土工格柵穩(wěn)定軟土路基土路肩承載力研究

摘 要：為研究軟土路基土路肩受重復交通荷載作用，導致承載力不足、產(chǎn)生沉降出現(xiàn)車轍的問題，本文通過現(xiàn)場監(jiān)測研究了黏土路基層上覆蓋細粒土層時的路肩承載力，分析了重載交通下土工格柵在穩(wěn)定軟土地基的適用性。結果表明：土工格柵能夠消除肩道車轍，并改善路肩截面的強度特性，驗證了土工格柵作為一種相對簡單的方法改善土路肩性能的可行性。同時，機械穩(wěn)定是減少車轍和修補顆粒肩上軟弱土層的有效方法。

關鍵詞：土工格柵；土工合成材料；顆粒肩；車轍；穩(wěn)定土

中圖分類號：U 41" " 文獻標志碼：A

在軟弱地基支撐的地區(qū)的顆粒狀材料路肩中，車轍較為常見。在交通荷載反復作用下，路基發(fā)生承載力破壞，導致車轍不斷出現(xiàn)。不僅會影響行車安全，嚴重車轍還會使公路維護費用很高。為減少路肩車轍影響，通常采用粗集料和優(yōu)化填土粗粒顆粒含量進行優(yōu)化[1]，但在實際工程中，將該方法作為臨時解決方案，未能在公路工程長期使用中解決問題，經(jīng)過一段時間的服役，土路肩仍會產(chǎn)生車轍破壞。因此韓永增[2]利用原位測試對25個粗粒路肩性能進行評估，大約40%的檢查路段，路基層的加州承載比（CBR）為10或更少，導致路基承載力破壞以及顆粒和路基材料的橫向位移，出現(xiàn)受力性能不同。胡瀟[3]根據(jù)現(xiàn)場軟基施工和顆粒肩試驗段監(jiān)測結果，試驗段采用3種不同土工格柵的路基與顆粒層界面段，對試驗段進行大約一年的監(jiān)測，證明了土工格柵穩(wěn)定在消除車轍方面是有效的。

為綜合研究土工格柵對軟土地基條件下，土路肩穩(wěn)定性的變化過程。本文采用土工格柵加筋土路設計方法，考慮土工格柵受承載力系數(shù)的影響，分析土工格柵與孔徑穩(wěn)定模量，考慮了基層材料的質(zhì)量、應力分布隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化以及車轍深度的影響。

1 工程概況

東營南一路快速路工程項目為南一路的重要組成部分，東西縱貫東營市中心城區(qū)。項目起點平交華山路，終點止于西一路以西，道路全長為7.29km，先后與廣利河、東青高速、天目山路、規(guī)劃廬山路、西一路等交叉。共設置高架橋兩座，分別為G18高架橋（橋長978m）和西一路高架橋（橋長475m）。共設置出入口兩處，天目山路設置出入口1處，西一路設置出入口1處。公路全程多處位于軟土區(qū)，為了避免出現(xiàn)路基變形，影響公路使用壽命及交通安全，本文對路基加固進行研究。

2 現(xiàn)場觀測

在粗顆粒土路肩檢測中，經(jīng)常遇到軟弱地基情況，通過動態(tài)錐（DCP）測試，發(fā)現(xiàn)大約40%檢查的土路肩的CBR為10或更少，并觀察不同行車荷載下的車轍破壞。有軟基層的路段可能在施工后立即出現(xiàn)車轍，當車輛荷載作用時，車轍沿著車輪路徑發(fā)展。在距離路面邊緣不同距離下進行DCP試驗，得到碎石層上部200mm處CBR為6～12，下墊土肩料下墊層CBR為4～10，下墊土肩料下墊土路基CBR為2～29，該路段出現(xiàn)的車轍可能是由顆粒的橫向變形引起，另外在下層路基材料對顆粒層造成損傷以及沖切和剪切破壞會導致路基變形，從而出現(xiàn)車轍[4-5]。

