性系數(shù)分布情況，可以看出工況2 下穩(wěn)定性系數(shù)略低。這是由于坡腳淺層土工格柵加固效果不明顯，路基土工格柵黏結面的摩擦力較小。因此，在坡腳位置土工格柵對路基的加固效果有限。

圖1 坡腳淺層滑動面穩(wěn)定性系數(shù)分布

3.2 中部淺層滑動面

中部淺層滑動面所對應的土工格柵加筋層編號為5、6、7、8。在兩種工況下，各層土工格柵淺層滑動面單位長度上的抗滑力計算結果見表2。

表2 中部淺層滑動面單位長度上的抗滑力

根據(jù)表2 計算結果，在工況下5、6、7、8 土工格柵加筋層的抗滑力均為23.32 kN/m，工況2 情況下各土工格柵加筋層抗滑力計算值隨高度增加不斷下降，這是由于該高度通過二級平臺，平臺上部上覆荷載減小造成的，但總體抗滑力計算值略高于工況1。

結合計算結果，繪制在不同降雨情況下中部淺層滑動面穩(wěn)定性分布圖，見圖2。通過對比分析可知，在工況2 下滑動面穩(wěn)定性明顯高于工況1，這是由于在考慮上覆荷載影響時，路基土工格柵黏結面上部的正壓力提高，內摩擦力變大，有效提高了土工格柵的加筋作用，進而提高了路基的穩(wěn)定性。

圖2 中部淺層滑動面穩(wěn)定性分布

3.3 上部淺層滑動面

上部淺層滑動面對應9-11 號土工格柵加筋層，分析計算各加筋層抗滑力見表3，繪制不同降雨情況下上部淺層滑動面穩(wěn)定性系數(shù)分布情況見圖3。

表3 上部淺層滑動面土工格柵抗滑力

分析表3 計算結果，隨著上覆荷載的降低，抗滑力明顯下降，說明上覆荷載對土工格柵的加筋效果明顯。分析圖3 穩(wěn)定性系數(shù)分布情況，在工況2下路基穩(wěn)定性系數(shù)略低于工況1，說明上部淺層滑動面由于上部填土厚度較薄，上覆荷載也相對較小，加筋效果也隨之下降，因此，土工格柵對路基穩(wěn)定性的加固效果沒有得到有效發(fā)揮。

圖3 上部淺層滑動面穩(wěn)定性分布

4 結語

（1）在坡腳淺層滑動面，隨著上覆荷載的增加，各土工格柵加筋層抗滑力計算結果不斷遞增，影響效果明顯，但對路基坡腳的加固效果不明顯；（2）上覆荷載對中部淺層滑動面各土工格柵加筋效果影響明顯，且對路基的加固效果明顯；（3）隨著上部淺層滑動面上覆荷載的降低，土工格柵的加筋效果下降，影響了土工格柵加固效果的發(fā)揮。