公路改擴建中新舊路基搭接中土工格柵的應(yīng)用

張琴 張庭

摘要 高速公路改擴建工程中新舊公路搭接處的不均勻沉降導(dǎo)致路面開裂、下沉的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。土工格柵技術(shù)的應(yīng)用有效地改善了不均勻沉降的發(fā)生。文章通過實際改擴建工程項目新舊搭接中路基土工格柵的應(yīng)用，介紹了不均勻沉降產(chǎn)生的機理，土工格柵的作用以及土工格柵在工程中的施工設(shè)計與應(yīng)用，并通過工程沉降觀測結(jié)果分析了土工格柵的作用，希望對同類型施工建設(shè)發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞 土工格柵；改擴建；不均勻沉降；沉降觀測

中圖分類號 U41文獻標識碼 B文章編號 2096-8949（2024）08-0122-03

0 引言

隨著國家各地區(qū)經(jīng)濟的高速發(fā)展，原有的部分交通道路寬度已經(jīng)不能滿足日益增長的車輛通行要求，公路的擁擠顯現(xiàn)在節(jié)假日等通行高峰時段比比皆是，擁堵的交通不僅制約了地區(qū)發(fā)展，還嚴重影響民眾的日常生產(chǎn)生活。針對交通擁擠、道路狹窄的問題，部分地區(qū)已經(jīng)有序地開展了公路改擴建工程。公路改擴建工程中，新舊公路的沉降不均問題尤為重要。新舊公路搭接處因沉降不均導(dǎo)致路面不平順，車輛行駛在公路上顛簸不舒適，甚至路面會因沉降不均產(chǎn)生開裂甚至是垮塌現(xiàn)象的發(fā)生，為抑制在公路改擴建工程中的新舊公路沉降不均現(xiàn)象，土工格柵被廣泛應(yīng)用[1]。

土工格柵是一種用在工程建設(shè)中的土工合成材料，與其他的土工合成材料相比具有抗拉強度大、應(yīng)力蠕變小、施工中適應(yīng)各種土壤環(huán)境等特點，能夠滿足各種條件下的公路改擴建工程，在實際應(yīng)用中能夠有效地提高新舊公路路基搭接處加筋承載面的咬合、嵌鎖作用，最大限度地約束搭接處路基側(cè)向位移，增加搭接處路基的抗剪能力，抑制搭接處不均勻沉降的產(chǎn)生。

1 工程概況

該文以某改擴建高速公路為樣本，選取改擴建工程中的一段作為施工案例，對土工格柵在公路改擴建工程中新舊路基搭接處的應(yīng)用進行研究。該條高速公路建成通車運營至今已長達30年之久，近些年隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車運輸以及家用汽車數(shù)量的激增，該高速通過數(shù)量不斷增長，已在近幾年處于飽和狀態(tài)，因此對其進行改擴建施工是非常有必要的。該改擴建工程項目位于2K+055～47K+300路段，全長45.245 km。項目工程采用原有路基兩側(cè)搭接的施工工藝進行施工，將原有的24 m寬的四車道擴建成寬40 m的雙向八車道，改造擴建的道路邊坡模式采用1∶1.5的現(xiàn)代化高速公路標準，改造后高速公路擴容達一倍之多。改擴建施工作業(yè)地區(qū)為沖積平原，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地質(zhì)勘探結(jié)果為地面以下土層分別是6 m厚的粉質(zhì)黏土層、4.8 m厚的淤泥質(zhì)粉土、12 m厚的粉土層，如圖1所示。由于此高速公路長期處于超負荷狀態(tài)運營，道路路基缺乏適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護，路基在荷載的長期作用下部分區(qū)域失去了承載的能力，因此，此次改擴建工程在制定施工設(shè)計方案時針對路基搭接處作了針對性設(shè)計，并對搭接處的施工質(zhì)量作出了嚴格要求，以此保證此次改擴建施工的質(zhì)量安全。

