路基拓寬工程中加筋土陡坡的應(yīng)用研究

李偉亮

（廊坊市交通技術(shù)咨詢監(jiān)理公司，河北廊坊 065000）

0 引言

加筋土陡坡路基加寬技術(shù)具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、控制新舊路基不均勻沉降、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足路基加寬復(fù)雜工況條件下的施工要求。為此，本文重點(diǎn)對(duì)加筋土陡坡結(jié)構(gòu)的施工工藝與施工監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究論述。

1 工程概況

某公路工程于2000 年10 月建成通車，采用雙向四車道設(shè)計(jì)，路基寬27m。在交通量不斷增加的情況下，需對(duì)舊路基加寬處理，經(jīng)過改擴(kuò)建后將路基寬增至34.5m，以滿足道路通行需求。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，本路段的路基拓寬區(qū)域地質(zhì)為中砂、粉土、粗砂，地下水埋深20m，結(jié)合路基拓寬工程的實(shí)際情況，對(duì)舊路基采用邊坡開挖臺(tái)階的施工工藝，每級(jí)臺(tái)階寬為1.2m，高為0.8m，加寬路基采用加筋土陡坡形式，在加寬處鋪設(shè)土工格柵對(duì)路基實(shí)施加固，邊坡坡率為1∶0.75。本工程選用的土工格柵規(guī)格為HDPETGDG65 單向土工格柵，施工技術(shù)方案為：當(dāng)土工格柵鋪設(shè)位置高于舊路基頂面時(shí)，鋪設(shè)不小于6m 長(zhǎng)的土工格柵；當(dāng)土工格柵鋪設(shè)位置低于舊路基頂面時(shí)，通鋪到舊路基臺(tái)階底部，以保證新舊路基良好搭接，增強(qiáng)整體路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 路基拓寬工程中加筋土陡坡的應(yīng)用

2.1 施工工藝

加筋土陡坡施工工藝流程為：地基處理→舊路基邊坡臺(tái)階開挖→土工格柵下料→鋪設(shè)壓實(shí)→回填壓實(shí)檢查→返包筋材→坡頂壓實(shí)→坡面防護(hù)[1]。本工程采用單向土工隔柵，聚合物原料為HDPE，抗拉強(qiáng)度為65kN/m，縱向2%應(yīng)變抗拉強(qiáng)度為16.5kN/m，縱向5%應(yīng)變抗拉強(qiáng)度為31.5kN/m，20℃以下蠕變極限強(qiáng)度為26.0kN/m。具體的施工工藝如下：

2.1.1 地基處理

試驗(yàn)路段的路基加寬范圍位于邊溝附近，在加寬前回填加固舊路基的邊溝和坡腳，增強(qiáng)新路基地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；清理施工現(xiàn)場(chǎng)，清除深為30cm 的邊溝表層土，清除后回填砂礫石；在加筋土結(jié)構(gòu)底部60cm 處鋪設(shè)土工格室，減少新舊路基的不均勻沉降。

2.1.2 邊坡開挖

試驗(yàn)路段開挖臺(tái)階，采用分級(jí)開挖施工工藝，每填筑80cm 開挖一級(jí)舊路基邊坡臺(tái)階，開挖后壓實(shí)整平加寬部位的地基[2]；壓實(shí)整平施工時(shí)，人工撿出尖銳異形的雜物，以免損壞土工格柵；每級(jí)臺(tái)階開挖后的壓實(shí)整平均要試驗(yàn)檢測(cè)壓實(shí)度。

2.1.3 加筋格柵鋪設(shè)

采用人工分層鋪設(shè)方式鋪設(shè)土工格柵，碾壓層厚度為40cm，預(yù)留土工格柵返包長(zhǎng)度不小于2m；在鋪設(shè)過程中，用U形鋼筋固定格柵，相鄰兩幅土工格柵采用無縫搭接工藝，保證土工格柵鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)整體性[3]；在鋪設(shè)單項(xiàng)格柵時(shí)，要做到縱肋與坡面垂直，平順鋪設(shè)格柵，不允許出現(xiàn)褶皺。

