土工格柵加筋碎石墊層在公路軟土地基中的應(yīng)用

摘要：在路堤填筑過程中，路基可能會發(fā)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的破壞，降低路面的服務(wù)質(zhì)量。對加筋砂礫石墊層地基的加固機理進(jìn)行分析，并對其施工工藝進(jìn)行總結(jié)。基于工程案例對其進(jìn)行承載力測試，通過對沉降觀測資料分析，發(fā)現(xiàn)在預(yù)壓施工過程中，沉降都能滿足設(shè)計要求，表明處理后的地基承載能力得到了顯著改善，達(dá)到了預(yù)期加固效果。

關(guān)鍵詞：軟基施工；土工格柵；加筋碎石墊層；地基承載力；沉降觀測

0" "引言

軟土地基承載力較差，為避免軟土地基的沉降變形，需要對其進(jìn)行加固。對于軟土地基的處理，目前已有多種處理方法，但其多數(shù)處理方法施工過程繁瑣、成本較高。土工格柵加筋碎石墊作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，它既能通過碎石間的嵌擠作用，能增強其內(nèi)部摩擦，又能與加筋土擋墻形成一種穩(wěn)定的組合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升軟弱土的承載能力。

本文在結(jié)合軟基處理工程項目基礎(chǔ)上，設(shè)計一種雙層塊石結(jié)構(gòu)，并在其中部布置了一個加筋的土工格柵。通過在樁基礎(chǔ)上設(shè)置測點，對其進(jìn)行地基承載力測試，對其沉降進(jìn)行監(jiān)測，通過分析試驗結(jié)果，驗證了土工格柵加筋碎石墊層加固軟土地基有效性。

1" "土工格柵加筋碎石墊層加固地基機理

土工格柵加筋碎石墊層因其“加筋-土”的協(xié)同效應(yīng)，使其在軟基處理中表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，從而使其與土體組成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，共同承受各種荷載[1]，具體加固機理如下。

1.1" "土工格柵加筋材料與土體及墊層相互作用

土工格柵加筋碎石墊層由兩個部分構(gòu)成，上層是土工格柵加筋材料，下層是墊層。兩者之間的摩擦是相互影響的，上層荷載通過土工格柵合成材料傳遞給下層墊層，與下層墊層共同承受荷載，從而提升了整個基礎(chǔ)的承載力。加筋材料具有彌散的特性，因此它的使用能有效地防止路基的不均勻沉降，并能起到緩沖、限制路基橫向變形的作用，從而保證路基的穩(wěn)定。

1.2" "墊層和樁相互作用

在地基工程中，墊層和樁的相互作用是至關(guān)重要的。當(dāng)樁施工完成后，鋪設(shè)墊層包裹樁體。樁體沉降變形后，這種物理接觸會引起墊層變形，從而增加二者共同承受負(fù)荷的能力。在這個相互影響過程中，土工格柵加筋材料與墊層緊密結(jié)合起來，形成了一個具有獨特性能的復(fù)合墊層結(jié)構(gòu)。

這個復(fù)合墊層不僅可以增強排水效果，還能顯著提升地基固結(jié)的速度。通過這種方式，墊層和樁之間的協(xié)同工作，能夠有效地提高整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。為此在進(jìn)行任何地基處理或建筑施工時，考慮到墊層和樁的共同效應(yīng)，以及它們對地基質(zhì)量的直接影響，是非常必要的[2-3]。

1.3" "樁與樁間土、土工格柵加筋材料共同作用

樁基在上部受壓情況下，樁間土產(chǎn)生負(fù)摩阻力。在土工格柵加筋墊層的連接作用下，其與樁基共同承擔(dān)荷載，使其成為一個緊密的整體，既能約束樁，防止其產(chǎn)生側(cè)移，又能防止其鼓脹損傷，從而有效提升其承載力。采用碎石樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，可以在一定程度上抑制樁-土的初始靜水壓力，從而改善路基的整體穩(wěn)定。

2" "工程概況

某公路工程全長2.13km，采用四幅橫斷面的斷面形式。本工程沿線地形較為平緩，地下水埋深在2.0～5.0m范圍內(nèi)。在路基填筑區(qū)域，軟弱地基主要為淤泥質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)黏土深度約為3.1～8.5m，長度范圍約為530m左右。

針對軟土地區(qū)的實際情況，為了提高地基承載力，決定采取以水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層為基礎(chǔ)的復(fù)合地基處理方案。水泥攪拌樁樁長根據(jù)軟土厚度決定，一般在4～8m，樁徑為0.5m，樁間距為1.0m，土工格柵加筋碎石墊層厚度為50cm，選擇碎石粒徑為4cm左右。