2 公路改擴建新舊搭接處不均勻沉降的產(chǎn)生

公路路基在受到公路路面向下的荷載作用下，原有的路基穩(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了豎向應(yīng)變，改變了原有路基的土體結(jié)構(gòu)，土體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致沉降的發(fā)生。路基基礎(chǔ)的自重壓縮沉降變形和基礎(chǔ)上部的外力荷載碾壓壓縮沉降都是導(dǎo)致路基沉降發(fā)生的常見原因，其中后者產(chǎn)生的沉降路基發(fā)生形變的影響更大，對路基的影響更嚴重[2]。原有的舊公路路基經(jīng)過多年自身沉降和車輛長期的荷載碾壓[3]，路基的固結(jié)沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，在正常的使用中不會發(fā)生大的形變。舊公路改擴建鋪設(shè)擴建新路時[4]，雖然也會對新鋪設(shè)的道路路基進行碾壓預(yù)壓處理，加速路基沉淀的過程，但還是會與舊公路路基在沉降上存在差異，特別是在通車營業(yè)的情況下車輛對路基的碾壓會導(dǎo)致新舊路基的沉降不同，產(chǎn)生沉降差異[5]。根據(jù)以往實際應(yīng)用經(jīng)驗可知[6]，公路改擴建新舊公路出現(xiàn)不均勻沉降的原因有以下幾點：①改擴建工程施工作業(yè)質(zhì)量存在問題，導(dǎo)致路基強度不符合工程設(shè)計以及國家相關(guān)規(guī)定要求，路基在投入使用后受車輛行駛荷載發(fā)生不均勻沉降。②路基的回填材料不同，不同的回填材料的配比不同導(dǎo)致新舊路基的土質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，新擴建的路基基礎(chǔ)回填土一般都是舊路基的開挖土，粒徑較大土質(zhì)的力學(xué)性能分散不好控制。新舊路基因土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致新舊公路搭接處的沉降不同，造成新舊路基搭接處沉降不均。③施工材料不符合規(guī)定、質(zhì)量不合格或施工工藝不規(guī)范。在施工作業(yè)時選用的土工格柵質(zhì)量不符合設(shè)計規(guī)定，或是施工作業(yè)過程中未按規(guī)定操作流程進行鋪設(shè)，都會導(dǎo)致在新舊路基搭接處質(zhì)量不合格，出現(xiàn)不均沉降的現(xiàn)象。④路基排水不良，路基排水設(shè)計不合理，長期在水的浸蝕下，路基強度下降也會導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降。

3 土工格柵在新舊公路搭接處的應(yīng)用

土工格柵在新舊公路搭接處的具體應(yīng)用如下：土工格柵能夠?qū)⑸喜考泻奢d有效地擴散，避免路基受到集中荷載，減少路基單位面積內(nèi)承受的剪切荷載，減少了路面荷載對路基的破壞，進而緩解了搭接處的受力，分散荷載提升了路基的整體性，減少了不均勻沉降的可能；土工格柵具有較強的抗拉性能，使用在搭接處連接新舊公路，增強了新舊公路的橫向連接能力，使新舊公路路基趨于成為一個整體，減少了路基搭接處的縱向開裂的問題；土工格柵的結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀或是網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)能夠有效地組織路基回填料的水平位移，路基土質(zhì)在土工格柵網(wǎng)眼的作用形成嵌鎖形式，不僅將土質(zhì)固定，還有效提高了土質(zhì)的承載力，就像將土裝進罐子里變得更加堅硬，從而減少了不均勻沉降的可能。

4 新舊公路基礎(chǔ)搭接施工

4.1 新舊路基搭接處土工格柵鋪設(shè)方案

為提升改擴建工程項目整體施工質(zhì)量，抑制新舊公路搭接處路面沉降不均現(xiàn)象，需對舊路基邊坡開挖部分進行人工處理作業(yè)，翻松舊路基邊坡、處理路基邊坡內(nèi)植物根系、清理雜物、對路基回填土進行攪拌。為保證路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的良好，在路基清理干凈后需對換填后的路基回填土進行壓實作業(yè)，壓實度不得低于95%。路基回填壓實作業(yè)要根據(jù)路基高度合理分配回填壓實層數(shù)，不可一次完成。具體的分配方案要結(jié)合邊坡臺階開挖的設(shè)計方案逐層進行。開挖完成下一級臺階后才可對上一級臺階進行清理作業(yè)。舊公路路基邊坡有積水存在處所時，往往伴隨較厚的淤泥土層，此時需要對淤泥進行清理作業(yè)，將淤泥全部清理后還需繼續(xù)挖深50～80 cm的深度，以保證完全將受進水影響可能導(dǎo)致土質(zhì)改變的區(qū)域全部挖出。此區(qū)域的回填可以使用舊路基挖除的路基結(jié)構(gòu)，將舊路棄土合理地利用，減少施工建設(shè)作業(yè)中的建筑垃圾，同時對回填處所進行壓實作業(yè)，增大路基邊坡處基坑的穩(wěn)定性。