3 研究結果分析與討論

3.1 車轍深度和沖擊值（CIV）

由于軟路基條件下，內(nèi)部顆粒路肩出現(xiàn)嚴重的車轍（深度達200mm）現(xiàn)象，問題路段的長度約為9.6km。通過載重自卸車加載測試，測量了車輪路徑上預先確定位置的車轍深度，并使用20kg的錘子進行沖擊試驗和DCP試驗，識別并隔離需要修復的軟土區(qū)。車轍深度和沖擊值（CIV）隨距離變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可以看出：在軟土條件下最高車胎深度和最低CIV的區(qū)域，延伸了約2000m。該區(qū)域的DCP試驗表明，在200mm上部的加權平均CBR為6，在200mm至500mm深度處的加權平均CBR為5。

3.2 土工格柵穩(wěn)定土路肩

采用3種雙軸土工格柵，即BX1（拉伸強度：11.8 kN/m）、BX2（拉伸強度：8.5 kN/m）和BX3（拉伸強度：6.2 kN/m）來固定土路肩，將土工格柵放置在路基和碎石灰?guī)r層200mm之間的界面上。試驗段長約310m，寬約2.4m，將前60m作為控制段，不進行穩(wěn)定處理，后續(xù)路段分別用BX1、BX2、BX3穩(wěn)定100m。

在土工格柵穩(wěn)定施工過程中，通過去除和丟棄破碎顆粒層來穩(wěn)定路肩試驗段，使用約450t新的破碎石灰石材料。將土工格柵從BX1、BX2、BX3開始滾壓在軟基上。采用電動平地機和氣動壓路機對骨料進行鋪展和壓實。當施工結束時，土工格柵邊緣在距離路面邊緣約2.4 m處露出。由于施工過程中顆粒層厚度逐漸變細（即顆粒層厚度隨距路面橫向距離的增加而減少），從物料挖掘、土工格柵鋪設、骨料鋪設到壓實，整個過程耗時約5h。

3.3 現(xiàn)場監(jiān)測

監(jiān)測試驗段性能用平板載荷試驗（PLT）進行評價，PLT由300mm鋼板、液壓千斤頂和3個測量板撓度的線性傳感器（LVDT）組成。分別在施工后、3個月和10個月后，在距離路面邊緣約1.2m處進行PLT試驗。不在顆粒層開始變細的路肩邊緣附近進行試驗，以避免顆粒材料過度變形，增加車轍的幅度。在施工后立即測量PLT加載和持續(xù)加載階段的最高地基反應模量。圖2為路肩承載力試驗結果，由圖2可以看出：BX2和BX3的孔徑穩(wěn)定模量差異較?。˙X2和BX3的孔徑穩(wěn)定模量分別為3.2和2.8?？刂贫螠y得的土撓度最高，比第一加載階段的BX1值小60%。在3個月后，由于在重復交通荷載作用下，骨料的側向約束逐漸增加，因此所有土工格柵段測得的加載值比施工后的值增加了70%。也可能當截面被加載時，路基層變形將拉力施加到土工格柵上，提高了截面的穩(wěn)定性[3-4]。10個月后獲得的PLT結果顯示，對照切片和BX2切片的加載值分別減少了約23%和8%。然而，隨著時間的推移，BX1和BX3穩(wěn)定的部分加載值繼續(xù)增加，分別增加了5%和26%。

使用20kg錘子每隔15m進行一次沖擊測試，試驗結果如圖3所示。由圖3可以看出：穩(wěn)定后測量的CIV比穩(wěn)定前約高3倍，在3個月后，穩(wěn)定段表面剛度額外增加，CIV平均增加了20%。在控制部分CIV沒有明顯增加，即使它們的孔徑穩(wěn)定模量有所變化，但土工格柵截面上測量CIV之間沒有明顯差異。當10個月時，所有穩(wěn)定區(qū)的CIV平均減少了4%。

