土工格柵加筋碎石墊層在公路軟基處理中的應(yīng)用

趙 志 東

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

軟土地基承載力低，必須進(jìn)行加固處理后方可進(jìn)行路基填筑施工，以防止產(chǎn)生沉降變形。軟土地基處治方法很多，但大多數(shù)施工工藝復(fù)雜，造價(jià)高。土工格柵加筋碎石墊層結(jié)構(gòu)，一方面在碎石的嵌擠作用下可以形成穩(wěn)定的嵌鎖結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)摩擦力，一方面在土工格柵的加筋作用下可以形成穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高墊層的強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到提高軟土地基承載力的目的。文章結(jié)合軟基處治項(xiàng)目，采用雙層碎石結(jié)構(gòu)，中間布設(shè)土工格柵起到加筋作用。通過布設(shè)測點(diǎn)檢測地基承載力，進(jìn)行沉降觀測，分析試驗(yàn)結(jié)果確定地基加固效果。

1 土工格柵加筋碎石墊層軟基加固機(jī)理

土工格柵加筋碎石墊層的強(qiáng)度構(gòu)成主要包括碎石之間的嵌擠作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力和土工格柵的加筋補(bǔ)強(qiáng)作用。在土工格柵的加筋作用下，會提高碎石之間相互嵌擠作用所產(chǎn)生的嵌鎖、咬合摩擦力。碎石填充土工格柵的網(wǎng)格，在內(nèi)摩擦力和土工格柵對碎石阻力的綜合作用下形成復(fù)合加固帶，制約碎石產(chǎn)生位移。另外，土工格柵還可以使碎石層產(chǎn)生剪脹現(xiàn)象，控制碎石土體的側(cè)向位移，增強(qiáng)土工格柵加筋碎石復(fù)合體強(qiáng)度和變形模量。另外，土工格柵加筋作用還可以提高碎石墊層的粘聚力，進(jìn)一步提高墊層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?？傊?，土工格柵加筋復(fù)合碎石墊層可有效提高內(nèi)摩擦力、粘聚力，限制碎石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隆起和側(cè)向位移，提高地基承載力，防止軟土地基產(chǎn)生水平位移和沉降變形。另外，加入土工格柵也有利于碎石層內(nèi)部水分的排出，加快軟基固結(jié)速度。

2 依托項(xiàng)目概況

某高速公路路基施工范圍內(nèi)分布有軟土地基，大部分軟土地基分布有淤泥質(zhì)黏土，軟土地基深度為3 m～8 m，長度大約為529 m；少部分區(qū)域分布有褐紅色含礫石亞粘土，深度為2 m～6 m，長度大約為128 m。為了提高地基承載力，軟基采用水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層復(fù)合地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。為了進(jìn)一步提高軟土地基的地基承載力，防止地基變形，在采用水泥攪拌樁處治的基礎(chǔ)上，增設(shè)土工格柵加筋碎石墊層組成復(fù)合地基。水泥攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑0.5 m，樁距為1 m，樁長根據(jù)軟土地基深度確定。土工格柵加筋碎石墊層總厚度為50 cm，碎石規(guī)格有30 mm～50 mm和50 mm～70 mm兩種，按7∶3比例進(jìn)行配置，土工格柵抗拉強(qiáng)度不低于100 kN/m。碎石分上下兩層施工，下層碎石厚度為30 cm，上層厚度為20 cm。

3 土工格柵加筋碎石墊層施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前根據(jù)施工需要進(jìn)行施工機(jī)械選配，組織施工人員進(jìn)場，并做好技術(shù)交底。對水泥攪拌樁施工質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行土工格柵加筋碎石墊層施工。對進(jìn)場施工材料進(jìn)行監(jiān)測，嚴(yán)格控制碎石粒徑，針片狀含量不得超過15%，含泥量不得超過5%。土工格柵選用鋼塑格柵網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為149 mm×149 mm。格柵縱橫向抗拉強(qiáng)度不小于40 kN/m，節(jié)點(diǎn)抗拉強(qiáng)度不小于100 kN/m。采用18 t以上靜力式壓路機(jī)碾壓下承層，確保平整密實(shí)無松散。

3.2 測量放樣

碾壓合格后進(jìn)行測量放樣，對控制樁和高程點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，并適當(dāng)進(jìn)行加密。使用全站儀放樣，測定各中樁和邊樁高程，計(jì)算填層厚度，并撒灰線標(biāo)記。

3.3 第一層碎石攤鋪

碎石檢測合格后，即可進(jìn)行第一層碎石攤鋪。碎石攤鋪采用自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)整平，并作出路拱。碎石層選用平地機(jī)進(jìn)行精平，確保表面平整無凹凸，橫坡與路基保證一致。本項(xiàng)目碎石墊層松鋪系數(shù)為1.14，第一層碎石松鋪厚度不低于34 cm，以滿足碾壓后30 cm的厚度要求。碎石層碾壓選用兩臺壓路機(jī)進(jìn)行靜碾壓實(shí)，該段碾壓預(yù)留5 m～8 m不碾壓，與下一段一起碾壓。壓路機(jī)碾壓遵循先慢后快、直線段先邊后中、曲線段由低到高的原則，控制碾壓速度在2 km/h～2.5 km/h，碾壓重疊不小于1/3輪跡。壓路機(jī)不得在碾壓層上急停、急轉(zhuǎn)彎、掉頭，防止破壞墊層頂面。