原有舊路基邊坡清理完畢后，進行開挖臺階施工作業(yè)。臺階的施工順序為自下而上，最下面一層臺階按設(shè)計要求采用1.5 m×1 m的形式，其余層次的臺階按設(shè)計要求采用1.2 m×0.8 m的形式。臺階不可一次開挖完成，需要采用挖一級填一級壓一級的方式，處理完這一級的臺階才可以對下一級臺階進行施工作業(yè)。積水或是低洼回填處所宜采用1.2 m×0.8 m高的模式一挖到底，在臺階內(nèi)設(shè)置內(nèi)傾角度為4%的斜坡。土工格柵在回填路基時進行鋪設(shè)，自下而上每回填一層基礎(chǔ)鋪設(shè)一層，路床的上、下兩面各鋪設(shè)一層土工格柵，以此增加新舊公路搭接處的整體性、連續(xù)性，從而減少搭接處發(fā)生不均勻沉降的可能性。

選擇的土工格柵性能標準可以見表1，表中未標注的參數(shù)參考國家高速公路施工《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）相關(guān)規(guī)定。

4.2 土工格柵施工

對路改擴建項目工程而言，新舊公路搭接處的不均勻沉降是控制工程質(zhì)量的最大難題。經(jīng)多年的實踐經(jīng)驗和實驗對搭接處路基結(jié)構(gòu)的綜合性能的分析得出結(jié)論：土工格柵的應(yīng)用是目前公路改擴建新舊搭接處提升路基性能最好的方式。土工格柵在鋪設(shè)施工前要將鋪設(shè)場地整平、清理，避免有碎石等尖銳雜物破壞土工格柵的完整性。土工格柵在新舊公路搭接處鋪設(shè)作業(yè)時，必須保證其能夠深入舊路基1.5 m深的位置，所以在舊路基開挖時，舊路基最下一層臺階不得小于1 m×1.5 m。按施工設(shè)計要求在每層路基頂面下0.2 m的位置鋪設(shè)土工格柵，并將鋪設(shè)的土工格柵相互連接，使整個工程的土工格柵網(wǎng)形成一個整體，不能有斷裂。土工格柵因其功能作用，在鋪設(shè)時按設(shè)計要保證搭接處的連接部分的抗拉強度，一般要求搭接處的抗拉強度不得低于土工格柵設(shè)計的抗拉強度，并且按設(shè)計要求土工格柵搭接的寬度不得小于200 mm，連接牢固如圖2所示。在土工格柵鋪設(shè)作業(yè)以及鋪設(shè)作業(yè)后土方回填前發(fā)現(xiàn)其存在凸鼓、褶皺、翹邊等問題，現(xiàn)場作業(yè)技術(shù)人員應(yīng)及時組織作業(yè)人員對土工格柵進行拉平處理，并用固定鉚釘將土工格柵錨固固定，防止問題的再發(fā)生。土工格柵鋪設(shè)作業(yè)結(jié)束后，要及時進行填筑施工作業(yè)，以先兩邊后中間的施工順序，采用小型推土機和前置裝載機等機械設(shè)備沿著施工作業(yè)方向有序推進施工，確保施工效果達到設(shè)計要求，如圖3所示。