3" "土工格柵加筋碎石墊層加固施工工藝

3.1" "施工準(zhǔn)備

施工前，根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行設(shè)計技術(shù)交底，組織人員、設(shè)備機械進(jìn)場。經(jīng)檢測、檢驗、驗收合格后，方能開展加筋土石墊層的施工。施工前應(yīng)對土工格柵、碎石、混凝土等材料進(jìn)行檢測控制。

選用尺寸為150mm×150mm的鋼塑網(wǎng)作為土工格柵。要求格柵的縱向和橫向抗拉強度均不低于40kN/m，而節(jié)點的拉伸強度不低于100kN/m。對下層的壓實要求為采取18t或更高的靜力進(jìn)行壓實，不得出現(xiàn)物料松散現(xiàn)象。

3.2" "測量放樣

根據(jù)圖紙要求，選擇測量基點與控制點，對水泥土攪拌樁點進(jìn)行放樣，算出回填土的厚度，并用灰線作出記號。

3.3" "攤鋪第一次碎石

經(jīng)檢驗確定碎石質(zhì)量合格后，才能開始鋪設(shè)第一層碎石。碎石的攤鋪采取由自卸車運送、推土機平整并做路拱的方法。砂礫層采用平整機精整，以保證路面的平整度，不得出現(xiàn)凸凹不平現(xiàn)象，且坡度要與路基保持一致。

為了保證壓實后30cm的厚度，工程中將碎石墊層的松鋪系數(shù)設(shè)為1.2。第一層碎石層壓實厚度不小于35cm[4]。采用2臺壓路機實施靜壓實，這一段的碾壓保留5～8m的距離不實施碾壓，然后和后面的碾壓共同進(jìn)行。壓路機按照從慢到快、直線段由邊到中、曲線段由低至高的碾壓原則進(jìn)行碾壓，以2km/h為宜，碾壓重疊部分不得小于1/3輪跡寬度。

3.4" "土工格柵鋪設(shè)

對進(jìn)場的土工布進(jìn)行抽樣檢驗，確保其各項性能符合規(guī)定，才能開始鋪設(shè)土工布。檢查并清除墊層表面突出的硬物，以防損傷。土工格柵的鋪設(shè)方向與路面中心線相垂直，并以U型釘在1m的距離內(nèi)進(jìn)行梅花型錨固。加筋板搭接長度應(yīng)在30cm以上，單面錨固應(yīng)在1.5m以上。土工網(wǎng)鋪設(shè)要做到平整，不能出現(xiàn)交疊、彎曲等現(xiàn)象，且要與砂礫層的表面緊密貼合。

3.5" "第二層碎石攤鋪

當(dāng)土工格柵鋪設(shè)完畢后，為防止長期暴露在太陽下，必須在48h內(nèi)及時進(jìn)行二次鋪筑。土工格柵按30～50m間距布置，通過檢測后即可鋪筑碎石層[5]。在施工時，采用自卸車從路堤兩邊卸出物料。

為了避免引起基礎(chǔ)的局部變形，不得將塊石填料直接卸載于已鋪設(shè)好的路堤上，填筑高度不得超過1m。先用推土機進(jìn)行整平，然后從兩邊到路的中間進(jìn)行均勻的鋪筑，使填筑表面形成一個“U”字型。

3.6" "土工格柵反包裹

當(dāng)?shù)诙郎暗[層通過檢驗后，為避免兩邊加筋墊層的滲漏和風(fēng)化，將其翻轉(zhuǎn)鋪設(shè)到已碾壓好的砂礫層上，拉緊土工格柵。以1m間距用U形內(nèi)釘對其進(jìn)行固定。采用反包加固技術(shù)，以有效地改善邊坡的邊坡穩(wěn)定性。

4" "土工格柵加筋碎石墊層加固質(zhì)量管控

4.1" "質(zhì)量控制措施

在鋪設(shè)土工格柵前，要先對下層進(jìn)行整平。要仔細(xì)檢查，確保下層光滑，無尖銳物，以防砂石對土工布造成破壞。

若在土工格柵與填料之間采用砂礫墊層，則應(yīng)盡可能選用粒度在20～50mm以內(nèi)的未風(fēng)化的潔凈砂礫石，檢驗其含泥量，保證含泥量在10%以內(nèi)。在路基工程中采用土工格柵碎石樁，格柵抗拉強度應(yīng)在120kN以上。要拉緊鋪設(shè)土工格柵，以避免產(chǎn)生皺紋，并確保網(wǎng)格與下部支撐緊密結(jié)合。