2.1.4 壓實(shí)整平

施工人員張拉土工格柵，用張拉梁拽緊土工格柵的一端，拽緊后固定另一端，要求張拉到位；用土工袋預(yù)先裝滿土，整齊碼放在施工區(qū)域一側(cè)，用于夯實(shí)加固筋邊坡；在老路基上料填土，填土后用挖掘機(jī)攤鋪粗平，施工中要注意攤鋪粗平的機(jī)械力度，不得對(duì)土工格柵造成損傷和移位；在距離坡面1m 處壓實(shí)新路基，選用輕型壓實(shí)機(jī)械，減少土工袋的側(cè)向位移量，保證坡面平整[4]。

2.1.5 格柵返包

在土工隔柵基層壓實(shí)后，對(duì)基層表面進(jìn)行整平，繼續(xù)鋪設(shè)上層土工格柵，下層預(yù)留的格柵對(duì)上層格柵返包，返包長(zhǎng)度不小于1.0m；上下層土工格柵用HDPE連接棒進(jìn)行連接，并在格柵縱肋處穿過張拉梁，對(duì)格柵施加張拉力，用于夾緊上層格柵與返包格柵的連接；返包后在壓實(shí)層面固定格柵，用U形釘固定。

2.1.6 上層格柵鋪設(shè)

上層格柵鋪設(shè)與上文所述的格柵鋪設(shè)、填料壓實(shí)步驟相同，施工中控制上層格柵鋪設(shè)標(biāo)高，并預(yù)留出格柵足夠的長(zhǎng)度，將格柵埋設(shè)到填料中，增強(qiáng)土工格柵的錨固力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求回填、壓實(shí)填料。

2.1.7 坡面防護(hù)

在加筋土陡坡施工后，采用邊坡土工袋預(yù)埋草籽的方式實(shí)施坡面防護(hù)工程，通過人工種植草皮恢復(fù)坡面生態(tài)系統(tǒng)，形成復(fù)合式坡面防護(hù)體系。在植被生長(zhǎng)后，能夠遮擋陽光對(duì)土工袋和筋材的直接照射，減少雨水對(duì)坡面的沖刷侵蝕，保證陡坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)

2.2.1 施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）筋材應(yīng)變監(jiān)測(cè)。本工程通過安裝柔性變形傳感器，對(duì)土工格柵在公路使用期間的變形情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，全面掌握格柵結(jié)構(gòu)狀態(tài)和應(yīng)變規(guī)律，通過分析筋材的峰值應(yīng)變，對(duì)邊坡滑裂面位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而判斷新舊路基搭接處的變形情況，用于評(píng)價(jià)路基拓寬工程質(zhì)量。

（2）地基不均勻沉降。本工程采用U 形剖面沉降管，對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的路基斷面進(jìn)行不均勻沉降觀測(cè)，掌握加筋土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化，將其與自然放坡路基拓寬施工效果進(jìn)行對(duì)比分析，用于評(píng)價(jià)加筋土陡坡施工技術(shù)在控制不均勻沉降中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[5]。

2.2.2 施工監(jiān)測(cè)方案

（1）傳感器布置。在路基拓寬工程中選取K380+240、K380+440、K381+062、K381+110 四個(gè)斷面開展筋材應(yīng)變監(jiān)測(cè)，將U形剖面管、位移傳感器設(shè)置到每個(gè)斷面上；路基底部埋設(shè)1根剖面管，埋設(shè)位置在舊路基坡腳至新路基坡腳的臺(tái)階底部；從底層格柵開始，每隔2層埋設(shè)一根剖面管，安裝一層位移傳感器。

（2）傳感器安裝。在鋪設(shè)加筋土陡坡底層格柵后安裝位移傳感器，從未鋪設(shè)土工袋的坡腳格柵處安裝，安裝方向與格柵橫肋方向一致，位移傳感器的中心間距控制在1.5m，當(dāng)位移傳感器布設(shè)到陡邊坡潛在破裂面時(shí)，將中心間距縮小至1.0m；位移傳感器用配套的夾具固定到格柵橫肋上，在橫肋上用電鉆鉆孔，擰上螺栓，用于固定位移傳感器的夾具；先固定一端夾具后，拉伸位移傳感器至滿量程的50%，再固定位移傳感器的另一端夾具；在位移傳感器安裝后，用PVC 管穿線，將傳感器置于觀測(cè)室內(nèi)；在位移傳感器下部鋪墊上細(xì)砂，壓實(shí)細(xì)砂，位移傳感器上部再安裝PVC 管，管材為半圓形，將中粗砂覆蓋到管材上，厚度約為20cm[6]。