進行土工格柵的施工作業(yè)中，應(yīng)注意以下幾方面的問題：①土工格柵在鋪設(shè)施工作業(yè)中需要進行搭接才能使整個改擴建工程項目的土工格柵組成一個整體，在土工格柵搭接處要選用合適的施工工藝，比如選用U形釘、尼龍繩、扎絲和滌綸線等多種方式對其進行縫接。搭接處的搭接寬度不得小于0.2 m，并保證土工格柵搭接受力處的抗拉強度大于土工格柵材料本身的抗拉強度。②土工格柵在鋪設(shè)時需要作業(yè)人員用力均勻地將土工格柵拉直鋪平，不能在鋪設(shè)時出現(xiàn)褶皺、重疊、凸起、扭歪、重格等現(xiàn)象。鋪好的土工格柵應(yīng)每隔1～1.5 m用冒釘固定牢固，冒釘要均勻布設(shè)。③土工格柵鋪設(shè)所在層面的上、下范圍200 mm內(nèi)所用回填料不得使用大粒徑的回填料，其最大顆粒粒徑不得大于土工格柵網(wǎng)口邊長的1/3，用于土工格柵上下范圍80 mm內(nèi)的最大顆粒粒徑不得大于土工格柵網(wǎng)口邊長的1/6。④土工格柵鋪設(shè)作業(yè)完工后，石灰土回填應(yīng)遵循“先兩邊，后中間”的原則，沿施工方向推進回填。回填土不能直接卸到土工格柵上，要在已經(jīng)攤鋪完成的路基面上卸回填料，并且卸料時要控制卸料高度，卸料高度不宜超過1 m。

4.3 石灰土回填

根據(jù)改擴建項目工程施工設(shè)計要求，需要在土工格柵表面回填一層石灰土?；靥畹氖彝恋膿桨枇恳勒赵O(shè)計標準進行控制，一般以40%以上為佳。石灰土在鋪設(shè)前要在施工現(xiàn)場進行攪拌作業(yè)，保證回填材料的均勻性，使其結(jié)構(gòu)性能能夠達到設(shè)計要求標準。石灰土的整平作業(yè)前，要確保表面的壓實度不低于80%，壓實后的表面不平整處采用鋪撒的方式，將石灰土撒布在低洼處所，達到整平的效果，以滿足改擴建施工設(shè)計要求。整平作業(yè)后檢測路基回填材料的含水量，確保含水量的檢測結(jié)果符合設(shè)計要求標準后，方可進行下一步施工，以保證路基結(jié)構(gòu)不受影響。

5 交通管制

為保證改擴建工程項目在新舊公路搭接處的施工質(zhì)量符合設(shè)計標準要求，避免因不均勻沉降而引發(fā)公路各種病害的發(fā)生，改擴建工程施工完畢后應(yīng)對公路進行一段時間的交通管制，使其自然沉降，同時在交通管制期間持續(xù)檢測工程沉降量的變化情況，對施工質(zhì)量進行評價。

6 沉降觀測

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）規(guī)范要求，對該改擴建新舊公路搭接處進行觀測，觀測選取5個路段，分別觀測路基交工后第3、6、12、18個月的沉降情況，觀測結(jié)果見表2。

由表2的結(jié)果可知，應(yīng)用了土工格柵技術(shù)的新舊公路搭接處在施工完畢一年后的沉降基本保持在135 mm左右，并且運營18個月后未出現(xiàn)新舊公路搭接處沉降不均或是開裂的現(xiàn)象，說明土工格柵技術(shù)的應(yīng)用提高了搭接處路基的整體施工質(zhì)量，保證了新舊搭接處公路的行車安全。

7 結(jié)論

土工格柵以其抗拉強度大、應(yīng)力蠕變小、施工中適應(yīng)各種土壤環(huán)境等優(yōu)勢，在高速公路改擴建工程中被廣泛應(yīng)用。在新舊公路搭接處路基處理施工中，土工格柵的應(yīng)用有效提高了路基的銜接性，使新舊公路路基趨于成為一個整體，減少了搭接處不均勻沉降的問題，同時，減少了高速路面開裂的風(fēng)險。該文通過江蘇省某市高速公路改擴建工程中土工格柵的應(yīng)用，闡述了不均勻沉降產(chǎn)生機理、土工格柵功能效果以及土工格柵在工程中的方案設(shè)計、施工以及工程沉降觀測，證明了土工格柵在搭接處應(yīng)用的效果，希望對日后類似的工程施工設(shè)計有所幫助。

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