3.4 現(xiàn)成試驗測試分析

為補充現(xiàn)場研究和評估土工格柵、土工織物和兩種顆粒材料在減少車轍方面的性能，通過設計實驗室測試程序，選取材料模擬軟基上覆顆粒路肩的試驗箱模型。用土工格柵和土工織物穩(wěn)定箱形模型，并在記錄循環(huán)加載下表面位移的情況。通過土工格柵和土工織物的累積位移和試驗后土工性狀的變化來評價土工格柵和土工織物的性能。共執(zhí)行9個測試并進行比較，以確定所選材料的性能差異。在所有試驗中，路基含水率在保持在25%左右，土壤累積位移。

可以看出，試驗開始時的路基和顆粒層干重分別為19 kN/m3和13.4 kN/m3，CBR從3增至9。15000次循環(huán)后的最終位移量為284 mm。土工格柵尺寸比箱體尺寸短6 mm，以消除格柵與箱體之間的相互作用，路基和顆粒層干重分別為18.6 kN/m3和14 kN/m3。在試驗結束后，CBR從5增至7，土體致密化程度較低。1.5萬次循環(huán)時實測土體最大位移為125 mm，比對照試驗減少55%左右，當每個加載階段結束時，將實測的土位移與預測的土位移進行比較。這種方法不考慮分段加載，因此車轍發(fā)展階段2和階段3的車轍深度預測是基于加載和循環(huán)次數(shù)，導致測量和預測的車轍深度之間的差異；當?shù)谝粋€加載階段（即5000個循環(huán)）結束時，預測的土位移和實測的土位移相似。

統(tǒng)計第二、三階段加載結束時土體位移情況，結果表明土工格柵在重復循環(huán)荷載作用下發(fā)生變形并被拉向箱心。在每個荷載增量的前500次循環(huán)中，土體的位移量最多，與試驗1相比，通過路基層的骨料孔隙有所減少，但未完全消除，骨料沖擊孔深度約為25mm。

在3號試驗中，土工格柵四角采用打入路基底層的鋼筋進行錨固，路基和顆粒層干重分別為19.2kN/m3和14.2 kN/m3。由于土體位移的影響，因此CBR從5增至8，承載模量從8.0 MPa增至11.0 MPa。與試驗2（土工格柵未錨固）相比，部分錨固土工格柵土體位移降低了約10%。在15000個循環(huán)中，測試2的測量和預測的土壤位移差為47mm，測試3的差為35mm。BX1土工格柵的整個周長是固定的，以消除任何土工格柵移動。

4 結論

本文研究了土工格柵在軟土地基路肩穩(wěn)定中的應用研究，分析了土工格柵對路肩車轍及承載力的影響。主要結論如下。1）在軟土條件下可以延長最高車胎深度和最低CIV的區(qū)域，在200mm上部平均CBR為6，在200～500mm深度，平均CBR為5。2）土工格柵穩(wěn)定后的路肩CIV平均增加20%，在穩(wěn)定10個月后，所有穩(wěn)定區(qū)的CIV平均減少了4%。土路基經(jīng)過1.5萬次循環(huán)，土體最大位移為125 mm，比對照試驗減少55%。3）對土工格柵經(jīng)路基底層的鋼筋進行錨固后，路基和顆粒層干重分別為19.2kN/m3和14.2 kN/m3，CBR從5增至8，承載模量從8.0 MPa增至11.0 MPa。

參考文獻

[1]李嘉.CFG樁復合地基在軟土路基穩(wěn)定中的應用[J].交通世界， 2023（20）：96-98..

[2]韓永增.公路軟土路基穩(wěn)定技術探析[J].交通世界， 2021（17）：2.

[3]胡瀟.水泥攪拌樁在軟土路基穩(wěn)定工程中的應用研究[J].北方交通， 2021（6）：4.

[4]武瑞.高等級道路軟土路基特性分析及穩(wěn)定工藝研究[J].山西交通科技， 2022（1）：1-2.

[5]林惠娟.道路工程中的軟土路基穩(wěn)定技術探討[J].工程技術研究， 2022， 7（13）：45-47.