3.4 鋪設(shè)土工格柵

對進(jìn)場土工格柵進(jìn)行抽檢，確定各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后方可進(jìn)行鋪設(shè)。檢查清理墊層表面的凸出硬物，防止損壞土工格柵。土工格柵鋪設(shè)按垂直于道路中線方向布置，使用U型釘采用梅花形固定，間距為1 m。土工格柵搭接長度不少于30 cm，單側(cè)錨固長度不少于1.5 m。土工格柵布設(shè)應(yīng)保證平整，避免產(chǎn)生重疊、彎折，且保證與碎石層表面緊貼。

3.5 第二層碎石攤鋪

土工格柵鋪設(shè)完成后，為了避免長時(shí)間陽光暴曬，應(yīng)盡快進(jìn)行第二層碎石攤鋪，間隔時(shí)間不宜超過48 h。土工格柵每布設(shè)30 m～50 m，驗(yàn)收合格后隨即進(jìn)行碎石層攤鋪。攤鋪過程中使用自卸汽車自路基兩側(cè)卸料，以便于形成運(yùn)料通道，也可將土工格柵張緊。碎石填料不能直接卸在土工格柵上，必須卸在攤鋪完成的路基上，且堆料高不得超過1 m，以防止造成地基局部變形。卸料后使用推土機(jī)攤鋪出一條通道，再由兩側(cè)向道路中心對稱攤鋪，整個(gè)施工過程中保持填料施工面呈“U”字形。

3.6 土工格柵反包裹

第二層碎石層施工質(zhì)量驗(yàn)收合格后，為了防止路基兩側(cè)土工格柵外漏風(fēng)化，翻折鋪在碾壓完工的碎石層上，拉緊土工格柵并固定完成反包裹。使用U 型釘進(jìn)行固定，固定間距為1 m。通過反包裹，可對路基邊坡部分進(jìn)行加筋處理，提高邊坡土體的穩(wěn)定性。

4 軟基加固效果分析

4.1 地基承載力檢測

本項(xiàng)目地基承載力試驗(yàn)方法為淺層平板荷載試驗(yàn)法，分別選取天然地基、水泥攪拌樁處治后的地基(方案一)和水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層處治后的地基(方案二)作為試驗(yàn)對象。地基處治面積為3 m×15 m，每種情況取三個(gè)點(diǎn)。承載板選面積為1.0 m2的方形鋼板，使用油壓千斤頂緩慢加壓。地基承載力試驗(yàn)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 地基承載力試驗(yàn)檢測結(jié)果

分析表1數(shù)據(jù)，得出天然地基承載力較低，僅為93 kPa，水泥攪拌樁處治后的地基承載力明顯提高，達(dá)到122 kPa，但仍不能滿足設(shè)計(jì)要求；在水泥攪拌樁處治后的地基上加鋪土工格柵加筋碎石墊層，地基承載力有了大幅度提升，達(dá)到了136 kPa，超過規(guī)范要求的130 kPa。另外，采用土工格柵加筋碎石墊層處治后的地基，沉降量明顯減小，說明處治后地基承載力明顯提高。

4.2 沉降觀測分析

在土工格柵加筋碎石墊層施工過程中布設(shè)沉降觀測板，進(jìn)行沉降觀測。每個(gè)監(jiān)測斷面布置3個(gè)測點(diǎn)，分別位于路基中線和邊線上，每兩個(gè)監(jiān)測斷面間隔50 m。使用精密水準(zhǔn)儀，在路基填筑施工和預(yù)壓階段進(jìn)行沉降觀測。路基

填筑過程中每填筑一層觀測一次，軟基沉降速度應(yīng)控制在10 mm/d以內(nèi)。為了檢測土工格柵加筋碎石墊層軟基加固效果，路基填筑完成后進(jìn)行預(yù)壓堆載，并在預(yù)壓期進(jìn)行沉降觀測，當(dāng)月沉降量小于3 mm時(shí)，可進(jìn)行下一步施工。文章選取某監(jiān)測斷面路基沉降觀測結(jié)果作為研究對象，記錄數(shù)據(jù)如表2所示，繪制路基監(jiān)測斷面累計(jì)沉降量變化曲線如圖1所示。

表2 路基沉降觀測結(jié)果 mm

分析表2數(shù)據(jù)和圖1曲線變化情況可知，施工階段每天路基沉降量均低于10 mm，符合規(guī)范要求。預(yù)壓階段路基沉降量在初期變化較大，后期逐步趨于穩(wěn)定，71 d后變形量基本趨于穩(wěn)定，月沉降量小于3 mm，可進(jìn)行下一步路面基層施工。

5 結(jié)語

土工格柵加筋碎石墊層強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，可有效提高軟土地基承載力。通過分析土工格柵加筋碎石墊層軟基加固機(jī)理，全面闡述施工技術(shù)要點(diǎn)，并通過試驗(yàn)檢測地基承載力和沉降情況，分析后得出以下結(jié)論：

1)對比分析3種情況地基承載力檢測結(jié)果，經(jīng)土工格柵加筋碎石墊層處治后的地基承載力明顯提高，滿足規(guī)范要求。

2)沉降觀測結(jié)果表明：路基填筑施工階段日沉降量低于10 mm，預(yù)壓階段路基沉降量在71 d后基本穩(wěn)定，說明采用土工格柵加筋碎石墊層處治后地基承載力明顯提高，施工質(zhì)量合格。