（3）剖面管埋設(shè)。在基底墊層施工后，需要確定埋設(shè)U形剖面沉降管的位置，埋設(shè)位置處的填土高度為60cm，填土后壓實(shí)，按照寬20cm 的尺寸開槽，開槽至地基加固墊層的頂部；當(dāng)開槽達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，在槽口內(nèi)填入中粗砂，厚為10cm；在舊路基坡腳臺(tái)階底部安裝剖面管，剖面管的接口連接回線鋼管和PVC 管，管材內(nèi)壁分布四條軸向凹槽，將通長(zhǎng)測(cè)繩貫穿于剖面管、回線鋼管、PVC 管中；在管材安裝時(shí)，要求PVC管平行于回線鋼管，兩種管材都垂直于公路線路走向，對(duì)PVC 管位置適當(dāng)調(diào)整，合理布置凹槽位置，在上部填入中粗砂壓實(shí)，使管材埋設(shè)位置與基層表面平齊[7]。

2.2.3 監(jiān)測(cè)實(shí)施

（1）變形監(jiān)測(cè)。土工格柵變形監(jiān)測(cè)采用綜合測(cè)量?jī)x，測(cè)量?jī)x能夠直接讀取位移傳感器測(cè)量到的格柵拉伸變形數(shù)值，將其與格柵初始數(shù)值相減，便能夠求出格柵兩條橫肋間的變形量。

（2）不均勻沉降監(jiān)測(cè)。在橫剖面基底的不均勻沉降監(jiān)測(cè)中采用水準(zhǔn)儀、測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)，先按照二等水準(zhǔn)測(cè)量精度調(diào)整水準(zhǔn)儀，觀測(cè)剖面管觀測(cè)樁的高程，再在樁頂部布設(shè)測(cè)斜儀探頭，觀測(cè)剖面初始數(shù)據(jù)，最后在橫剖面中放入測(cè)斜儀，對(duì)管內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

（3）監(jiān)測(cè)參數(shù)。格柵拉伸變形測(cè)量精度和路基不均勻沉降測(cè)量精度均為0.01mm；在加筋土陡坡施工中，每鋪設(shè)一層土工隔柵讀取一次位移傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)；在路基加寬施工完畢后，每間隔3d讀取一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；在公路拓寬工程交付使用后，每間隔90d讀取一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）新路基施工期間的累計(jì)沉降量較小，在加筋土陡坡路基填筑高度逐步增加的情況下，累計(jì)沉降量隨之緩慢增加，但整體上仍處于較低水平。每填筑增加0.4m，地基累計(jì)沉降量增幅約為0.5mm；在本工程建成通車后3 個(gè)月內(nèi)，平均每月的累計(jì)沉降量為1.1mm，滿足相關(guān)規(guī)范不超過3mm 的要求；在本工程通車120d后，監(jiān)測(cè)到的最大累計(jì)沉降量為9.9mm。

（2）新路基坡腳處觀測(cè)斷面的地基沉降量處于較低水平，從斷面上地基沉降量的變化趨勢(shì)上分析，沉降量沿著筋材鋪設(shè)方向，重新路基坡腳到舊路基坡腳逐步增大；本工程四個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，施工期間監(jiān)測(cè)到的最大沉降速率為0.49mm/3d，在通車后的新舊路基坡腳處累計(jì)沉降差較大，監(jiān)測(cè)到的最大沉降速率為0.99mm/月。

（3）在加筋土陡坡施工中，筋材變形主要表現(xiàn)為筋材拉伸狀態(tài)變化，通過拉伸狀態(tài)變化反映筋材內(nèi)部應(yīng)力變化。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：在填筑高度不斷增加的條件下，底部層位筋材和中間層筋材的應(yīng)變值隨之減小，而上層筋材應(yīng)變值會(huì)隨之增大。當(dāng)填筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，各層筋材的應(yīng)變值變化逐步減小[8]。在施工過程中，筋材最大拉伸應(yīng)變力為0.39%，公路通車120d的筋材最大拉伸應(yīng)變力為0.12%，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