在特殊條件下，為了防止土工格柵在碾壓過程中受到損傷，可在土工布與礫石之間加一層5cm厚的中粗砂保護(hù)層。當(dāng)土工材料配制完成后，不能長期擱置，必須馬上進(jìn)行填筑。在碾壓過程中，必須采用低速推進(jìn)的方法，不能使用高頻率的振動，以免引起土工格柵的損壞[6]。

4.2" "施工質(zhì)量驗收

為確保軟基加固效果，避免因工程質(zhì)量問題而導(dǎo)致工程整體質(zhì)量下降，土工格柵鋪設(shè)完畢后，需對土工格柵進(jìn)行質(zhì)量檢驗，并按表1的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗收。

5" "土工格柵加筋碎石墊層加固效果

5.1" "地基承載力檢測

本項目擬采用淺層承壓板加載法進(jìn)行地基承載力測試。選取天然地基、水泥攪拌樁（方案一）、水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層（方案二）為研究對象?；A(chǔ)處治范圍按3m×15m進(jìn)行計算，每個案例選取3個點位。選擇一塊面積1.0m2的正方形鋼板作為承重板，采用千斤頂緩慢加載，得到的地基承載力檢測結(jié)果如表2所示。

通過對表1中數(shù)據(jù)分析可知，原地基的承載力很小，只有94kPa。選擇水泥土攪拌樁加固，大幅度提高了承載力，承載力達(dá)到126kPa，但是仍然沒有達(dá)到規(guī)范規(guī)定的130kPa的承載力要求。而采取水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層方案加固后，承載力達(dá)到144kPa，遠(yuǎn)高于規(guī)范規(guī)定要求值。由此可見，土工格柵加筋碎石墊層加固后的地基承載能力得到了顯著提升。

5.2" "地基沉降分析

5.2.1" "監(jiān)測點設(shè)置

地基加固施工過程中，在地基內(nèi)部設(shè)置沉降觀察點，用以觀測地基處理后的地基變形量。每種地基加固方案設(shè)置多組監(jiān)測斷面，每個斷面設(shè)置不少于3個監(jiān)測點，分別位于路堤中心線、邊線，監(jiān)測斷面之間的間距為50m位置。

5.2.2" "監(jiān)測結(jié)果分析

在路堤填筑及預(yù)壓過程中，利用精密水準(zhǔn)儀對路堤的沉降進(jìn)行監(jiān)測。在進(jìn)行路基填筑時，必須對各層進(jìn)行一次監(jiān)測，確保軟弱地基的沉降速率不超過10mm/d。

為驗證土工格柵加筋碎石墊層軟弱地基的處理效果，采用預(yù)壓堆載法對地基進(jìn)行預(yù)壓處理。在預(yù)壓期間對其沉降進(jìn)行監(jiān)測，若當(dāng)月沉降不超過3mm，則可繼續(xù)進(jìn)行下一道工序。選擇一段典型路堤沉陷的實測資料，并將其記錄在表3中，繪制路基沉降變化曲線如圖1所示。

通過對表3中的資料及圖1中的曲線分析可知，在施工期內(nèi)，路基日沉降量在10mm以內(nèi)，滿足規(guī)范的規(guī)定。路堤在預(yù)壓過程中，初始階段的沉降發(fā)生了很大的波動，而隨著時間的推移，沉降逐漸趨于平穩(wěn)，72d以后，沉降量達(dá)到了一個較為平穩(wěn)的水平，且每月的沉降均不超過3mm，可以繼續(xù)進(jìn)行下一道工序。

6" "結(jié)束語

土工格柵加筋碎石墊層具有較高的強度和較好的穩(wěn)定性，采取其進(jìn)行軟土地基加固，可以有效提高軟土地基承載力與抗變形能力，增強地基加固效果。本文分析土工格柵加筋碎石墊層加固機理，闡述關(guān)鍵施工工藝要點，提出了質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，通過承載力檢測與地基沉降變形監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論：

通過對天然地基、水泥攪拌樁、水泥攪拌樁+土工格柵加筋碎石墊層3種工況下，地基的承載力檢測結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，土工格柵加筋碎石墊層加固后的地基承載能力得到了顯著的改善，達(dá)到了設(shè)計規(guī)定的要求。

沉降觀測顯示，在填筑過程中，路堤的每日沉降均在10mm以下，72d后路堤的沉降量趨于平穩(wěn)，由此表明采取加筋碎石墊層處理后，地基的承載能力得到了顯著的改善，工程的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求。

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