2.2.5 潛在滑裂面分析

在四個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)結(jié)果分別為：

（1）樁號(hào)K380+240斷面的潛在破裂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：第1 層格柵靠近坡面1.3m 處的峰值應(yīng)變?yōu)?.12%，位于筋材末端距離坡面2.3m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.06%；第4 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.31%，位于筋材末端距離坡面2.8m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.03%；第7 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.15%，位于筋材末端距離坡面4.3m的峰值應(yīng)變?yōu)?.18%。

（2）樁號(hào)K380+440斷面的潛在破裂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：第1 層格柵靠近坡面1.3m 處的峰值應(yīng)變?yōu)?.06%，位于筋材末端距離坡面2.3m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.09%；第4 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.13%，位于筋材末端距離坡面2.8m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.07%；第7 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.07%，位于筋材末端距離坡面4.3m的峰值應(yīng)變?yōu)?.03%。

（3）樁號(hào)K381+062斷面的潛在破裂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：第1 層格柵靠近坡面2.3m 處的峰值應(yīng)變?yōu)?.19%，位于筋材末端距離坡面2.3m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.02%；第4 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.22%，位于筋材末端距離坡面3.3m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.06%；第7 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.21%，位于筋材末端距離坡面5.3m的峰值應(yīng)變?yōu)?.12%。

（4）樁號(hào)K381+110斷面的潛在破裂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：第1 層格柵靠近坡面1.3m 處的峰值應(yīng)變?yōu)?.09%，位于筋材末端距離坡面2.3m 的峰值應(yīng)變?yōu)?.04%；第4 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.12%，位于筋材末端距離坡面5.8m 的峰值應(yīng)變?yōu)?0.05%；第7 層格柵靠近坡面1.3m處的峰值應(yīng)變?yōu)?.16%，位于筋材末端距離坡面4.3m的峰值應(yīng)變?yōu)?.01%。

由上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，加筋土陡坡結(jié)構(gòu)在靠近坡面處和筋材末端部位會(huì)出現(xiàn)較大滑裂面，產(chǎn)生一定豎向位移。從整體位移量進(jìn)行分析，新舊路基搭接位置出現(xiàn)破裂面的可能性較大，但格柵應(yīng)變較小，表明加筋土陡坡結(jié)構(gòu)具有一定穩(wěn)定性。

2.2.6 監(jiān)測(cè)對(duì)比分析

下面對(duì)自然放坡加寬路基與加筋土陡坡加寬路基的沉降值進(jìn)行對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：

（1）在路基拓寬工程竣工后，加筋土陡坡結(jié)構(gòu)地基沉降變化趨于平緩，越來越小，而自然放坡結(jié)構(gòu)地基沉降變化逐步增大，在部分新舊路基坡腳處可見較大結(jié)構(gòu)性破裂。與自然放坡結(jié)構(gòu)相比，加筋土陡坡結(jié)構(gòu)能夠更好地控制不均勻沉降，長(zhǎng)時(shí)間維持加寬路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）在本工程通車120d 后，加寬路基橫斷面沉降值呈現(xiàn)出梯度變化趨勢(shì)，路基高度越高，斷面縱向沉降值變化越大；在斷面橫向沉降值變化中，加筋土陡坡結(jié)構(gòu)的橫向波動(dòng)變化趨于平緩，而自然放坡結(jié)構(gòu)的橫向波動(dòng)逐步增大。

（3）在舊路基坡腳處，自然放坡結(jié)構(gòu)的沉降量較大，而加筋土陡坡結(jié)構(gòu)的沉降量相對(duì)較小，表明加筋土陡坡結(jié)構(gòu)能夠有效控制路基變形，提高新舊路基搭接處的抗剪強(qiáng)度。

3 結(jié)語

公路路基拓寬工程中，要針對(duì)軟土層采用加筋土陡坡加固施工工藝，利用單向土工格柵的應(yīng)變抗拉強(qiáng)度減小新舊路基結(jié)構(gòu)變形和不均勻沉降，保證新舊路基順利拼接。在加筋土陡坡施工中，要優(yōu)選單向土工格柵材料，采用邊坡臺(tái)階開挖施工技術(shù)，分層鋪設(shè)單向土工格柵，逐層回填填土并壓實(shí)，提高路基拓寬工程的施工質(zhì)量。